電氣自動化設備中PLC 控制系統的應用探討

楊秀芬，趙景彩

（1.威海威高采血耗材有限公司；2.威海中玻光電有限公司，山東 威海 264200）

PLC 控制系統又稱編程控制器，于19 世紀80 年代得到了廣泛的應用，并且逐步進行了普及，通過長時間的發展以及在應用過程中的摸索與研究，目前PLC 控制系統有著較為廣泛的發展前景。近年來隨著全球化進程的不斷加快，對編程控制器的研發也在逐漸加大投入，因此其應用的范圍也在進一步擴大，目前所使用的編程控制器主要包括以下兩個方面組成，即DCS 和FCS 兩種系統。這對于電氣設備的自動化運轉來說，是非常重要的控制系統，PLC 的控制系統在該領域具有十分重要的發展前景。

1 PLC 控制系統概論

1.1 PLC 控制系統的工作原理

PLC 控制系統是依靠指定的程序來對電氣設備進行控制的，在實際應用的過程中，主要利用計算機來實施，通過自動化處理和控制，讓相關設備的工作效率得到進一步提升，提高設備整體的安全性與有效性。

PLC 實際上是一種可編程的控制系統，采用“順序掃描，不斷循環”的方式進行工作。通過引用數字模式的輸入，來對一些操作指令實施處理。PLC 系統從硬件上來說，主要包括6個組成部分，即電源部分、中央處理器部分、保存設施部分、輸入輸出設備部分、功能模板部分和通信部分。工作流程主要包括3個步驟：首先，輸入采樣，通過控制結構和其他設備上的控制信息進行共享和轉換。在確保主機能夠正常運轉的情況下，和除主機以外的設備進行信息傳遞，從而實現對設備的控制。其次，程序執行，從PLC 系統的輸入端，到PLC 系統的輸出端，都是有線圈相對應的。在此過程當中可以實現對用戶設定的程序加以掃描，并且可以開展合理的監督，進行線路核算時，要堅持從左至右的方式來實現。最后，輸出更新，對PLC 系統輸出的情況進行采集和驗收，確保整體電路的運行效率得以提升。

1.2 PLC 控制系統的應用范圍

一方面，PLC 系統能夠通過電子信息技術實現對全流程的控制，同時還可以實現一些較為復雜的指令，比如定時順序控制等。這方面主要是依托于電路的設置，應用范圍也是比較廣泛的，除了工業行業以外，對其他行業也是有所涉及的。比如說在電梯行業，PLC 系統也是有廣泛的運用的，可以完成對電梯上下的指令和控制。在機械化操作比較多的機械領域也有一定的應用，可以自動實施流量檢測，壓力傳導和溫度檢查等。這為解放人力資源、實現工業自動化生產奠定了良好的基礎。另一方面，PLC 系統可以實現網絡傳輸與控制等。在工業領域的具體應用當中可以進一步提升傳輸的效率以及進行自動排序和處理等等，這樣可以將各分系統的數據有效的進行采集并加以分析。

這種功能的運用主要體現在大型機械設備當中，比如醫療制造行業或者精密儀器的制造等等。與此同時，PLC 系統可以通過計算機網絡和其他的控制器相互連接，這樣可以達到共享信息資源的目的，并且分布在各系統里面，這樣可以在集中管理的同時達到分散控制的目的。這同時也為生產控制系統在工業領域的實際應用提供了有效的技術保障。

2 電氣自動化設備中的PLC 控制系統的特點

2.1 反應迅速，使用靈活，通用性強

PLC 系統的反應速度快捷，借助繼電器可以取消內部的一些導線，這樣在運行時節點變位的效率可以進一步提高節約運作的時間。與傳統形式下的繼電器相比較，PLC 系統中的繼電器可以將返回系數降到比較低，基本達到忽略不計的狀態。因此PLC 系統在數據處理時的優勢還是比較明顯的。加之PLC 的產品已系列化，功能模塊品種多，可以靈活組成各種不同大小和不同功能的控制系統。在PLC 構成的控制系統中，只需在PLC 的端子上接入相應的輸入輸出信號線。當需要變更控制系統的功能時，可以用編程器在線或離線修改程序。

2.2 可靠性高，抗干擾能力強，具備良好的安全性

PLC 采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和繁雜連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高，從實際使用情況來看，PLC 控制系統的平均無故障時間一般可達4 ～5萬小時。PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，能適應有各種強烈干擾的工業現場，并具有故障自診斷能力。PLC 系統的運行過程中還是比較安全的，在比較復雜或惡劣的工作條件中，依然可以運轉順暢，保證可靠，在安全性方面還是有明顯優勢的。

2.3 接口和編程簡單，維護方便，操作簡便

PLC 接口按工業控制的要求設計，有較強的帶負載能力。接口電路一般亦為模塊式，便于維修更換。有的PLC甚至可以帶電插拔輸入輸出模塊，可不脫機停電而直接更換故障模塊，大大縮短故障修復時間。PLC 的輸入輸出系統能夠直觀反應現場信號的變化狀態，直觀反映控制系統的運行狀態，如內部工作狀態、通訊狀態、I/O 點狀態、異常狀態和電源狀態等，非常有利于運行和維護人員對系統進行監視。大多數PLC 的編程均提供了常用的梯形圖方式和面向工業控制的簡單指令方式。編程語言形象直觀，指令少、語法簡便，利用專用的編程器，可方便地查看、編輯、修改用戶程序。

3 電氣自動化設備中PLC 控制系統的應用分析

3.1 利用順序操控，提高工作效率

在電氣自動化設備的運轉中，可以讓整個電氣自動化設備按照設定的程序來進行控制，這和傳統方式下的控制是不一樣的，傳統的方式受人力影響比較大，有時可能會出現紊亂或者失靈的情況，操作質量也會有參差不齊的現象。而PLC 系統實現順序的方法，可以將自動化設備中的不同環節設置采用不同的操作方法，進而使得整體的方法更加便捷操作。并且可以實現在一個環節出現故障時及時終止整個系統，保證安全性的同時，根據系統的自我保護，降低故障發生的頻率，從而最終提升企業的經濟效益。

3.2 開關量控制中PLC 控制系統的應用

在開關量控制中，使用PLC 系統可以實現更加精準的控制，確保系統具有更強的安全性能。尤其是對于電氣自動化設備來說，調控會顯得更加及時，可以避免一些由于控制不及時而產生的隱患。

PLC 控制開關量的能力是很強的。所控制的輸入輸出點數，少的十幾點、幾十點，多的可到幾百、幾千，甚至幾萬點，由于它能聯網，點數幾乎不受限制，不管多少點都能控制，所控制的邏輯問題可以是多種多樣的：組合的、時序的、即時的、延時的、不需計數的、需要計數的、固定順序的、隨機工作的等等，都可進行。用PLC 進行開關量控制實例是很多的，幾乎所有工業行業都需要用到它。因此，PLC 控制系統能方便并可靠地用于開關量的控制，實現資源的整合，充分發揮信息應用的最終效益，并且以此來解決在生產過程當中出現的各種安全隱患。

3.3 閉環控制中PLC 控制系統的應用

在電氣自動化設備的正常運行過程中，閉環控制也是其中一個非常重要的環節。PLC 可以用于運動閉環控制，比如伺服電機轉速的閉環控制，伺服電機定位的閉環控制，變頻調速電機轉速的閉環控制等。在一些設備的啟動方式中，PLC 系統展現的優勢是比較可觀的。傳統的電機啟動一般是通過手啟動或自動啟動等方式來進行的，而PLC 系統是通過系統設置來進行自動化處理的，能實時準確地與其他系統協調工作，這樣就可以和機械設備的匹配性達到更強，可以避免由于系統自身運轉不暢而導致較大的故障問題。PLC 系統在閉環控制中不僅僅是在安全方面效果比較好，還可以對整體的流程進一步優化。

3.4 自動切換控制中PLC 控制系統的應用

PLC 系統除了進行以上功能外，還可以開展自動切換操作。這種自動切換的控制，可以根據具體設備在運行過程當中的實施情況來達到相關的操作要求，這樣可以進一步提升機械設備在運轉過程當中的綜合性能。比如在一些機器設備中，由PLC 系統來控制備用電源，就可以引入自動切換控制，這樣備用電源的啟動可以更加高效，PLC 系統可以幫助其提供切換的依據，來提升整體操作性能。

3.5 PLC 實時監控，對整個設備進行監控、分析、可視化的應用分析

隨著我國交通行業發展態勢迅猛，PLC 系統在電子監控領域應用范圍也越來越廣泛，尤其是公路交通中隊運輸的合理規劃。這種方式在近年來也是很受歡迎的，各管理者和決策者也越來越認識到，依靠PLC 技術可以為交通帶來較大的便利，確保安全性能。比方說在某一個點位發生了交通事故，此處的監控設備就可以感應到并迅速作出反應，這樣可以讓交通管理的效率得到進一步提升，同時可以降低人力資源的壓力。對于違反交規的行為來說，PLC 系統控制的監控設備可以精準進行定位，因此可以減輕交通管理人員的壓力，進一步降低人力資源成本為，讓城市的交通變得更加安全有序。

3.6 變頻器中PLC 自動控制技術的運用

隨著信息化進程的加快，PLC 系統在變頻器中的運用也在進一步推廣。通過對PLC 進行設定和編程，可以實現電機設備的變頻和調速，這一方面目前已經在工業領域得到推廣和使用。讓PLC 系統與變頻器實現有效的功能連接，再運用人際交互的操作界面，可以讓PLC 系統對變頻器電機達到自動控制的理想狀態。一旦設置比較科學之后，可以實現電機和PLC 系統聯動式操作，這樣可以讓工作人員進一步減輕壓力。往往只需在PLC 系統中進行輸入就可以達到對電機系統的有效控制。同時如果需要增加功能，還可以通過PLC 系統對電機操作的情況達到實時監管動態監控的目標。

3.7 數據處理過程的應用

PLC 系統在數據處理方面的應用也是比較突出的。這主要包括數據的傳輸、數據的運算和實現數據的指令等幾個方面，在對數據進行處理時，電氣自動化設備的處理能力會直接受到數據處理效率的影響，在這個過程當中引入PLC 系統可以實現移動存儲使得不同的操作主體之間進行緊密的聯系，構建數據傳輸的路徑。在路徑中可以通過指令來進行相應的運算，完成數據的最終交換，這樣也可以為電氣自動化設備的運行提供數據處理方面的技術保障。

3.8 模塊化編程的應用

PLC 系統的模塊化編程在實際生產過程當中的應用范圍也是比較廣泛的，通過模塊化編程可以實現機器設備的流程化操作，進一步提高生產的智能化水平。當然在此過程當中需要對編程模塊的安全性著重進行強調，以保證整體操作系統的可靠性。此外還需要對整個自動化模塊實現基于PLC 系統的實時更新，這樣可以讓系統更加符合當前的生產需要，具有更高的適配度和靈敏性。在模塊化編程中還可以加入故障提示系統和問題報警系統，也可以安裝視頻探頭等監控儀器或者定位儀器，這樣可以降低反復檢查中所浪費的人力資源，進一步提高生產設備在進行處理時的運行效率。比如說，當PLC 系統控制下的設備一旦出現故障，就可以將相關的具體情況點對點的發送到工作人員的手中，工作人員收到警報后立即前往進行處理，根據系統推送的指定位置來進行精準的識別，這樣可以比較快的采取相應措施，用最短時間解決問題和故障。

4 結語

近年來，我國電氣自動化領域中的信息技術應用水平不斷提升，PLC 系統在工業領域的應用也愈加廣泛。在當前人力成本越來越高的情況下，采用PLC 系統可以滿足當前生產的需要，且在實際生產中不斷改進自身功能。隨著PLC 系統的逐漸運用，設備運行的效率、安全性和穩定性將進一步提升。PLC 系統將有更好的發展前景，這對于我國經濟技術的創新發展有著舉足輕重的影響，因此需要我們結合實際，持續加強對PLC 系統的研究。