基于PLC自動(dòng)化電氣控制應(yīng)用探討

朱勇

摘 要 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，可編程控制器技術(shù)應(yīng)用也越來越廣泛，可編程控制器又稱為PLC，它在自動(dòng)化電氣控制中具有多方面的優(yōu)勢，使得它成為工業(yè)控制系統(tǒng)中不可或缺的一部分。文章從PLC自動(dòng)化電氣控制的特點(diǎn)出發(fā)，介紹了它的優(yōu)點(diǎn)，如操作簡單、實(shí)用性強(qiáng)、易改造和維護(hù)以及強(qiáng)抗干擾能力等。介紹了PLC自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)的工作過程，以及它們在工業(yè)方面的應(yīng)用，包括開關(guān)量控制、模擬量控制、集中式控制、分散式控制以及運(yùn)動(dòng)控制等。最后對PLC自動(dòng)化電氣控制應(yīng)用中所存在的問題進(jìn)行分析，并針對這些問題提出了一些建議。

關(guān)鍵詞 PLC；電氣控制；應(yīng)用

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0134-02

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展以及自動(dòng)化控制技術(shù)的日益成熟，基于可編程控制器（PLC）系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化控制中的地位越來越重要，甚至在我們?nèi)粘Ｉ钪幸膊粩啾粦?yīng)用。傳統(tǒng)的電氣控制已經(jīng)不能滿足實(shí)際中工業(yè)自動(dòng)化的要求，它暴露的諸多缺陷促使PLC自動(dòng)化電氣控制在工業(yè)領(lǐng)域大展身手。

1 PLC自動(dòng)化電氣控制的特點(diǎn)

PLC從本質(zhì)上講是一種專門用在工業(yè)上的計(jì)算機(jī)，硬件部分的構(gòu)成與普通微型計(jì)算機(jī)類似，由電源、CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、各功能模塊以及通信模塊等部分組成。而基于PLC構(gòu)成的自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)擁有許多特點(diǎn)，如應(yīng)用簡單、容易維護(hù)和改造、具有大型和小型化的結(jié)構(gòu)以及抗干擾能力強(qiáng)等。

1）PLC自動(dòng)化電氣控制應(yīng)用簡單、實(shí)用型強(qiáng)。由于PLC編程所使用的梯形圖形狀、語言符號和表達(dá)方式等與繼電器控制的電路圖有很多相同之處，所以PLC自動(dòng)化電氣控制的接口非常簡單而且容易辨別。操作人員在實(shí)際中使用PLC進(jìn)行自動(dòng)化電氣控制時(shí)能夠很容易理解并接受，并且能夠很快上手，他們只需要稍微了解下PLC的操作指令及其邏輯控制方法等內(nèi)容，就能夠編寫出一定功能的梯形圖，并經(jīng)過一定的實(shí)踐，能夠掌握PLC的使用。由于PLC這種簡單實(shí)用性，它已經(jīng)廣泛用于各種需要自動(dòng)化電氣控制的場所中，并且不斷地向其他行業(yè)滲透。

2）PLC自動(dòng)化電氣控制維護(hù)和改造十分簡單方便。PLC自動(dòng)化電氣控制使用的是先進(jìn)的存儲(chǔ)邏輯控制技術(shù)，而不是傳統(tǒng)的接線邏輯技術(shù)，這樣，不僅節(jié)省或減少了設(shè)備的外在接線，壓縮了物理空間，還極大地減少了設(shè)計(jì)和建造控制系統(tǒng)的時(shí)間，還能為后期維護(hù)提供了很大方便。PLC自動(dòng)化電氣控制編寫的程序能根據(jù)實(shí)際需要的不同而進(jìn)行更改，十分方便快捷。PLC自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)還能適應(yīng)于各種不同的工作環(huán)境，即使在惡劣的環(huán)境中也能正常工作，并且保持良好的性能。機(jī)器一旦出現(xiàn)故障，指示燈會(huì)給出提示，操作人員可以根據(jù)模塊上運(yùn)行的監(jiān)控設(shè)備或指示燈的位置做出相應(yīng)的維護(hù)，這樣可以減少查找故障的時(shí)間，保障設(shè)備能處于正常的工作狀態(tài)。

3）PLC自動(dòng)化電氣控制具有很強(qiáng)的抗干擾能力。PLC自動(dòng)化電氣控制使用的是具有抗干擾能力的大規(guī)模集成電路，而且其電路設(shè)計(jì)和加工工藝上均使用了抗干擾技術(shù)，再加上自動(dòng)檢測報(bào)警裝置的配置使得PLC的硬件部分能抵抗外界的絕大部分干擾。這種遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)繼電器的抗干擾能力的PLC自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)能夠在復(fù)雜多變的電氣控制或工業(yè)制造的工況中大展手腳。此外，設(shè)計(jì)者可以再編寫過程中根據(jù)實(shí)際情況的需要，寫入一些自動(dòng)診斷程序，使得PLC本系統(tǒng)之外的其他設(shè)備和電路也能夠抵抗外界的干擾，達(dá)到自我保護(hù)的目的。

4）大型化和小型化。PLC自動(dòng)化電氣控制的發(fā)展具有兩種不同的趨勢，大型化和小型化，這主要是因?yàn)樵趯?shí)際的應(yīng)用過程中，對系統(tǒng)功能的要求有所區(qū)別。在某些大型工業(yè)區(qū)需要復(fù)雜的控制，這不得不在客觀上增加了PLC的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，而有些地方只需要簡單控制，可以適當(dāng)使用小型PLC。一般來說，小型PLC消耗的能量較少、體積小、質(zhì)量輕，而且安裝方便，因此被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中。大型PLC運(yùn)行速度快、容量大而且具有很多的功能，所以被用于大型企業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)。

2 PLC自動(dòng)化電氣控制的運(yùn)行

PLC自動(dòng)化電氣控制的運(yùn)行是以計(jì)算機(jī)的微處理器為基礎(chǔ)，融合了通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等內(nèi)容，其工作過程包含下列幾個(gè)方面。

1）信息的收集和輸入：PLC的指令程序編寫好以后，控制系統(tǒng)根據(jù)指令對所涉及的輸入?yún)^(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，判斷其運(yùn)行狀態(tài)，與指令所要求的狀態(tài)相比較。

2）執(zhí)行：當(dāng)PLC的程序編寫好以后，系統(tǒng)會(huì)按照一定的規(guī)則對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，將掃描得到的各部分運(yùn)行狀態(tài)與指令狀態(tài)相比較，符合指令要求的就按照指令執(zhí)行相應(yīng)的程序，使得系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)分析并進(jìn)行邏輯性運(yùn)算。

3）響應(yīng)：系統(tǒng)根據(jù)執(zhí)行程序的分析結(jié)果以及邏輯運(yùn)算后所得到的結(jié)果使得各輸出設(shè)備做出相應(yīng)的動(dòng)作。一般來說，結(jié)果先要輸出到系統(tǒng)控制主機(jī)，然后由主機(jī)向輸出設(shè)備發(fā)出指令，從而使其動(dòng)作。

當(dāng)系統(tǒng)完成了上述過程以后，系統(tǒng)會(huì)不斷重復(fù)刷新，并且在實(shí)時(shí)掃描的情況下不斷發(fā)現(xiàn)新的運(yùn)行狀態(tài)，使得系統(tǒng)重新開始運(yùn)行上述過程并不斷反復(fù)，使得系統(tǒng)處于周期運(yùn)行的工作狀態(tài)。這種運(yùn)行模式剛好滿足大部分工業(yè)設(shè)備不斷重復(fù)操作的需求，所以PLC能夠與這種設(shè)備進(jìn)行良好的協(xié)作運(yùn)行。而且由于PLC程序編寫簡單、容易上手、表達(dá)直觀易懂、方便修改，所以是大部分工業(yè)設(shè)備控制的首要選擇。

3 基于PLC自動(dòng)化電氣控制的應(yīng)用

1）基于PLC的開關(guān)量控制?；赑LC的開關(guān)量控制是PLC自動(dòng)化電氣控制中使用最廣泛的一種，而且這種控制方式也是PLC最基本的控制方式。由于PLC擁有的開關(guān)量控制不僅能實(shí)現(xiàn)邏輯的控制還能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的順序控制，使得它逐漸淘汰了傳統(tǒng)的電磁繼電器控制電路。而且，開關(guān)量控制既可以用于某一臺(tái)機(jī)器設(shè)備上，也可以用于多臺(tái)設(shè)備組成的流水線中。

2）基于PLC的模擬控制量。在實(shí)際工程中會(huì)有多種物理或化學(xué)量，例如濕度、濃度、溫度、速度、壓力等，有時(shí)這些量并不是固定不變的，而是隨著時(shí)間的變化而變化。使用PLC自動(dòng)化電氣控制就需要將這些量進(jìn)行模擬后，用A/D和D/A轉(zhuǎn)換將其與數(shù)字量相互轉(zhuǎn)化，從而將它們實(shí)時(shí)記錄和跟蹤，已達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析的目的。endprint

3）基于PLC的集中式控制設(shè)計(jì)。這種控制方式主要依靠一臺(tái)功能強(qiáng)大的監(jiān)視系統(tǒng)，它能夠?qū)⒃S多設(shè)備的“中央集中式”計(jì)算機(jī)放在一起同時(shí)自動(dòng)監(jiān)控。在這種系統(tǒng)中，中央PLC同一配置各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、它們之間的聯(lián)系以及相互之間的監(jiān)控關(guān)系等。這種控制設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是方便易用，成本更低，然而它也有一些缺點(diǎn)，比如當(dāng)某一個(gè)控制對象的程序存在問題時(shí)，中央PLC必須停止控制，那么其他所有設(shè)備就不能夠正常工作。所以這種系統(tǒng)一旦某一點(diǎn)出現(xiàn)問題，整個(gè)系統(tǒng)必然癱瘓，從而會(huì)影響系統(tǒng)的工作效率。

4）基于PLC的分散控制系統(tǒng)。在基于PLC的分散控制系統(tǒng)中，每個(gè)設(shè)備都有一臺(tái)PLC控制。在實(shí)際工程中，這種分散控制系統(tǒng)一般用于生產(chǎn)流水線中（它們通常由許多設(shè)備連在一起進(jìn)行生產(chǎn)）。每個(gè)設(shè)備只受自己對應(yīng)的PLC控制，所以這種控制方式不會(huì)產(chǎn)生一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)問題而整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的現(xiàn)象。但是這種方式必然會(huì)帶來成本的上升。

5）運(yùn)動(dòng)控制中PLC自動(dòng)化的應(yīng)用。PLC不僅能夠控制直線運(yùn)動(dòng)，還能控制圓周運(yùn)動(dòng)，所以它常用于電梯、機(jī)械設(shè)備、機(jī)床等中。這種運(yùn)動(dòng)控制的方式是：系統(tǒng)對專門的運(yùn)動(dòng)控制模塊（例如伺服電機(jī)與其單軸和多軸位置控制模塊）進(jìn)行配置并對其控制，然后對傳感器和執(zhí)行指令進(jìn)行自動(dòng)化控制。

6）基于PLC自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。PLC具有多種數(shù)據(jù)處理功能，包括傳送、數(shù)學(xué)運(yùn)算、轉(zhuǎn)換以及統(tǒng)計(jì)等等。它能夠?qū)ο到y(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類采集并進(jìn)行分析做出相應(yīng)處理，然后控制系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的指令。

4 基于PLC自動(dòng)化電氣控制中所存在的問題

PLC自動(dòng)化電氣控制中通?？赡艽嬖趦蓚€(gè)問題：一是控制出現(xiàn)問題，造成現(xiàn)場信號無法傳送給PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，二是動(dòng)作執(zhí)行出錯(cuò)，設(shè)備無法執(zhí)行相應(yīng)的指令。前者出現(xiàn)的原因可能是：線路老化、拉扯以及動(dòng)物的破壞或人的不經(jīng)意破壞等使得線路斷開或短路，使得PLC控制系統(tǒng)不能完成對數(shù)據(jù)的提取、加載與轉(zhuǎn)換或者使設(shè)備不能接受PLC的控制指令；電動(dòng)閥或電磁閥等設(shè)備沒有徹底的關(guān)閉或者打開，使得通訊過程中發(fā)生故障，PLC不能夠正常接受全部信息或者接收到的信息有錯(cuò)誤；觸點(diǎn)或接線的接觸出現(xiàn)問題（常見的是接線不牢靠，觸點(diǎn)出現(xiàn)松動(dòng)或損壞），導(dǎo)致機(jī)械開關(guān)、變送器等工作不正常，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳遞和處理等。后者產(chǎn)生的原因可能有：外界較強(qiáng)的電磁干擾或負(fù)載的接觸器出現(xiàn)故障，使得PLC發(fā)出的執(zhí)行指令不能被設(shè)備完整地接受，設(shè)備不能按照預(yù)期動(dòng)作；機(jī)械開關(guān)、電動(dòng)閥等出現(xiàn)問題，使得負(fù)載不能正常工作。

針對上述可能出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)者或使用者應(yīng)該需要不斷加強(qiáng)控制系統(tǒng)中輸入信號的可靠性，首先要保證各零件（特別是開關(guān)、觸點(diǎn)、電動(dòng)閥等動(dòng)作十分頻繁的零件）的可靠性以及耐用性，然后對各功能模塊不定時(shí)改進(jìn)和更新。此外，還應(yīng)不斷完善預(yù)警系統(tǒng)，使其安全可靠，更加智能化、人性化的預(yù)警系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)直觀的控制面板指示燈，使得操作人員能夠迅速對故障做出反應(yīng)。

5 結(jié)束語

隨著人們對工業(yè)生產(chǎn)效率及收益的要求越來越高，PLC自動(dòng)化電氣控制在企業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)也不斷向標(biāo)準(zhǔn)化、智能化以及高速化的方向發(fā)展，使得PLC系統(tǒng)的功能越來越完善，操作方便簡單，而且可靠性也會(huì)越來越高。

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