PLC控制在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展

【摘要】隨著現(xiàn)代電氣自動(dòng)化技術(shù)在生產(chǎn)過程中的不斷發(fā)展與進(jìn)步，面對(duì)各種自動(dòng)化控制、復(fù)雜的過程控制，可編程邏輯控制器（PLC）在整個(gè)控制過程中體現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)，越來越被人們所熟知和認(rèn)同。同時(shí)，可編程邏輯控制器（PLC）技術(shù)的不斷更新、發(fā)展以及廣泛的使用也使得整個(gè)生產(chǎn)過程變得更加穩(wěn)定、有序、高效。

【關(guān)鍵詞】PLC；電氣自動(dòng)化系統(tǒng)；應(yīng)用；發(fā)展

可編程邏輯控制器（PLC）技術(shù)出現(xiàn)于上世紀(jì)六十年代，最早是由美國(guó)DEC公司設(shè)計(jì)制造出來使用在GM公司的汽車生產(chǎn)線上，用來進(jìn)行邏輯控制，代替繼電器進(jìn)行邏輯控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于工業(yè)流程的控制。通過利用計(jì)算機(jī)對(duì)可編程儲(chǔ)存控制器的程序化控制，實(shí)現(xiàn)利用內(nèi)部存儲(chǔ)器進(jìn)行邏輯運(yùn)算控制，代替了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)，摒棄了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)線路復(fù)雜、易出故障、易損壞、能耗大、可靠性差的缺點(diǎn)。后來，隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，PLC技術(shù)也有了較大的發(fā)展，在電氣控制中的應(yīng)用也越來越廣泛。

1.PLC特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的機(jī)械式繼電器控制相比，可編程邏輯控制器（PLC）有以下幾個(gè)特點(diǎn)：第一，響應(yīng)速度快。傳統(tǒng)的機(jī)械式繼電器根據(jù)電磁原理通過觸點(diǎn)的吸合來控制電路的通斷，整個(gè)繼電器控制電路由導(dǎo)線連接而成。但是機(jī)械式繼電器控制存在一定的節(jié)點(diǎn)變位時(shí)間，而可編程邏輯控制器（PLC）則通過使用內(nèi)部定義的輔助繼電器代替了傳統(tǒng)的機(jī)械式繼電器，在使用的過程中，通過軟件編程，用內(nèi)部的邏輯關(guān)系實(shí)現(xiàn)了實(shí)際的硬件導(dǎo)線連接，而內(nèi)部輔助繼電器的節(jié)點(diǎn)變位時(shí)間非常短，可以近似為零，實(shí)現(xiàn)了響應(yīng)迅速。第二，可靠性強(qiáng)。機(jī)械式繼電器在使用的過程中，由于觸點(diǎn)反復(fù)的閉合、斷開，易出現(xiàn)損耗，易受到環(huán)境的影響，大大影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，增加一定的設(shè)備運(yùn)行成本。而可編程邏輯控制器（PLC）所用的內(nèi)部輔助繼電器有不易損壞，抗干擾強(qiáng)的特點(diǎn)，保證了整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。第三，使用方便、操作簡(jiǎn)單。在控制方面，可編程邏輯控制器使用了讓人比較容易理解的指令程序形式，直觀、形象地描述了整個(gè)系統(tǒng)的控制思路。同時(shí)，對(duì)于整個(gè)程序的執(zhí)行情況能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控，準(zhǔn)確把握程序執(zhí)行情況。對(duì)于控制方式的更改，可以通過程序的修改來實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單、方便。第四，應(yīng)用范圍廣，兼容能力強(qiáng)。與變頻器、觸摸屏等其他配套設(shè)備共同組成完整的運(yùn)行系統(tǒng)，在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制過程中增強(qiáng)實(shí)用特性，大大提高工業(yè)設(shè)備和工業(yè)生產(chǎn)的效率。

2.PLC運(yùn)行原理

可編程邏輯控制器（PLC）之所以在電氣邏輯控制過程中如此高效，還要從它的工作原理說起。

可編程邏輯控制器（PLC）的工作過程大致可分為三個(gè)階段：

第一階段，輸入采樣階段。在這個(gè)階段，PLC對(duì)輸入端口的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描，同時(shí)將掃描采集到的端口狀態(tài)寄存到I/O映像區(qū)的單元中。在這個(gè)過程中，PLC外部端口的數(shù)據(jù)和狀態(tài)如果發(fā)生改變，不會(huì)影響到I/O映像區(qū)里的數(shù)據(jù)。為了能夠讓PLC外部端口的數(shù)據(jù)和狀態(tài)有效的存儲(chǔ)到I/O映像區(qū)中，必須保證該狀態(tài)的信號(hào)寬度大于PLC的一個(gè)掃描周期。

第二階段，程序執(zhí)行階段。當(dāng)PLC開始工作后，就開始不斷的去執(zhí)行內(nèi)部的程序，工作過程是從上往下按順序呢依次掃描執(zhí)行。對(duì)于梯形圖程序，執(zhí)行過程按照從左往右、從上到下的順尋。此時(shí)采集存儲(chǔ)在I/O映像寄存器里的端口數(shù)據(jù)作為輸入信號(hào)，被PLC程序處理。在這個(gè)過程中，需要保證PLC程序的合理性，保證對(duì)于每個(gè)采集到的信號(hào)，PLC都能夠給予處理。

第三個(gè)階段，程序的輸出刷新。第二個(gè)階段程序所執(zhí)行的結(jié)果是被放在I/O映像寄存器里的，第三步所要執(zhí)行的內(nèi)容就是，將程序的執(zhí)行結(jié)果體現(xiàn)在PLC的輸出端口，進(jìn)行狀態(tài)刷新，通過驅(qū)動(dòng)外設(shè)進(jìn)行結(jié)果的執(zhí)行。

3.PLC在電力系統(tǒng)中的主要應(yīng)用

3.1開關(guān)量控制

（1）電力系統(tǒng)中用PLC代替斷路器控制。以往電力系統(tǒng)中進(jìn)行電路的分?jǐn)嗪烷]合時(shí)，一般主要會(huì)用到電磁式的繼電器作為控制器。但電磁式的繼電器本身屬于機(jī)械性電磁原件，其復(fù)雜的觸頭系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)大大降低了所構(gòu)成系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，對(duì)于電路的連接和后期維護(hù)也提出了很高的要求。在這種前提下PLC體現(xiàn)出了它的優(yōu)點(diǎn)。PLC利用其內(nèi)部的軟繼電器來替代實(shí)際的機(jī)械性電磁繼電器，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)使得操作人員的工作得以簡(jiǎn)化，電力工作人員可以通過簡(jiǎn)單的PLC程序的控制，發(fā)出相應(yīng)的指令，實(shí)現(xiàn)合閘和斷閘的控制。當(dāng)系統(tǒng)中有故障現(xiàn)象時(shí)，可以通過相應(yīng)的保護(hù)措施與PLC聯(lián)動(dòng)，共同實(shí)現(xiàn)分閘和報(bào)警信號(hào)提示。除此之外，由于PLC控制系統(tǒng)的特殊性，使得之前繁瑣的繼電器控制線路的連接能夠得以簡(jiǎn)化，摒棄實(shí)際的線路連接，而靠程序?qū)崿F(xiàn)，同時(shí)能夠避免線路連接過程中出現(xiàn)的失誤。PLC對(duì)于電源供給的要求也不高，只要普通的電源供電就可以工作。最后，可編程邏輯控制器（PLC）系統(tǒng)的使用在大大減少機(jī)械式電磁繼電器使用數(shù)量的同時(shí)，也可以減輕電力系統(tǒng)運(yùn)行工作人員和設(shè)備維護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)。

（2）使用PLC進(jìn)行自動(dòng)切換控制?？删幊踢壿嬁刂破鞯某绦驁?zhí)行和信息處理都是靠計(jì)算機(jī)來完成的，在具體的操作過程中，可編程邏輯控制器（PLC）有著傳統(tǒng)電力系統(tǒng)控制所不能夠比擬的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)用電等級(jí)的劃分，一些用電等級(jí)較高的企業(yè)和單位一般都有備用電源，用來提高供電的可靠性，當(dāng)主電源發(fā)生故障或者需要檢修而斷電時(shí)，備用電源投入，來維持正常的電力使用。在初期，主電路與備用電路直接的切換都是靠人手動(dòng)操作來實(shí)現(xiàn)的。但備用電源的投入往往不能夠在第一時(shí)間實(shí)現(xiàn)，電源切換過程中的斷電間隙會(huì)給那些供電要求較高的單位帶來不小的損失。為此，由可編程邏輯控制器（PLC）所構(gòu)成的電源自動(dòng)投入裝置開始被利用起來，這一PLC控制系統(tǒng)利用一次設(shè)備的正常運(yùn)行信號(hào)作為選擇備用電源是否該被投入使用的條件。當(dāng)條件滿足是，相應(yīng)的程序被執(zhí)行。通過對(duì)邏輯關(guān)系的判斷和端口信號(hào)的處理，由可編程邏輯控制器（PLC）組成的備用電源自動(dòng)投入系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)備用電源的自動(dòng)介入。考慮到PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，這套裝置具有易于調(diào)試、接線方便、線路簡(jiǎn)單、可靠性好、成本低廉等方便的優(yōu)勢(shì)。

3.2順序過程控制

在電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)中，作為工藝流程，除去開關(guān)量控制，還有一類，順序控制。近年來，資源的使用問題和環(huán)境保護(hù)問題之間的矛盾已成為整個(gè)社會(huì)所熱議的問題。針對(duì)如何在保證經(jīng)濟(jì)良好發(fā)展的同時(shí)做好環(huán)境保護(hù)工作，國(guó)家提出了多項(xiàng)處理措施，其中，加大節(jié)能減排力度，加快技術(shù)轉(zhuǎn)型成為均衡能源消耗和環(huán)境保護(hù)的一項(xiàng)有利的措施。提高車間自動(dòng)化水平，優(yōu)化工藝流程控制，采用可編程邏輯控制器（PLC）對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程中的流程進(jìn)行嚴(yán)格控制。通過傳感器等測(cè)量器件對(duì)不同工藝環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，由PLC內(nèi)部的程序進(jìn)行統(tǒng)籌控制，使得整個(gè)生產(chǎn)過程規(guī)范化，運(yùn)行人員只要通過觀察與PLC相連的輔助系統(tǒng)的顯示器就能夠進(jìn)行監(jiān)視整個(gè)流程。并通過相應(yīng)的操作對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行干預(yù)。通過采用PLC控制技術(shù)可以提高生產(chǎn)效率。

4.對(duì)PLC在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的前景展望

可編程邏輯控制器（PLC）從被發(fā)明問世至今，經(jīng)歷了不斷的改進(jìn)與發(fā)展，尤其是近代新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，使得PLC不論從使用功能上，還是種類上，都有了很大的發(fā)展和變化。變得更加智能化、數(shù)字化、自動(dòng)化。其在模擬量處理、數(shù)字運(yùn)算等方面的能力得到了很大的提高，甚至在某些控制應(yīng)用領(lǐng)域里可編程邏輯控制器（PLC）超過并取代了之前占有絕對(duì)地位的集散控制系統(tǒng)（DCS）。但是，雖然PLC系統(tǒng)有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，得到如此廣泛的使用，但是仍存在一些有待改進(jìn)的地方，例如在抗干擾能力方面可編程邏輯控制器（PLC）任然有需要加強(qiáng)的地方，比如在一些電磁干擾比較強(qiáng)烈或者使用環(huán)境比較惡劣的情況下，PLC的正常使用會(huì)受到影響，從而使得整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)節(jié)受到影響。下一步，在不斷提高、完善PLC功能的前提下，仍然需要對(duì)PLC的抗干擾能力進(jìn)行加強(qiáng)，保證其在一些特殊的工作環(huán)境里能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的完成既定的控制功能，提高可編程邏輯控制器（PLC）在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)控制中的作用。伴隨可編程邏輯控制器（PLC）技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化在電氣控制方面將會(huì)有越來越大的進(jìn)步。

5.結(jié)束語(yǔ)

在如今的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，可編程邏輯控制器（PLC）的廣泛使用體現(xiàn)出了PLC在自動(dòng)控制領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC控制技術(shù)也將迎來新的發(fā)展，伴隨其他控制系統(tǒng)和控制技術(shù)的出現(xiàn)，相信電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展將會(huì)達(dá)到一個(gè)新的高度。

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作者簡(jiǎn)介

李浩，男，山東濟(jì)寧人，學(xué)士學(xué)位，濟(jì)寧市技師學(xué)院助理講師，研究方向：自動(dòng)化專業(yè)。