淺析可編程控制器（PLC）在電氣控制中的應(yīng)用

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC（可編程控制器）在工業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)用越來越廣泛，特別是在電氣控制領(lǐng)域的運(yùn)用，越加地廣泛。文章通過對PLC的特性、控制過程等方面進(jìn)行分析，探索其在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域內(nèi)的具體應(yīng)用及其應(yīng)用前景，進(jìn)而擴(kuò)大PLC在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的影響范圍。

關(guān)鍵詞：可編程控制器；工業(yè)生產(chǎn)；電氣控制；應(yīng)用展望

1 概述

可編程控制器是一種集通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)、微電子技術(shù)為一體的通用新型自控裝置。由于其與其他類型的工業(yè)控制系統(tǒng)相比，具有更高的實(shí)用性、功能性和可靠性等特點(diǎn)，而被廣泛地運(yùn)用于建筑、機(jī)械制造、電氣工程等領(lǐng)域。從目前的數(shù)據(jù)來看，PLC可編程控制技術(shù)在傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)改造、自動化控制、機(jī)電一體化等領(lǐng)域內(nèi)被運(yùn)用得越加頻繁，逐漸形成了現(xiàn)代工業(yè)的支柱性產(chǎn)業(yè)鏈。因此，探討PLC的運(yùn)行過程、控制模式及其系統(tǒng)、特征等內(nèi)容，分析其在電氣控制領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用與發(fā)展前景，有助于可編程控制器的創(chuàng)新和發(fā)展，有利于整個(gè)自動化、智能化的工業(yè)模式及其產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

2 可編程控制器

2.1 可編程控制器的概述

PLC是一種通過數(shù)字進(jìn)行運(yùn)算和操作的專用于工業(yè)生產(chǎn)、生活的電子系統(tǒng)，主要利用了能夠編程（包括了執(zhí)行順序控制、邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、定時(shí)、算術(shù)運(yùn)算等命令）存儲器進(jìn)行模擬式、數(shù)字式的輸出與輸入，進(jìn)一步控制各種機(jī)械作業(yè)與工業(yè)生產(chǎn)的過程。PLC控制器是按照與工業(yè)之間互為整體的聯(lián)系及能夠最大限度擴(kuò)充的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的，是一種微小型的計(jì)算機(jī)，主要由基本I/0口電路、編程裝置、CPU、電源、外設(shè)接口、存儲器等部件組成?？删幊炭刂破魇前凑罩芷谛匝h(huán)掃描的方式進(jìn)行運(yùn)作的，其中掃描是CPU連續(xù)、不間斷地（如周期性地集中輸出、集中采樣等）執(zhí)行用戶任務(wù)、程序的循環(huán)序列；其周期可以分為讀輸入、執(zhí)行、處理通信請求、執(zhí)行CPU的自診斷測試、寫輸出等階段；影響掃描速度（運(yùn)行速度和精度等）的因素包括了PLC產(chǎn)品類型及其內(nèi)部的機(jī)器字長、CPU的類型、用戶的程序長度等?？删幊炭刂破骺梢园凑詹煌臉?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，例如按照其結(jié)構(gòu)形式的不同，可以分為模塊式和整體式結(jié)構(gòu)；而按照其功能與I/0數(shù)不同，可以分為大型、小型、中型。

2.2 可編程控制器的特點(diǎn)

由于PLC控制器的運(yùn)行過程和執(zhí)行用戶程序等命令可以直接寫入存儲器并通過存儲器進(jìn)行輸出控制，因此其具有控制靈活、編程簡單、程序可變、擴(kuò)充方便、功能強(qiáng)、性價(jià)比高且使用方便、柔性強(qiáng)等特征，不僅如此，其在具體的電氣等機(jī)械作業(yè)操作控制中，還具備了抗干擾能力強(qiáng)、維修方便、可靠性強(qiáng)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工的工作量較少等優(yōu)勢，基本上能夠滿足現(xiàn)代電氣等工業(yè)對控制器的要求（如能耗低、重量輕、體積小等）。

2.3 可編程控制器的運(yùn)用及前景

2.3.1 可編程控制器的運(yùn)用

PLC控制器的運(yùn)用主要體現(xiàn)在了邏輯控制、運(yùn)動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)控制等方面，其中邏輯控制是來源于其更強(qiáng)的（與普通控制器相比較的結(jié)果）“非”、“或”等邏輯運(yùn)算能力，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)自我邏輯運(yùn)算，還能夠進(jìn)行觸點(diǎn)與電路的并聯(lián)、串聯(lián)式聯(lián)結(jié)，以便于能夠代替繼電器來實(shí)現(xiàn)組合型邏輯控制；過程控制就是將流量、溫度等不斷變化的模擬量輸入進(jìn)模擬量I/0模塊，讓數(shù)字量與模擬量在此模塊之上進(jìn)行D/A與/D轉(zhuǎn)換和實(shí)行閉環(huán)PID（針對被控制的模擬量），如通過以微分或者積分的計(jì)算方法把被控制量計(jì)算出來，按照一定的比例寫入和輸出進(jìn)整個(gè)控制過程的命令與系統(tǒng)中，從而形成單個(gè)或者多個(gè)的循環(huán)且封閉的反饋、控制系統(tǒng)；而構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)控制是PLC控制器在通信功能上的擴(kuò)充，包含了PLC控制器與其他智能控制設(shè)備、多臺PLC控制器之間、遠(yuǎn)程I/0與主機(jī)之間的通信，如變頻器與計(jì)算機(jī)之間的通信；PLC控制器與其他智能的控制器通信能夠形成一套完整的分布式控制系統(tǒng)，如利用可編程系統(tǒng)對控制量進(jìn)行分散控制的過程進(jìn)行統(tǒng)一、集中的管理，以便于能夠及時(shí)、集中地了解和控制緊急信息、事態(tài)的發(fā)展，減少因信息不及時(shí)更新、控制不到位而帶來的突發(fā)事故。

2.3.2 可編程控制器的發(fā)展前景

從當(dāng)前的工業(yè)環(huán)境和技術(shù)運(yùn)用環(huán)境來看，PLC控制器的發(fā)展方向呈現(xiàn)出多遠(yuǎn)化、普及化的趨勢，主要朝著高性能、高集成、高速度、軟件化、通信網(wǎng)絡(luò)化、智能化與模塊化等多層次、多元化的方向發(fā)展，特別是在電氣工程的機(jī)械控制、生產(chǎn)等領(lǐng)域，有著越來越深入、越來越寬闊的道路方向。

3 可編程控制器在電氣控制中的應(yīng)用

3.1 可編程控制器的系統(tǒng)應(yīng)用

在實(shí)際的電氣控制過程中，運(yùn)用到的以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)主要包括了FCS（現(xiàn)場總線型控制系統(tǒng)）和DCS（集散型控制系統(tǒng)）兩種。其中FCS控制系統(tǒng)是一種利用現(xiàn)場總線對各個(gè)控制器、儀表設(shè)備、儀表進(jìn)行互聯(lián)，并將控制功能下放給現(xiàn)場的各個(gè)控制系統(tǒng)（即一個(gè)總開關(guān)控制由其他串聯(lián)線路并聯(lián)而成的總線路），主要用于自動化系統(tǒng)內(nèi)部的相關(guān)結(jié)構(gòu)與智能現(xiàn)場設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)通信，如雙向傳輸（實(shí)現(xiàn)上行傳輸與下行傳輸，即既能從前端給用戶傳輸信息，還能收到用戶給前端發(fā)送的信息）、數(shù)字式結(jié)構(gòu)（是一種分層結(jié)構(gòu)，每個(gè)層次對應(yīng)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，具有較強(qiáng)的分布式網(wǎng)絡(luò)控制與處理的功能和動態(tài)路由的選擇功能，能夠有效地保證網(wǎng)絡(luò)安全）等，主要可以分為現(xiàn)場環(huán)境、控制節(jié)點(diǎn)、INFRANET控制網(wǎng)三部分，其網(wǎng)絡(luò)通信的途徑是經(jīng)過此系統(tǒng)來進(jìn)行多節(jié)點(diǎn)、雙向、總線式地通信；DCS系統(tǒng)囊括了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)等多種技術(shù)為一體，是在通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，由過程監(jiān)控級（是過程控制級的上一級，由外圍設(shè)備和人機(jī)接口等組成，具有操作處理、優(yōu)化控制、集中監(jiān)視、制作報(bào)表等功能）與過程控制級（包括了設(shè)定與計(jì)算設(shè)定，是通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算出各個(gè)流程的設(shè)定值或者得出設(shè)定方程式，并在規(guī)定的時(shí)序里將其傳輸給基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)定，已達(dá)到對生產(chǎn)過程的控制與監(jiān)督）共同組成的一種多級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要包括了通信總線、顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分，是對危險(xiǎn)性的管理、分散及其顯示集中進(jìn)行控制，并利用特定的通信網(wǎng)絡(luò)對生產(chǎn)的各部門（包括了現(xiàn)場的監(jiān)測站、控制站等）進(jìn)行連接，以便于實(shí)現(xiàn)對分散控制的對象進(jìn)行實(shí)際的集中處理、操作和管理。

3.2 可編程控制器的過程應(yīng)用

在傳統(tǒng)的繼電器之后，PLC控制器在電氣中的運(yùn)用主要為開關(guān)量的邏輯控制、模擬量的過程控制、網(wǎng)絡(luò)與控制器之間的控制等，其中最為典型的就是電動機(jī)的運(yùn)行控制（如啟動、連續(xù)運(yùn)行、停止、分時(shí)啟動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)）。在這個(gè)電機(jī)的運(yùn)行控制中，主要控制過程表現(xiàn)為CPU只能處理電平信號，工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)為PLC，將電平信號在PLC控制器上進(jìn)行輸入（其接口與開關(guān)、傳感器、按鈕等直連）和輸出（其接口與指示燈、電磁閥、電動機(jī)、接觸器等被控對象直連），利用其強(qiáng)大的隔離、濾波功能來實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的D/A、A/D之間的轉(zhuǎn)換及其外部連接器之間的轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)束語

在對以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)的電氣控制實(shí)例的分析后，結(jié)合了PLC控制器相對于傳統(tǒng)控制部件（如繼電器）更具有靈活性、柔性、使用方便、多元化、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)越性，探討了PLC控制在電氣控制中的大好前景，有利于PLC控制技術(shù)與多元化、網(wǎng)絡(luò)化的世界相聯(lián)系，有助于促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的自動化、機(jī)械化、智能化的進(jìn)程及其產(chǎn)業(yè)鏈的調(diào)整與擴(kuò)展，進(jìn)而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的循環(huán)、綠色、健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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