PLC技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

宋士文 宋健彰

摘要 電氣工程的自動(dòng)化控制技術(shù)是我國提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量、提升工業(yè)實(shí)力的重要基礎(chǔ)技術(shù)，PLC技術(shù)是自動(dòng)化控制領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，在順序控制、開關(guān)控制等方面發(fā)揮著重要的作用，具有可靠、安全、穩(wěn)定的優(yōu)勢，在電氣工程的自動(dòng)化控制領(lǐng)域有著深入且廣泛的應(yīng)用。本文圍繞PLC技術(shù)與其在電氣工程自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，對其發(fā)展歷程、核心控制技術(shù)、設(shè)計(jì)原則做了相應(yīng)分析，并具體論述了PLC技術(shù)在順序控制與開關(guān)量控制方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 PLC技術(shù);電氣工程;自動(dòng)化控制

引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)水平與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的控制系統(tǒng)逐步向計(jì)算機(jī)化、自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變。其中PLC技術(shù)是控制系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)控制閉環(huán)、控制開關(guān)質(zhì)量和控制順序的功能，對提升自動(dòng)化控制水平，提高生產(chǎn)效率具有重要的意義，是自動(dòng)化控制與生產(chǎn)的創(chuàng)新性技術(shù)之一。在自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷更新優(yōu)化的大背景下，PLC技術(shù)也不斷得到完善，在未來會(huì)對智能系統(tǒng)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

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PLC技術(shù)的發(fā)展歷程

PLC技術(shù)全稱為可編程邏輯控制器，開發(fā)者可以根據(jù)用戶具體的需求對其進(jìn)行編程，使其可以完成相應(yīng)的邏輯控制任務(wù)，如數(shù)學(xué)運(yùn)算、控制順序、邏輯運(yùn)算等工作?，F(xiàn)階段在工業(yè)中常用的控制技術(shù)主要包括本文中論述的PLC控制技術(shù)、繼電器控制技術(shù)以及單片機(jī)控制技術(shù)，繼電器控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)為通過硬接線的邏輯設(shè)計(jì)，由繼電器來實(shí)現(xiàn)相關(guān)動(dòng)作。單片機(jī)控制技術(shù)是通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)相關(guān)動(dòng)作，因?yàn)榕渲蒙弦话愣急容^簡單，所以實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作也有很大的約束。對比以上兩者，PLC控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理是將與控制相關(guān)的邏輯保存在PLC中的內(nèi)部儲(chǔ)存器中，繼而通過半導(dǎo)體電路進(jìn)行控制。這樣的結(jié)構(gòu)使其可以完成更加復(fù)雜的動(dòng)作，同時(shí)具有安全穩(wěn)定的特點(diǎn)，非常適合應(yīng)用在對魯棒性要求很高的自動(dòng)化工業(yè)制造中。

PLC技術(shù)由美國通用汽車公司于上世紀(jì)六十年代研發(fā)并投入生產(chǎn)，初期的PLC技術(shù)只能滿足邏輯控制等簡單的任務(wù)，這之后的發(fā)展中研究人員逐漸嘗試加入了更多的控制功能，比如中斷計(jì)數(shù)、高數(shù)技術(shù)、函數(shù)運(yùn)算等高階動(dòng)作，同時(shí)隨著應(yīng)用的普及，其外觀形態(tài)、造價(jià)成本等方面都發(fā)生了很多變化。PLC技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中展現(xiàn)的強(qiáng)大生產(chǎn)力使其迅速被日本、德國等工業(yè)化制造強(qiáng)國所引入，隨著我國向工業(yè)強(qiáng)國的目標(biāo)不斷邁進(jìn)，PLC技術(shù)愈加受到我國相關(guān)研究學(xué)者的重視，雖然PLC技術(shù)引入我國較晚，同時(shí)研究成果與技術(shù)水平距離發(fā)達(dá)國家仍有一定差距，但相信在未來，我國的PLC技術(shù)的研究與應(yīng)用會(huì)取得更加深入的進(jìn)展。

2 PLC控制系統(tǒng)

2.1核心控制技術(shù)

完整的PLC控制系統(tǒng)共包括系統(tǒng)電源、系統(tǒng)接口、存儲(chǔ)介質(zhì)以及核心的中央處理器。同時(shí)開發(fā)者可以根據(jù)具體的需求添加額外的輔助設(shè)備。具體的PLC控制系統(tǒng)的部件功能為：系統(tǒng)電源為控制系統(tǒng)的器件提供電能，系統(tǒng)接口為控制系統(tǒng)與外部連接設(shè)備的輸入輸出連接處，儲(chǔ)存介質(zhì)為控制邏輯等數(shù)據(jù)信息提供儲(chǔ)存功能，中央處理器的功能為數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，同時(shí)接收用戶的指令與數(shù)據(jù)。

從軟硬件角度講，PLC控制系統(tǒng)又可以分為軟件和硬件兩部分，軟件提供操作控制，硬件提供技術(shù)介質(zhì)。PLC控制體系的工作流程與計(jì)算機(jī)有一些相似之處，首先由中央處理器自動(dòng)地對數(shù)據(jù)或指令進(jìn)行診斷分析，之后系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行處理，隨后掃描分析用戶的程序并通過系統(tǒng)接口對相關(guān)儀器進(jìn)行控制，如果流程中某些部分出現(xiàn)錯(cuò)誤，則回滾至中央處理器的診斷步驟重新開始。

2.2設(shè)計(jì)原則

PLC控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)流程中需要滿足以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)原則，首先，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要滿足系統(tǒng)用戶的基本需求，滿足其控制元器件與儀器的基本需求，保障系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定。其次要在滿足以上要求的基本上，盡量控制系統(tǒng)的造價(jià)，減少生產(chǎn)成本并提高自動(dòng)化生產(chǎn)效率。PLC控制系統(tǒng)還需要滿足一定的擴(kuò)展性，使其可以在后續(xù)的功能更新中可以進(jìn)行重開發(fā)與升級，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。最后，PLC系統(tǒng)要保證其生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量品質(zhì)與產(chǎn)品安全。

3 PLC在自動(dòng)化控制的應(yīng)用

在PLC技術(shù)發(fā)展伊始，其技術(shù)特點(diǎn)對電氣工程的自動(dòng)化控制來說并不存在很大的價(jià)值，電氣工程的自動(dòng)化控制需求也沒有今日這般豐富且復(fù)雜。隨著電氣工程自動(dòng)化控制技術(shù)以及PLC技術(shù)的不斷成熟，二者不斷嘗試進(jìn)行結(jié)合并取得了不錯(cuò)的效果，PLC技術(shù)不斷提高電氣工程的自動(dòng)化控制水平，為其數(shù)字化發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。下面分別就控制順序與控制開關(guān)量兩個(gè)方面對其進(jìn)行論述。

3.1控制順序的應(yīng)用

將PLC作為順序控制器，控制順序的應(yīng)用占PLC的工業(yè)級應(yīng)用的絕大多數(shù)，也是如今PLC技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)生活的最廣泛最普遍的應(yīng)用。比如在火力發(fā)電廠的應(yīng)用場景中，其爐渣與飛灰的自動(dòng)清理就是利用PLC作為流程順序控制器實(shí)現(xiàn)的，因此PLC相關(guān)元器件的性能直接影響著整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的性能與效率。為保證PLC技術(shù)在控制順序方面發(fā)揮出最佳性能，需要在設(shè)計(jì)階段就對其進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)與科學(xué)的布局，通常來講對自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要圍繞以下三部分進(jìn)行重點(diǎn)分析：主站層部分、現(xiàn)場傳感部分以及遠(yuǎn)程控制部分。

3.2控制開關(guān)量的應(yīng)用

PLC應(yīng)用在電氣工程的過程中，常常將其作為可編程儲(chǔ)存器而應(yīng)用于虛擬繼電器的工作流程中，通常來講，繼電器在控制系統(tǒng)的通斷時(shí)往往需要較長時(shí)間的反應(yīng)，這也就意味著在系統(tǒng)的短路保護(hù)期間，PLC很難對系統(tǒng)通斷進(jìn)行有效地控制。在長時(shí)間的應(yīng)用過程中PLC技術(shù)的這一不足收到研究人員的重視，也提出了相應(yīng)的措施對該不足進(jìn)行優(yōu)化與改善，比如可以通過自動(dòng)切換系統(tǒng)的方法，在一定程度上改變繼電器反應(yīng)時(shí)間長的缺點(diǎn)，進(jìn)而提升整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。

3.3 PLC技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著數(shù)字化技術(shù)在工業(yè)上的深入普及，PLC技術(shù)充分發(fā)揮可數(shù)字編程的優(yōu)勢，朝向網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化的方向邁進(jìn)，PLC技術(shù)會(huì)擁有更加穩(wěn)定更加先進(jìn)的控制能力。

PLC技術(shù)也朝著加強(qiáng)抗干擾能力的方向不斷發(fā)展，比如現(xiàn)階段可以在系統(tǒng)中加入隔離變化器，實(shí)現(xiàn)屏蔽干擾的功能，或者在電源上引入LC濾波電路。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域不斷發(fā)展，工業(yè)系統(tǒng)會(huì)變得更復(fù)雜更精細(xì)，對PLC技術(shù)的抗干擾能力提出了更高的要求。

結(jié)束語

PLC技術(shù)是工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)邏輯控制、開關(guān)控制的重要技術(shù)，PLC技術(shù)擁有著安全穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，隨著新一代信息技術(shù)的革新，尤其是5G技術(shù)的應(yīng)用普及，以數(shù)字化編程為核心優(yōu)勢的PLC技術(shù)會(huì)迎來新一輪的發(fā)展契機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1]任軍.智能化技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化控制中的具體應(yīng)用探析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（15）：228.

[2]宋縣委.有關(guān)智能化技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化控制中應(yīng)用的研究[J]科技致富向?qū)В?013（20）：151+236.