自動化電氣控制中PLC的應用與技術分析

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　　摘 要：PLC是一種新興的電氣電子技術，如今在科學技術迅速發展的背景下，PLC技術也在不斷成熟、完善，并在電氣控制領域得到了十分廣泛的應用，為實現電氣自動化控制做出了重要的貢獻。文章主要對PLC的組成、原理、優勢、發展及其在自動化電氣控制中的應用情況進行了分析，希望能夠為業內相關研究及實踐提供有效的參考。
　　關鍵詞：自動化電氣控制;PLC;應用;技術
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.126
　　 PLC指的是可編程控制器，是依托計算機、控制技術以及電子通訊技術等而產生的一種由數字運算控制的電子系統，是有機結合計算機與繼電接觸控制的技術產物。PLC內部，可開展多項操作，包括數據存儲、數據高效控制以及數據運算等。在科學技術日新月異的今天，PLC也在日益完善，并在自動化電氣控制領域中得到了廣泛應用，同時也在實際應用過程中表現出了明顯的優勢。加強對PLC的技術分析，充分發揮PLC在自動化電氣控制中的效果，是提高自動化電氣控制水平的有效途徑。
　　1 PLC技術分析
　　1.1 PLC的組成
　　 經過多年來的發展，PLC不斷優化、完善，并逐步形成了相對完整的系統，PLC系統主要由電源、CPU主板、顯示板、內存等多個部分組成。電源是PLC的核心運轉基礎，必須使電源保持穩定，才能保障PLC系統的安全運行運行。內存也在很大程度上影響著PLC系統的使用效果，其是由I/O模塊組成，根據具體需求，I/O模塊能夠有針對性地對I/O能力進行拓展。
　　1.2 PLC的原理
　　 PLC是一種先進的、科學的控制系統，目前在工業生產領域、電氣設備中得到了廣泛應用，其原理為：
　　 第一，輸入采樣。PLC系統運行中，輸入采樣是起始階段，指的是采取掃描的方法，將數據輸入到系統中去，并讀入狀態信息，存入內存中，也就是儲存在I/O映像區中的單元內。PLC系統后續工作中，I/O映像區域中的狀態信息、數據不會出現改變，因此，輸入脈沖信號的時候，應確保其寬度大于或等于一個掃描周期，以保證輸入能夠被有效讀入。
　　 第二，程序執行。PLC系統運行中，程序執行占據著重要的地位。掃描用戶程序的過程中，一般遵循右下而上的原則，PLC也能自動化完成控制線路的邏輯運算，同時以邏輯運算結果為根據，刷新I/O映像區中儲存的狀態信息。換一句話說，用戶程度執行過程中，I/O映像區域中輸入點的狀態不會發生改變，而其他輸出點的狀態信息及數據會出現一定的改變，因此在程序執行過程中，應用立即I/O指令之后，可以對I/O點進行直接存取。
　　 第三，輸出刷新。PLC系統運行中，輸出刷新是最后一個環節。用戶程序掃描結束后，PLC自動進入輸出刷新階段。CPU主板以I/O映像區域中的狀態信息、數據為根據，對輸出鎖存電路的整體進行刷新，并通過輸出電路驅動外接設備。
　　1.3 PLC的優勢
　　 目前，PLC在各行各業中得到了廣泛的應用，且應用范圍越來越廣，這與PLC自身的優勢特點息息相關。PLC的優勢主要包括：
　　 第一，易于編程。易于編程是PLC的一個主要優勢，其在進行編程的時候，主要采取命令語句，與微機指令相比，命令語句明顯數量較少，且梯形圖比較簡單，對操作經驗的要求不高，初學者也能在很短的時間內掌握。
　　 第二，可靠性較強。大部分PLC的核心為單片機，因此PLC的集成度較高，再加上PLC本身具備自診斷功能及保護電路，使得PLC具有良好的可靠性。
　　 第三，便于安裝。PLC安裝時，只需要保障各部件連接正確，便可以正常運行，不需要設置專門機房、采取嚴格的屏蔽保護措施。
　　 第四，組態方式靈活。PLC多為積木式結構形式，使用者可以根據自身需求簡單組合，便可以靈活設置電氣控制系統的功能，因此，PLC的應用范圍較廣。
　　1.4 PLC的發展
　　 PLC具有工作效率高、靈敏度高、可靠性及安全性強的特點，適用范圍較廣，可以適應復雜環境?；诖耍嘈旁谖磥鞵LC會得到更多的應用，并會隨著計算機、控制技術以及電子通訊技術等科學技術的發展而進一步優化、完善，基于PLC的自動化電氣控制系統也會出逐漸發展為一種開放式、分布式、高效的電氣控制系統。除此之外，將PLC與計算機控制技術、數字通訊技術、智能傳感技術等數字化技術結合起來，還可以使PLC逐漸發展為更為完善、成熟的自動化電氣電子技術。
　　2 自動化電氣控制中PLC的應用
　　2.1 閉環控制中PLC的應用
　　 自動化電氣控制系統中，可以采取多種方式啟動電機，如自動方式、手動方式等。采取自動啟動方式的時候，應用PLC，可以實現閉環控制。以溫控系統為例，借助熱電偶檢測加熱爐的溫度，將熱電偶的輸出電信號通過溫度變送器轉換為標準量程電流，然后傳輸給模擬量輸入模塊，經 A/D轉換之后，便能獲得與溫度成比例的數字量。然后，CPU主板會對預先設定的溫度值與獲取的數字量進行對比分析，然后按照PID控制算法進行誤差運算，得到運算結果之后，傳送給輸出模塊，并經D/A轉換，獲得電流信號，從而發揮自動控制電動調節閥開度的效果，達到了閉環控制。采取這樣的控制方式，可以有效控制閉環中各種干擾因素，使被控量能夠與給定值無限接近。除此之外，為了實現對閉環控制過程的簡化，可以直接應用PID控制器，PID控制器為閉環控制器，本身結構比較簡單，且無需被控對象的數學模型，使用方便，靈活性較強。
　　2.2 順序控制中PLC的應用
　　 近年來，順序控制系統在自動化電氣控制中得到了越來越多的應用，，可以將順序控制系統，主要是將整個工藝流程分解為多個順序相連且不同順序之間又相互獨立的階段，按照先后順序執行各個階段，保障整個工藝流程的有序開展、順利完成。順序控制中PLC的應用，所采取的主要方法便是邏輯設計方法，具體步驟為：應用不同邏輯變量表示輸入信號、輸出信號，分局實際控制要求，將狀態表列出，并以狀態表為根據，寫出邏輯函數，簡化邏輯函數，并以此為根據對梯形圖進行繪制，上機調試。若是PIC輸出信號存在時間順序的狀態變化，則可借助時序圖來設計控制程序，具體步驟為：正式設計前，加強對控制要求的分析，最好是仔細、系統、全面地分析實際控制要求，明確信號的輸入量、輸出量，并進行技術經濟性分析，確定機型;明確信號之間的時序關系，對工作時序圖進行繪制，并將其分為多個時間區段，確定每個區段的時長，找出區段之間的信號狀態轉換條件及分界點，然后對定時器進行分配，開展PIC的I/O分配，對梯形圖進行繪制，開展模擬運行試驗，評估程序是否符合控制要求，給予適當修改。
　　2.3 開關量控制中PLC的應用
　　 開關量指的是，非連續性信號的采集與輸出，比較常見的是遙信采集、遙控輸出。開關量主要包括1和0兩種典型狀態，這是取決于數字電路開關的基本性質。對于電子設備來說，最基本的兩種功能便是開和關，一般來說，開關量控制主要是借助設備內部的繼電器來進行實現。以往開關量控制中借助點磁性繼電器的時候，操作觸點較多，系統接線操作比較復雜，使得開關量控制極易受到各種干擾因素的影響，而威脅其可靠性及穩定性，導致開關量控制的運行效率差。開關量控制中應用PIC，主要是應用中間繼電器，來達到智能化控制、數據存儲的目的，并以此來實現對控制系統的優化，提高系統控制效果，且可以確保開關量的穩定。除此之外，電氣工程中比較常用的機械繼電器，其具備開關控制功能，但經過實踐發現，開關控制的反饋時間較長，若是系統出現短路，則不能發揮繼電保護的效果。通過應用PIC進行開關量控制，便能有效解決這一問題。
　　3 結語
　　 綜上所述，PLC具有易于編程、可靠性較強、便于安裝、組態方式靈活、適用范圍較廣的優勢。在自動化電氣控制中，包括閉環控制、順序控制、開關量控制中有效應用PLC，可以提高自動化電氣控制系統的功能。為了更好地發揮PLC的優勢，應不斷加大、加深對PLC的研究，并對PLC進行不斷優化與完善，從而使其為促進自動化電氣控制的進一步發展做出更好的貢獻。
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