劉琛 耿巖

摘 要：20世紀(jì)六十年代末期，世界上第一臺(tái)PLC控制器——PDP-14在美國(guó)誕生，進(jìn)而取代了傳統(tǒng)的繼電器，七十年代初，微處理器被引入到PLC系統(tǒng)當(dāng)中，使PLC系統(tǒng)增加了數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算及傳送等功能。經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展和演變，現(xiàn)如今PLC技術(shù)已廣泛應(yīng)用于石油、鋼鐵、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，標(biāo)志著自動(dòng)化、智能化時(shí)代的來臨。本文結(jié)合PLC控制器的工作原理，針對(duì)PLC技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的控制應(yīng)用進(jìn)行分析論述。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);電氣自動(dòng)化;應(yīng)用

PLC（可編程邏輯控制器）具有高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)、易學(xué)易用、體積小、功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，相比于DCS（分布式控制系統(tǒng)）大約能夠省去40%左右的成本，而且PLC控制器最多可接收8000多個(gè)I/O，同時(shí)，指令系統(tǒng)也非常豐富，能夠輕而易舉的實(shí)現(xiàn)種種開關(guān)量以及模擬量的控制，系統(tǒng)內(nèi)部的內(nèi)存區(qū)還可以存儲(chǔ)控制過程中所有需要保存的信息。因此，PLC技術(shù)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值也日漸突顯。

一、PLC控制器的工作原理

PLC控制器正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)分為三個(gè)階段，即輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段，完成這三個(gè)階段稱之為一個(gè)完整的掃描周期，無(wú)論P(yáng)LC嵌入任何類型的系統(tǒng)當(dāng)中，其工作原理大致相同，都是重復(fù)執(zhí)行這三個(gè)階段的工作內(nèi)容。PLC控制器的工作原理如圖1所示。

在輸入采樣階段，PLC控制器以掃描的方式依次讀入輸入狀態(tài)與數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)存入I/O映象區(qū)相對(duì)應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)合后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行與輸出刷新階段[1]。如果輸入的是脈沖信號(hào)，其寬度必須大于一個(gè)掃描周期，只有這樣，才能保證輸入均被讀入。在用戶程序執(zhí)行階段，PLC控制器按照從上至下的順序依次掃描用戶程序，掃描形狀為梯形圖，然后遵循先左后右、先上后下的原則，對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，進(jìn)而確定是否執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。在輸出刷新階段，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，經(jīng)過輸出電路驅(qū)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的外設(shè)，此時(shí)，PLC控制器才真正完成輸出過程，由圖1可以看出，PLC控制器的一個(gè)完整掃描周期等同于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新時(shí)間總和。

二、PLC技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的控制應(yīng)用

目前，PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力以及監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)日漸純熟，因此，該技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，同時(shí)，在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值也得到切實(shí)體現(xiàn)。

（一）電氣自動(dòng)化中的順序控制

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的順序控制是指多臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或停止按照一定的先后順序來完成的控制方式，它是電氣輔助系統(tǒng)中的主要控制方式之一。當(dāng)PLC系統(tǒng)取代繼電器控制系統(tǒng)后，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中能量消耗較小，工作效率得到大幅提升，這種控制方式在對(duì)生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行單獨(dú)控制的同時(shí)，也可以利用信息模塊與通信總線的連接，對(duì)工作流程進(jìn)行有效控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的目的。

（二）電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的開關(guān)量控制

PLC技術(shù)的應(yīng)用省略了軟繼電器實(shí)物元件控制操作的步驟，這就使系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性與可靠性得到提升，開關(guān)量控制在針對(duì)輔助開關(guān)數(shù)目進(jìn)行減少處理的同時(shí)，可以控制多臺(tái)斷路器的信號(hào)。PLC系統(tǒng)控制開關(guān)量的能力很強(qiáng)，控制的出入點(diǎn)數(shù)，少則十幾點(diǎn)、幾十點(diǎn)，多則幾千，甚至上萬(wàn)點(diǎn)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)可以與互聯(lián)網(wǎng)相連，所以控制點(diǎn)數(shù)不受任何外界因素的影響，無(wú)論點(diǎn)數(shù)多少，都能夠?qū)崿F(xiàn)有效控制。在開關(guān)量控制系統(tǒng)中，PLC的硬件結(jié)構(gòu)是可變的，軟件程序是可編的，根據(jù)具體情況，可以臨時(shí)編寫多套或多組不同的軟件程序，然后可以則優(yōu)而用，由此可見，PLC系統(tǒng)的開關(guān)量控制可以應(yīng)用于多工況、多狀態(tài)變換的工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)所。

（三）電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的閉環(huán)控制

PLC技術(shù)能夠有效控制泵類電機(jī)中自動(dòng)啟動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)控制箱手啟動(dòng)、機(jī)旁手啟動(dòng)等多種啟動(dòng)方式，在機(jī)旁手啟動(dòng)方式中，只需要調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)即可以使泵機(jī)進(jìn)入到正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。如果系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障導(dǎo)致PLC系統(tǒng)停止工作，此時(shí)，可以用常規(guī)的控制系統(tǒng)來取代PLC系統(tǒng)，使正常的生產(chǎn)作業(yè)活動(dòng)不受任何影響?；赑LC技術(shù)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分，分別是電子調(diào)節(jié)部分、電液執(zhí)行部分以及轉(zhuǎn)速測(cè)量部分，這三部分集成一體，相互配合，保障了自動(dòng)化系統(tǒng)能夠順利完成閉環(huán)控制過程[2]。

（四）PLC技術(shù)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

井下提升系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、電梯運(yùn)行系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都是基于PLC技術(shù)而完成順序控制、開關(guān)量控制以及閉環(huán)控制的工藝流程。近年來，諸多生產(chǎn)制造企業(yè)都將PLC控制器作為輔助系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)全過程進(jìn)行有效控制，對(duì)于井下輸煤系統(tǒng)而言，主要由主站層、現(xiàn)場(chǎng)傳感器以及遠(yuǎn)程IO站組成，中央集控室內(nèi)設(shè)置主站層，由人機(jī)接口以及PLC系統(tǒng)構(gòu)成，主站層借助于光纖通訊總線與IO站的遠(yuǎn)程連接，進(jìn)行信號(hào)傳輸，而集控室多以自動(dòng)化控制為主，人工操控為輔，終端操作人員只需在控制室內(nèi)通過計(jì)算機(jī)顯示屏對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全程監(jiān)控，規(guī)避了過去惡劣的工作環(huán)境，減少了人工投入成本。操作人員通過監(jiān)控系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)觀測(cè)到系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息，如果某一部位或者系統(tǒng)中某一零部件發(fā)生故障，系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間發(fā)出預(yù)警，操作人員接收到預(yù)警信號(hào)后，及時(shí)將故障信息反饋給維修人員，不但節(jié)省了維修時(shí)間，而且，單位時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)工作效率也實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。

（五）PLC技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

在機(jī)械制造領(lǐng)域，數(shù)控機(jī)床是較為常用的關(guān)鍵性生產(chǎn)設(shè)備，數(shù)控機(jī)床主要包括點(diǎn)位、直線以及連續(xù)控制系統(tǒng)，過去，在應(yīng)用繼電器控制系統(tǒng)時(shí)，機(jī)床在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，故障頻發(fā)，維修量大，而PLC技術(shù)的出現(xiàn)，恰恰解決了這一難題，使數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化水平得到大幅提升，并且PLC技術(shù)已經(jīng)在點(diǎn)位控制系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。尤其在孔加工機(jī)床當(dāng)中，該技術(shù)的應(yīng)用提高了零件加工的精密度，對(duì)于一些小型、微型的零配件，PLC技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值得到充分體現(xiàn)。目前，在工業(yè)制造領(lǐng)域往往采用抗干擾能力強(qiáng)的單板機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效解決傳統(tǒng)單片機(jī)存在的硬件電路問題、驅(qū)動(dòng)電路問題以及抗干擾問題。此外，PLC具有完善的自診斷功能，如果在機(jī)床運(yùn)行過程中出現(xiàn)系統(tǒng)故障，操作人員能夠及時(shí)在CRT上接收到報(bào)警信息，并迅速根據(jù)應(yīng)急機(jī)制，排查故障原因，制訂針對(duì)性的維修方案，以恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

結(jié)束語(yǔ)：

PLC技術(shù)是時(shí)代進(jìn)步、社會(huì)發(fā)展的重要標(biāo)志，這項(xiàng)技術(shù)的日漸純熟使工業(yè)制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域逐步朝著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域也發(fā)揮著越來越重要的作用，它也必將成為引領(lǐng)和推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的強(qiáng)大技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜春雨.PLC技術(shù)在電氣工程及其自動(dòng)化控制中的應(yīng)用分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（12）：143.

[2]付瑞瑞.PLC 技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的運(yùn)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2019（7）：3496.