電氣自動化中PLC技術(shù)的運用與趨勢論文

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電氣自動化中PLC技術(shù)的運用與趨勢論文

　　摘要：

　　通過在實際工作經(jīng)驗的總結(jié)中可以發(fā)現(xiàn),PLC技術(shù)在自動化控制中的應(yīng)用與普及,有效的縮短了技術(shù)人員排查故障的時間,增強了工人的工作效率,而且還大幅提高了電氣設(shè)備的自動化程度。隨著對PLC技術(shù)的不斷優(yōu)化與研發(fā),其在電氣工程及自動化控制中的應(yīng)用會更加廣泛。

　　關(guān)鍵詞：

　　PLC；工業(yè)；應(yīng)用；自動化控制；

　　引言：

　　自動化應(yīng)用的水平彰顯著一個國家的科技與工業(yè)實力，PLC技術(shù)是電氣工程自動控制中非常重要的技術(shù)，提高了自動控制水平，而且能夠讓設(shè)備當(dāng)中一些比較難處理的問題和缺陷得到有效的解決。PLC因為其具有的比較好的可靠性與很強的適應(yīng)性，在自動化控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，小到可操作一個站點，一個部件，一個設(shè)備；大到可操控一條生產(chǎn)線，多臺設(shè)備，甚至是整個工廠�？梢哉f在當(dāng)今的自動控制中，幾乎是離不開PLC技術(shù)的。本文將對PLC技術(shù)在自動控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，進(jìn)行總結(jié)與探討。

　　1、PLC的概念及特點

　　1.1、PLC的基本含義

　　PLC的中文釋義為可編程邏輯控制器，可以將對設(shè)備的控制指令載入其內(nèi)部存儲器進(jìn)行執(zhí)行命令與存儲功能，其具有的微處理器功能，主要用于對自動化控制的數(shù)字運算。PLC由電源、輸入輸出接口、數(shù)字的模擬轉(zhuǎn)換器、指令數(shù)據(jù)內(nèi)存等部件組成。早期的PLC功能單一，只有邏輯控制一項功能，而且設(shè)計制造周期長，接線復(fù)雜，維修困難。但隨著后來對其不斷的優(yōu)化與改進(jìn)，當(dāng)初這些簡單的功能已經(jīng)擴(kuò)展為集時序控制、多機(jī)通訊、模擬控制、邏輯控制等多功能于一體的控制器�，F(xiàn)在電氣自動控制系統(tǒng)上使用的PLC已經(jīng)接近或相當(dāng)于一臺微型電腦主機(jī)，其可靠性與可擴(kuò)展性的優(yōu)勢，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在當(dāng)前的多種類的自動控制領(lǐng)域中。

　　電源通過運用整流模塊將我們常用的交流電轉(zhuǎn)化為供PLC內(nèi)部運行的直流電，開關(guān)式穩(wěn)壓電源的供電方式，目前在PLC電源系統(tǒng)中應(yīng)用較廣。CPU單元（中央處理器）是PLC的大腦，也是核心元件，作用是運行和處理用戶數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)學(xué)和邏輯運算，協(xié)調(diào)整個控制系統(tǒng)，其性能的優(yōu)越?jīng)Q定了PLC的運行速度與處理能力。存儲器的作用是儲存用戶程序、系統(tǒng)程序及邏輯變量等信息。被控設(shè)備與PLC相連的稱為輸入輸出單元，輸入單元是信號傳輸進(jìn)PLC的樞紐，可以起到接收檢測元件與主令元件傳來的信號。而輸出單元的作用是將PLC的控制指令，傳輸給被控設(shè)備。

　　通信聯(lián)網(wǎng)也是PLC一項極其重要的功能，可以使PLC與PLC之間、PLC與智能設(shè)備之間，PLC與計算機(jī)之間能夠交換數(shù)據(jù)信息，形成一個完整的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)集中控制的目的。PLC和計算機(jī)一樣具有網(wǎng)絡(luò)接口，通過光纜或雙絞線，可以使其在較遠(yuǎn)的范圍內(nèi)交換數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)通信可以分為串行通信與并行通信兩種方式，并行是以字或字節(jié)為單位，其傳輸速度快，但所需傳輸線根數(shù)多成本較高，適合數(shù)據(jù)近距離傳送。串行是以二進(jìn)制為單位，每次傳輸只傳輸一位，所需傳輸線根數(shù)少成本較少，適合數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸。

　　1.2、PLC技術(shù)的特點

　　簡單高效：簡單，我們可以理解為安裝方便、組態(tài)靈活；高效，我們可以理解為運行速度快。PLC的安裝與計算機(jī)系統(tǒng)的安裝相比較，對安裝環(huán)境要求不高，不需要為其專門設(shè)置一個機(jī)房，也不需要屏蔽措施，使用時只要把接口端子和執(zhí)行與檢測機(jī)構(gòu)相連接正確即可正常工作。用戶可以通過自動控制的需要對PLC進(jìn)行不同的組合，可簡單靈活的對控制系統(tǒng)的規(guī)模和功能進(jìn)行改變，而且PLC的編程容易上手，技術(shù)人員不需要計算機(jī)的專業(yè)知識，就可以編程。PLC程序控制的執(zhí)行方式，會使其運行速度更快，可靠性也能得到很大的提高，這是傳統(tǒng)邏輯模式無法比擬的。

　　實用性強：由于PLC技術(shù)適合各種應(yīng)用場合，并且其可變性與編程簡單的特點，使其具有很強的實用性。PLC的控制功能好、可靠性強，可以根據(jù)自動控制系統(tǒng)的要求進(jìn)行擴(kuò)展，體積小、功耗小、集成化高非常適用于各行各業(yè)的自動控制中。現(xiàn)在大多數(shù)PLC在系統(tǒng)設(shè)計上采用的是集成化程度高的單片微型計算機(jī)，片內(nèi)面向測控系統(tǒng)的外圍電路的增強，使PLC技術(shù)可以方便靈活的應(yīng)用于復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)及設(shè)備，如工業(yè)過程控制、工業(yè)控制器、過程檢測及電氣自動化控制系統(tǒng)等，大多都是以PLC技術(shù)為核心的多極網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

　　抗干擾能力強：通過運用隔離與屏蔽的方式有效地提高了PLC技術(shù)的抗干擾能力。PLC的控制電源正常是由電網(wǎng)提供，但電網(wǎng)電源易受到干擾，如大型設(shè)備的啟停、整流器故障、電網(wǎng)短路等會對PLC的供電產(chǎn)生影響，可能會造成PLC的運算錯誤或程序錯誤，這將會導(dǎo)致自動控制設(shè)備的誤動作和失控現(xiàn)象的發(fā)生。對PLC的核心部件要采用集成電壓調(diào)整器分級濾波處理。要完善PLC的接地系統(tǒng)，一方面可以提高其安全性，避免電網(wǎng)中過電壓、過電流的危害，另一方面會抑制電磁干擾。在實際應(yīng)用中，PLC所采用的都是一點接地方式，將相近接地點以及所有地線端子通過一點連接，以提高抗干擾能力。

　　2、PLC技術(shù)是如何在電氣自動化中應(yīng)用的

　　2.1、開關(guān)量控制

　　開關(guān)量控制是PLC技術(shù)中最基本的應(yīng)用。開關(guān)量控制的目的是根據(jù)開關(guān)量歷史的輸入組合與當(dāng)前的輸入順序，使PLC產(chǎn)生對應(yīng)的開關(guān)量的輸出，來達(dá)到系統(tǒng)按照給定的邏輯順序工作。PLC在電氣控制電路中比較常見的，可以提供開關(guān)量信號開關(guān)類元件有溫度開關(guān)、行程開關(guān)、按鈕等。行程開關(guān)的作用可以用來反饋運行位置，在電氣設(shè)備指定的位置上安裝一個行程開關(guān)，行程開關(guān)的觸點接到PLC的輸入點，PLC程序就通過此輸入點的接通與斷開狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的輸出。我們要電氣設(shè)備完成某一項或某一系列動作，就要通過按鈕來傳輸信號給PLC完成指令操作。溫度開關(guān)給出的信號也是開關(guān)量，為了讓控制系統(tǒng)簡單化，將不是開關(guān)量的溫度信號處理成了開關(guān)量，當(dāng)達(dá)到設(shè)置溫度時，溫度開關(guān)內(nèi)的繼電器就會接通，從而會給PLC發(fā)出信號，PLC根據(jù)接收到的信號在決定是否執(zhí)行命令。

　　2.2、順序控制

　　順序控制應(yīng)用在電氣工程中，如果將一個控制系統(tǒng)分解為幾個相互之間獨立的控制動作，且為了保證生產(chǎn)的運行正常，各獨立控制動作能不出差錯的按照給定的先后順序依次的執(zhí)行任務(wù)。實現(xiàn)PLC邏輯控制的三個必備要素是工作任務(wù)、轉(zhuǎn)移目標(biāo)和轉(zhuǎn)移條件，三者缺一不可，缺少一個，順序控制功能都無法實現(xiàn)，通過對三個條件的完善與優(yōu)化，可以有效提升自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與效率。實現(xiàn)按給定的順序執(zhí)行是順序控制系統(tǒng)的最基本特征，可以將順序控制細(xì)分為邏輯順序、條件順序與時間順序。邏輯順序即按照預(yù)先給定的條件，按順序依次的執(zhí)行命令。條件順序即執(zhí)行條件是否能滿足邏輯控制要求。時間順序即執(zhí)行時間，什么時間開始執(zhí)行命令，什么時間停止執(zhí)行命令。順序控制提升了工業(yè)領(lǐng)域中自動控制水平，順序控制是在工業(yè)的自動控制系統(tǒng)中一種比較典型的控制方式，應(yīng)用廣泛，如在交通領(lǐng)域中對信號燈的控制，對商品包裝的生產(chǎn)線控制等。

　　2.3、閉環(huán)控制

　　在傳統(tǒng)的電氣工程領(lǐng)域，自動化普及應(yīng)用程度并不高，更多是利用人工的方式來啟停電氣設(shè)備，這樣會使得設(shè)備的安全性與可靠性得不到保障，而且還降低了工作效率，但是PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應(yīng)用，有效的解決了這樣的問題。在工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活的應(yīng)用中，閉環(huán)控制被廣泛的應(yīng)用在自動控制系統(tǒng)中，如對運行中的電機(jī)進(jìn)行自動控制，又如在電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，流量、液位、溫度、壓力等的控制系統(tǒng)等等，都是采用了閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制可以分為單閉環(huán)控制與多閉環(huán)控制系統(tǒng)。對于控制兩個過程變量比例比控制它們之間的絕對值更重要的系統(tǒng)來說，例如控制兩臺需要同步的設(shè)備的速度，就可以采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)。而多閉環(huán)控制系統(tǒng)是將兩個過程數(shù)據(jù)變量之比保持為一個常數(shù)，如在對電氣設(shè)備自動調(diào)溫系統(tǒng)的控制等。在對閉環(huán)控制系統(tǒng)的選擇上，要根據(jù)需要擇優(yōu)進(jìn)行選擇。

　　3、電氣自動控制系統(tǒng)中PLC技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展方向

　　目前，隨著大規(guī)模集成電路等微電子的發(fā)展，PLC技術(shù)已經(jīng)非常成熟，不僅可靠性得到了提高，成本下降，控制功能得到了增強，功耗和體積減小，而且隨著圖像顯示、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理的發(fā)展，使PLC向連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向發(fā)展。一方面為適應(yīng)自動控制系統(tǒng)向小型化發(fā)展的需要，要大力發(fā)展性價比更高、速度更快、小型的PLC。另一方面，向速度更快、容量更大、技術(shù)更加完善的大型PLC方向發(fā)展。隨著電氣自動化向著更復(fù)雜化控制系統(tǒng)方向的發(fā)展，人們對PLC的數(shù)據(jù)信息的傳輸與處理能力也提出了更高的要求，要求其存儲器的容量也越來越大。

　　為滿足自動化控制領(lǐng)域中各種自動控制需要，近年來，開發(fā)了許多新模塊和新器件應(yīng)用在了PLC技術(shù)當(dāng)中，如智能輸入輸出模塊、用于排除PLC故障的智能檢測模塊以及溫度控制模塊等，這些新型模塊的應(yīng)用和開發(fā)增強了PLC的使用功能，擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍，還提高了自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性。未來PLC軟件技術(shù)的發(fā)展趨勢，會向著多種編程語言的共存與互補的方向開拓，PLC的編程語言在順序功能語言、指令語言、梯形圖語言的基礎(chǔ)上會不斷的豐富與擴(kuò)展，并向著更高的層次發(fā)展。

　　隨著相關(guān)的軟硬件技術(shù)、商業(yè)模式和社會價值的發(fā)展成熟，PLC會向著虛擬化的方向發(fā)展。PLC虛擬化是利用通用標(biāo)準(zhǔn)硬件模塊和軟件的方法，模擬或仿真出行為上類似于特定的PLC硬件系統(tǒng)。PLC虛擬化的發(fā)展，會使任意個人和組織避免重復(fù)制造，使服務(wù)和軟件構(gòu)建各個環(huán)節(jié)的效率得到提高，加速了各類應(yīng)用的架構(gòu)和落地，而且PLC虛擬化的應(yīng)用會從根本上改變現(xiàn)有的自動控制系統(tǒng)中的安全治理模式和安全架構(gòu)。

　　4、結(jié)束語

　　PLC技術(shù)因為其自身擁有的特點與優(yōu)勢在電氣自動化領(lǐng)域中發(fā)揮著及其重要的作用，保證了電氣自動化系統(tǒng)的安全與可靠，提升了自動化程度與工作效率，而且隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，也會使電氣自動化的應(yīng)用得到非常廣闊的發(fā)展空間。本文對PLC的基本含義、特點以及發(fā)展前景做了簡要概述，闡述了PLC技術(shù)在電氣自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用，以供相互學(xué)習(xí)之用。

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