孟可

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，可編程控制器（簡(jiǎn)稱PLC）技術(shù)有了很大的提升。由于其具有功能強(qiáng)、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)及編程簡(jiǎn)單等很多優(yōu)點(diǎn)，得到了人們?cè)诙喾矫娴膽?yīng)用，尤其是在電氣自動(dòng)化方面，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。本文就工業(yè)領(lǐng)域電氣自動(dòng)化中的PLC技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】電氣自動(dòng)化；PLC；控制

0 前言

電氣自動(dòng)化是工業(yè)自動(dòng)化的重要組成部分，也是工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)重要技術(shù)，是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化發(fā)展的重要標(biāo)志。隨著電氣自動(dòng)化的快速發(fā)展，眾多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)開(kāi)始全面用于電氣自動(dòng)化當(dāng)中，其中，PLC技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而產(chǎn)生的一種可編程控制器，是智能控制技術(shù)的一種，這種技術(shù)應(yīng)用到電氣自動(dòng)化當(dāng)中可以顯著提高電氣自動(dòng)化的水平。

1 PLC原理及特征分析

1.1 PLC的工作原理

我們可以從采樣的輸入、程序的執(zhí)行和輸出系統(tǒng)三個(gè)方面，來(lái)闡述PLC技術(shù)的工作原理和方法。

1）采樣的輸入階段。在這一過(guò)程中，PLC采用的采集數(shù)據(jù)的讀取方法是掃面，并且將掃描獲得的數(shù)據(jù)存放在讀入/讀出的成像區(qū)域內(nèi)相應(yīng)的儲(chǔ)存單元中。輸入采樣數(shù)據(jù)后，接下來(lái)進(jìn)行的是將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩舫绦蚴蛊溥M(jìn)行后續(xù)的輸出步驟。在這一步即使我們輸入了變化狀態(tài)的數(shù)據(jù)，也不會(huì)使成像區(qū)域內(nèi)存放的數(shù)據(jù)發(fā)生相應(yīng)的變化。

2）程序的執(zhí)行階段。在程序的執(zhí)行階段，PLC總是采用從上到下的順序?qū)τ脩舫绦蜻M(jìn)行執(zhí)行，在執(zhí)行掃描的過(guò)程中可編程控制技術(shù)總是采用固定的路徑和步驟進(jìn)行運(yùn)算。掃描的路徑包括用戶程序的各個(gè)觸電這些觸電有序的組織在一起，使得掃描執(zhí)行的過(guò)程總是從左到右、從上到下。在依次執(zhí)行完用戶程序的運(yùn)算后得到了運(yùn)算結(jié)果，依據(jù)所得出結(jié)果的指導(dǎo)對(duì)邏輯線圈在存放區(qū)域的狀態(tài)、讀入/讀出成像區(qū)域的狀態(tài)來(lái)執(zhí)行完成刷新步驟，進(jìn)一步?jīng)Q定要不要執(zhí)行程序的處理指令。

3）輸出階段。在這一步驟的執(zhí)行過(guò)程中，系統(tǒng)CPU會(huì)依據(jù)讀入/讀出成像的對(duì)應(yīng)形式、以及第一階段錄入數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的操作，完成對(duì)其他外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。這一步驟是PLC技術(shù)最重要和最需要完成的任務(wù)。

1.2 PLC的特征分析

應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)的PLC技術(shù)可以說(shuō)是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的一個(gè)極大的改進(jìn)和飛躍式的發(fā)展，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，其特點(diǎn)概括如下：

1）功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛?？删幊炭刂萍夹g(shù)具有強(qiáng)大的功能，不僅能夠進(jìn)行運(yùn)算、計(jì)算、進(jìn)行控制而且還能夠進(jìn)行智能化的自我檢測(cè)自我診斷、人機(jī)交互功能。它不僅能夠用于單個(gè)的機(jī)器控制、單條生產(chǎn)線的控制還可以進(jìn)行整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程甚至整個(gè)工廠的控制，可謂是應(yīng)用領(lǐng)域和范圍廣泛。

2）極高的可靠性能、極強(qiáng)的抗干擾能力。可編程控制技術(shù)具有自我檢測(cè)診斷能力，能夠根據(jù)外部的變化采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行信息的保護(hù)和修復(fù)、錯(cuò)誤的警報(bào)、故障的檢修等確保了整個(gè)程序的可靠性提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

3）編程簡(jiǎn)單、理解掌握容易。現(xiàn)在可編寫控制器主要采用的編程方法是梯形圖，這種圖形線路清晰明了。技術(shù)人員和工人經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的上崗培訓(xùn)就能夠理解并且數(shù)量的應(yīng)用這一技術(shù)，進(jìn)行程序的改編或控制技術(shù)的操作。

4）強(qiáng)大的通用性、可變的控制程序，方便使用。可編程控制器設(shè)有功能齊全的軟硬件設(shè)備和功能，能夠?qū)崿F(xiàn)各種控制功能，用戶無(wú)需根據(jù)自己的個(gè)性化需求進(jìn)行系統(tǒng)的改裝設(shè)計(jì)就能滿足其需要。并且程序的設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行變換、使用戶使用起來(lái)十分的簡(jiǎn)潔方便。

2 PLC的應(yīng)用分析

2.1 用于順序控制

順序控制通常是由現(xiàn)場(chǎng)傳感器、I/O站與主站層等三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的，其中，主站層是由人機(jī)接口與PLC控制器共同組成，并設(shè)置于整個(gè)系統(tǒng)集控室中。在集控室當(dāng)中，其主要是由PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)所構(gòu)成的，具有自動(dòng)控制功能，不過(guò)也需要手動(dòng)操作，對(duì)帶聯(lián)鎖與解除聯(lián)鎖進(jìn)行控制。主站層與I/O站間是通過(guò)光纖總線進(jìn)行連接的，I/O站和現(xiàn)場(chǎng)傳感器間是通過(guò)二次控制的電纜進(jìn)行連接的。整個(gè)系統(tǒng)的程序是由多個(gè)功能模塊與一個(gè)主程序的功能模塊所組成的。企業(yè)工作人員能夠在控制室中，通過(guò)PLC遠(yuǎn)程站完善系統(tǒng)功能，對(duì)其整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行工況進(jìn)行控制與監(jiān)視，可有效地實(shí)現(xiàn)整個(gè)鋼廠系統(tǒng)的自動(dòng)控制，甚至可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，有效地提高了整個(gè)鋼廠系統(tǒng)生產(chǎn)的可靠性與生產(chǎn)效率。

2.2 用于閉環(huán)控制

在鋼鐵系統(tǒng)自動(dòng)化的控制中，經(jīng)常要用到閉環(huán)控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、流量、速度等的連續(xù)變化的模擬量控制。當(dāng)前新型的PLC也具有閉環(huán)控制功能，并且已十分成熟。各PLC生產(chǎn)廠家推出的 PLC模塊均提供了PID指令，可以實(shí)現(xiàn)PID控制，這種模塊的PID控制程序是PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的，并存放在模塊中，用戶使用時(shí)只需設(shè)置一些參數(shù)，用起來(lái)非常方便，一個(gè)模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路。由PID指令來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)PID的控制，是一種易于實(shí)現(xiàn)且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。

2.3 用于供水泵的控制

以鋼鐵廠恒壓供水泵為例，其啟動(dòng)方式有三種自動(dòng)啟動(dòng)、上位機(jī)手動(dòng)啟動(dòng)和在現(xiàn)場(chǎng)控制箱手動(dòng)啟動(dòng)。自動(dòng)運(yùn)行的情況下，每臺(tái)水泵根據(jù)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短，在開(kāi)機(jī)過(guò)程中由 PLC控制單元的順控模塊選擇運(yùn)行時(shí)間累計(jì)短的為主泵、運(yùn)行時(shí)間累計(jì)長(zhǎng)的為備用泵。自動(dòng)啟動(dòng)條件為水泵出口干管的壓力下降到設(shè)定值時(shí)啟動(dòng)主泵，如果干管壓力繼續(xù)下降到整定值時(shí)，備用泵跟著啟動(dòng)，向干管打水。在上位機(jī)手動(dòng)啟動(dòng)水泵，只需將欲啟動(dòng)水泵的控制開(kāi)關(guān)打至“ON”位即可。而在現(xiàn)場(chǎng)就地控制箱上的手動(dòng)啟動(dòng)只需首先將在現(xiàn)場(chǎng)就地控制箱上的控制方式選擇開(kāi)關(guān)打至“水泵手動(dòng)”位后，操作欲啟動(dòng)水泵的啟動(dòng)和停止按鈕，就能啟動(dòng)水泵。

2.4 用于開(kāi)關(guān)量控制

隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，基于PLC技術(shù)的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，例如鋼鐵企業(yè)系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)量控制與順序控制。鋼鐵企業(yè)的原控制系統(tǒng)多采用電磁型的繼電器作為主要元件，不過(guò)此類控制系統(tǒng)因繼電器中含大量的電磁設(shè)備，其觸點(diǎn)比較多，眾多機(jī)械觸點(diǎn)降低了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，并且存在接線復(fù)雜及使用壽命低等問(wèn)題，體積大占用了較大的空間。目前，PLC技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)開(kāi)關(guān)量控制中的諸多問(wèn)題進(jìn)行了解決，尤其是PLC可靠性很高， 控制斷路器可靠性也很高，有效保證了鋼廠開(kāi)關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行，控制高壓斷路器可以很好地執(zhí)行正常手動(dòng)分、合閘的操作，給出相應(yīng)的指示信號(hào)；在其不能正常操作的時(shí)候，也可給出相應(yīng)的指示信號(hào)；在正常分、合閘結(jié)束后，可自動(dòng)地切斷分、合閘間的回路；在事故發(fā)生時(shí)，其可以自動(dòng)分閘，發(fā)出事故音響或者閃光信號(hào)，并具有閉鎖功能。鋼鐵企業(yè)采取PLC技術(shù)控制后，對(duì)二次接線進(jìn)行了簡(jiǎn)化，原繁瑣邏輯電路與二次接線被PLC技術(shù)元件代替，原硬件參數(shù)調(diào)整由程序參數(shù)來(lái)設(shè)定，編制好符合相關(guān)要求的控制程序即可。

2.5 用于主泵的控制選擇

主泵可以由 PLC 按各自的運(yùn)行小時(shí)數(shù)來(lái)自動(dòng)選擇主泵或手動(dòng)設(shè)定，在機(jī)組上位機(jī)上可以完成主用泵的選擇方式的設(shè)定；當(dāng) PLC重新啟動(dòng)后，將會(huì)默認(rèn)主用泵。PLC將幾臺(tái)水泵的啟動(dòng)優(yōu)先權(quán)輸出到優(yōu)先權(quán)選擇繼電器。PLC程序輸出水泵的啟動(dòng)命令后與優(yōu)先權(quán)繼電器配合來(lái)選擇啟動(dòng)相應(yīng)的水泵。水泵的控制分PLC控制和常規(guī)控制。這兩部分是相輔相成的，而且常規(guī)回路為 PLC 控制的補(bǔ)充，作為油泵控制的安全回路，即使在 PLC 故障燈特殊情況下，也能保證工業(yè)水的供給，提高了高爐、轉(zhuǎn)爐等主流程設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

3 小結(jié)

PLC的智能化和通用性奠定了該技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展前景，并且能有效保障高危作業(yè)的人員安全。這樣的技術(shù)不僅能夠降低行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)而且能夠極大地提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。相信該技術(shù)會(huì)有一個(gè)光明的未來(lái)。

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[責(zé)任編輯：謝慶云]