朱勇

摘 要 隨著計算機技術的快速發(fā)展，可編程控制器技術應用也越來越廣泛，可編程控制器又稱為PLC，它在自動化電氣控制中具有多方面的優(yōu)勢，使得它成為工業(yè)控制系統(tǒng)中不可或缺的一部分。文章從PLC自動化電氣控制的特點出發(fā)，介紹了它的優(yōu)點，如操作簡單、實用性強、易改造和維護以及強抗干擾能力等。介紹了PLC自動化電氣控制系統(tǒng)的工作過程，以及它們在工業(yè)方面的應用，包括開關量控制、模擬量控制、集中式控制、分散式控制以及運動控制等。最后對PLC自動化電氣控制應用中所存在的問題進行分析，并針對這些問題提出了一些建議。

關鍵詞 PLC；電氣控制；應用

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0134-02

隨著現(xiàn)代科學技術快速發(fā)展以及自動化控制技術的日益成熟，基于可編程控制器（PLC）系統(tǒng)在工業(yè)自動化控制中的地位越來越重要，甚至在我們?nèi)粘Ｉ钪幸膊粩啾粦谩鹘y(tǒng)的電氣控制已經(jīng)不能滿足實際中工業(yè)自動化的要求，它暴露的諸多缺陷促使PLC自動化電氣控制在工業(yè)領域大展身手。

1 PLC自動化電氣控制的特點

PLC從本質(zhì)上講是一種專門用在工業(yè)上的計算機，硬件部分的構(gòu)成與普通微型計算機類似，由電源、CPU、存儲器、輸入輸出接口電路、各功能模塊以及通信模塊等部分組成。而基于PLC構(gòu)成的自動化電氣控制系統(tǒng)擁有許多特點，如應用簡單、容易維護和改造、具有大型和小型化的結(jié)構(gòu)以及抗干擾能力強等。

1）PLC自動化電氣控制應用簡單、實用型強。由于PLC編程所使用的梯形圖形狀、語言符號和表達方式等與繼電器控制的電路圖有很多相同之處，所以PLC自動化電氣控制的接口非常簡單而且容易辨別。操作人員在實際中使用PLC進行自動化電氣控制時能夠很容易理解并接受，并且能夠很快上手，他們只需要稍微了解下PLC的操作指令及其邏輯控制方法等內(nèi)容，就能夠編寫出一定功能的梯形圖，并經(jīng)過一定的實踐，能夠掌握PLC的使用。由于PLC這種簡單實用性，它已經(jīng)廣泛用于各種需要自動化電氣控制的場所中，并且不斷地向其他行業(yè)滲透。

2）PLC自動化電氣控制維護和改造十分簡單方便。PLC自動化電氣控制使用的是先進的存儲邏輯控制技術，而不是傳統(tǒng)的接線邏輯技術，這樣，不僅節(jié)省或減少了設備的外在接線，壓縮了物理空間，還極大地減少了設計和建造控制系統(tǒng)的時間，還能為后期維護提供了很大方便。PLC自動化電氣控制編寫的程序能根據(jù)實際需要的不同而進行更改，十分方便快捷。PLC自動化電氣控制系統(tǒng)還能適應于各種不同的工作環(huán)境，即使在惡劣的環(huán)境中也能正常工作，并且保持良好的性能。機器一旦出現(xiàn)故障，指示燈會給出提示，操作人員可以根據(jù)模塊上運行的監(jiān)控設備或指示燈的位置做出相應的維護，這樣可以減少查找故障的時間，保障設備能處于正常的工作狀態(tài)。

3）PLC自動化電氣控制具有很強的抗干擾能力。PLC自動化電氣控制使用的是具有抗干擾能力的大規(guī)模集成電路，而且其電路設計和加工工藝上均使用了抗干擾技術，再加上自動檢測報警裝置的配置使得PLC的硬件部分能抵抗外界的絕大部分干擾。這種遠優(yōu)于傳統(tǒng)繼電器的抗干擾能力的PLC自動化電氣控制系統(tǒng)能夠在復雜多變的電氣控制或工業(yè)制造的工況中大展手腳。此外，設計者可以再編寫過程中根據(jù)實際情況的需要，寫入一些自動診斷程序，使得PLC本系統(tǒng)之外的其他設備和電路也能夠抵抗外界的干擾，達到自我保護的目的。

4）大型化和小型化。PLC自動化電氣控制的發(fā)展具有兩種不同的趨勢，大型化和小型化，這主要是因為在實際的應用過程中，對系統(tǒng)功能的要求有所區(qū)別。在某些大型工業(yè)區(qū)需要復雜的控制，這不得不在客觀上增加了PLC的結(jié)構(gòu)的復雜程度，而有些地方只需要簡單控制，可以適當使用小型PLC。一般來說，小型PLC消耗的能量較少、體積小、質(zhì)量輕，而且安裝方便，因此被廣泛應用于各行業(yè)中。大型PLC運行速度快、容量大而且具有很多的功能，所以被用于大型企業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)。

2 PLC自動化電氣控制的運行

PLC自動化電氣控制的運行是以計算機的微處理器為基礎，融合了通信技術和自動控制技術等內(nèi)容，其工作過程包含下列幾個方面。

1）信息的收集和輸入：PLC的指令程序編寫好以后，控制系統(tǒng)根據(jù)指令對所涉及的輸入?yún)^(qū)域進行實時掃描，判斷其運行狀態(tài)，與指令所要求的狀態(tài)相比較。

2）執(zhí)行：當PLC的程序編寫好以后，系統(tǒng)會按照一定的規(guī)則對整個系統(tǒng)進行實時掃描，將掃描得到的各部分運行狀態(tài)與指令狀態(tài)相比較，符合指令要求的就按照指令執(zhí)行相應的程序，使得系統(tǒng)能夠?qū)崟r分析并進行邏輯性運算。

3）響應：系統(tǒng)根據(jù)執(zhí)行程序的分析結(jié)果以及邏輯運算后所得到的結(jié)果使得各輸出設備做出相應的動作。一般來說，結(jié)果先要輸出到系統(tǒng)控制主機，然后由主機向輸出設備發(fā)出指令，從而使其動作。

當系統(tǒng)完成了上述過程以后，系統(tǒng)會不斷重復刷新，并且在實時掃描的情況下不斷發(fā)現(xiàn)新的運行狀態(tài)，使得系統(tǒng)重新開始運行上述過程并不斷反復，使得系統(tǒng)處于周期運行的工作狀態(tài)。這種運行模式剛好滿足大部分工業(yè)設備不斷重復操作的需求，所以PLC能夠與這種設備進行良好的協(xié)作運行。而且由于PLC程序編寫簡單、容易上手、表達直觀易懂、方便修改，所以是大部分工業(yè)設備控制的首要選擇。

3 基于PLC自動化電氣控制的應用

1）基于PLC的開關量控制?；赑LC的開關量控制是PLC自動化電氣控制中使用最廣泛的一種，而且這種控制方式也是PLC最基本的控制方式。由于PLC擁有的開關量控制不僅能實現(xiàn)邏輯的控制還能實現(xiàn)系統(tǒng)的順序控制，使得它逐漸淘汰了傳統(tǒng)的電磁繼電器控制電路。而且，開關量控制既可以用于某一臺機器設備上，也可以用于多臺設備組成的流水線中。

2）基于PLC的模擬控制量。在實際工程中會有多種物理或化學量，例如濕度、濃度、溫度、速度、壓力等，有時這些量并不是固定不變的，而是隨著時間的變化而變化。使用PLC自動化電氣控制就需要將這些量進行模擬后，用A/D和D/A轉(zhuǎn)換將其與數(shù)字量相互轉(zhuǎn)化，從而將它們實時記錄和跟蹤，已達到實時監(jiān)測和分析的目的。endprint

3）基于PLC的集中式控制設計。這種控制方式主要依靠一臺功能強大的監(jiān)視系統(tǒng)，它能夠?qū)⒃S多設備的“中央集中式”計算機放在一起同時自動監(jiān)控。在這種系統(tǒng)中，中央PLC同一配置各設備的運行狀態(tài)、它們之間的聯(lián)系以及相互之間的監(jiān)控關系等。這種控制設計的主要優(yōu)點是方便易用，成本更低，然而它也有一些缺點，比如當某一個控制對象的程序存在問題時，中央PLC必須停止控制，那么其他所有設備就不能夠正常工作。所以這種系統(tǒng)一旦某一點出現(xiàn)問題，整個系統(tǒng)必然癱瘓，從而會影響系統(tǒng)的工作效率。

4）基于PLC的分散控制系統(tǒng)。在基于PLC的分散控制系統(tǒng)中，每個設備都有一臺PLC控制。在實際工程中，這種分散控制系統(tǒng)一般用于生產(chǎn)流水線中（它們通常由許多設備連在一起進行生產(chǎn)）。每個設備只受自己對應的PLC控制，所以這種控制方式不會產(chǎn)生一臺設備出現(xiàn)問題而整個系統(tǒng)癱瘓的現(xiàn)象。但是這種方式必然會帶來成本的上升。

5）運動控制中PLC自動化的應用。PLC不僅能夠控制直線運動，還能控制圓周運動，所以它常用于電梯、機械設備、機床等中。這種運動控制的方式是：系統(tǒng)對專門的運動控制模塊（例如伺服電機與其單軸和多軸位置控制模塊）進行配置并對其控制，然后對傳感器和執(zhí)行指令進行自動化控制。

6）基于PLC自動化控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。PLC具有多種數(shù)據(jù)處理功能，包括傳送、數(shù)學運算、轉(zhuǎn)換以及統(tǒng)計等等。它能夠?qū)ο到y(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行歸類采集并進行分析做出相應處理，然后控制系統(tǒng)中相關設備執(zhí)行相應的指令。

4 基于PLC自動化電氣控制中所存在的問題

PLC自動化電氣控制中通常可能存在兩個問題：一是控制出現(xiàn)問題，造成現(xiàn)場信號無法傳送給PLC自動控制系統(tǒng)，二是動作執(zhí)行出錯，設備無法執(zhí)行相應的指令。前者出現(xiàn)的原因可能是：線路老化、拉扯以及動物的破壞或人的不經(jīng)意破壞等使得線路斷開或短路，使得PLC控制系統(tǒng)不能完成對數(shù)據(jù)的提取、加載與轉(zhuǎn)換或者使設備不能接受PLC的控制指令；電動閥或電磁閥等設備沒有徹底的關閉或者打開，使得通訊過程中發(fā)生故障，PLC不能夠正常接受全部信息或者接收到的信息有錯誤；觸點或接線的接觸出現(xiàn)問題（常見的是接線不牢靠，觸點出現(xiàn)松動或損壞），導致機械開關、變送器等工作不正常，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳遞和處理等。后者產(chǎn)生的原因可能有：外界較強的電磁干擾或負載的接觸器出現(xiàn)故障，使得PLC發(fā)出的執(zhí)行指令不能被設備完整地接受，設備不能按照預期動作；機械開關、電動閥等出現(xiàn)問題，使得負載不能正常工作。

針對上述可能出現(xiàn)的問題，設計者或使用者應該需要不斷加強控制系統(tǒng)中輸入信號的可靠性，首先要保證各零件（特別是開關、觸點、電動閥等動作十分頻繁的零件）的可靠性以及耐用性，然后對各功能模塊不定時改進和更新。此外，還應不斷完善預警系統(tǒng)，使其安全可靠，更加智能化、人性化的預警系統(tǒng)具有設計直觀的控制面板指示燈，使得操作人員能夠迅速對故障做出反應。

5 結(jié)束語

隨著人們對工業(yè)生產(chǎn)效率及收益的要求越來越高，PLC自動化電氣控制在企業(yè)中的應用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)也不斷向標準化、智能化以及高速化的方向發(fā)展，使得PLC系統(tǒng)的功能越來越完善，操作方便簡單，而且可靠性也會越來越高。

參考文獻

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