西安外事學(xué)院 郭 強(qiáng)

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電氣自動化中嵌入式PLC的應(yīng)用發(fā)展

西安外事學(xué)院 郭 強(qiáng)

【摘要】針對電氣自動化中嵌入式PLC的應(yīng)用發(fā)展，闡述嵌入式PLC 的定義與工作原理特點，介紹嵌入式 PLC 在當(dāng)前電氣自動化中的應(yīng)用現(xiàn)狀，據(jù)此提出應(yīng)用中需注意的問題。本文將基于嵌入式PLC在實際電氣自動化中的應(yīng)用來舉例分析，并展望未來電氣自動化中應(yīng)用嵌入式PLC的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】電氣自動化；應(yīng)用；嵌入式PLC

0 引言

在當(dāng)前社會電氣自動化發(fā)展過程中，應(yīng)用嵌入式PLC作為控制單元，不僅發(fā)揮的功能越來越強(qiáng)，然而嵌入式PLC依然具備簡單、易于使用的優(yōu)點，能夠在電氣自動化應(yīng)用中發(fā)揮高可靠性優(yōu)勢，發(fā)揮積極應(yīng)用價值。以下本篇對此做具體分析。

1 嵌入式可編程序控制器概述（PLC）

1.1 嵌入式PLC的定義

基于嵌入式PLC技術(shù)，就是能夠在嵌入式控制器內(nèi)構(gòu)建PLC系統(tǒng)軟件，之后能夠根據(jù)實際應(yīng)用中，依據(jù)用戶的實際控制需要，定制嵌入式PLC硬件，能夠確保應(yīng)用嵌入式PLC解決對象的控制問題[1]。嵌入式PLC主要由嵌入式PLC系統(tǒng)軟件與芯片組成，可以滿足工控市場中對于PLC產(chǎn)品更加細(xì)分化的需求[2]。

1.2 嵌入式 PLC工作原理

在嵌入式PLC中，往往具有微機(jī)許多的特點，但是實際的工作方式則是與微機(jī)有著很大的不同[3]。在電氣控制中，微機(jī)方式往往采用等待命令、執(zhí)行命令的方式運行工作[4]；而在嵌入式PLC中，則是能夠采用循環(huán)掃描的方式，可以根據(jù)用戶在PLC內(nèi)用戶按先后順序存放的程序，進(jìn)行處理，實現(xiàn)嵌入式PLC在電氣控制中的作用[5]?；谇度胧絇LC，其實際工作原理，就是相當(dāng)于將電氣控制程度寫入PLC控制軟件內(nèi)，然后可以將PLC控制程序嵌入到嵌入式設(shè)備中，以PLC程序作為靈魂、嵌入式設(shè)備作為基本實體的模式，實現(xiàn)嵌入式PLC在實際應(yīng)用中的作用。然而，要想更好的在實際電氣自動化中確保嵌入式PLC的應(yīng)用作用，就必須確保在時間控制上的精準(zhǔn)度，避免因時間延誤而影響嵌入式PLC的響應(yīng)速度。故此，在實際應(yīng)用嵌入式PLC中，就需要根據(jù)實際的應(yīng)用需求，精心的編排嵌入式PLC程序，并能夠合理的安排PLC控制指令順序，以便可以盡可能的減少因為時間周期而造成的延時，保證嵌入式PLC正常運行。

2 嵌入式PLC在電氣自動化中的應(yīng)用

2.1 嵌入式PLC電氣自動化應(yīng)用現(xiàn)狀

在實際電氣自動化實現(xiàn)過程中，嵌入式 PLC可以將梯形圖語言 (PLC語言)以及CAN總線，均嵌入到單片機(jī)之中，然后可以使用單片機(jī)產(chǎn)品，將電氣自動化控制中的匯編語言轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC梯形圖語言,從而發(fā)揮CAN總線互連特性[6]。運用嵌入式 PLC，可以實現(xiàn)順序控制、運動控制、閉環(huán)過程控制以及數(shù)據(jù)處理功能，能夠應(yīng)用到訂書機(jī)械、裝配生產(chǎn)線、切紙機(jī)械、溫度壓力測控以及數(shù)據(jù)編程處理中，應(yīng)用面廣泛。嵌入式PLC組作為電氣自動化工業(yè)環(huán)境下，可以使用可編程邏輯控制器系統(tǒng)進(jìn)行控制，在存儲器中采用可編程程序?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部指令控制，從而實現(xiàn)對電氣自動化進(jìn)行控制。將嵌入式PLC技術(shù)應(yīng)用到電氣自動化中，實現(xiàn)嵌入式技術(shù)與電氣控制進(jìn)行相互結(jié)合,有效提升電氣自動化控制系統(tǒng)性能，提升應(yīng)用可靠性，成本低廉、靈活性差，發(fā)揮積極應(yīng)用價值。

2.2 應(yīng)用中需注意的問題

（1）增強(qiáng)穩(wěn)定性。嵌入式 PLC在實際應(yīng)用中要求環(huán)境溫度能夠控制在0~55℃，故此在實際電氣自動化系統(tǒng)硬件安裝時，不能將嵌入式 PLC放在發(fā)熱量較大的元件下，并且確保四周可以通風(fēng)散熱；同時為了保證嵌入式PLC的絕緣性能[7]，在實際應(yīng)用中，需要保障空氣的相對濕度應(yīng)小于85%。為保障電氣自動化控制中嵌入式PLC的穩(wěn)定性，確保將嵌入式 PLC放在遠(yuǎn)離強(qiáng)烈震動源位置，并且防止產(chǎn)生10~55Hz頻率振動，確保嵌入式 PLC在實際中正常運行。故此，可以在實際電氣自動化應(yīng)用中，在嵌入式PLC中內(nèi)置的溫度轉(zhuǎn)換成函數(shù),然后將熱電偶毫伏信號的AD值轉(zhuǎn)成溫度值,能夠確保嵌入式PLC應(yīng)用到不同的控溫場合,配合PID調(diào)節(jié),使受控溫度精度可達(dá)±1℃，確保在實際應(yīng)用中保證嵌入式 PLC的穩(wěn)定性。

（2）增強(qiáng)抗干擾性。PLC是二次開發(fā)，是在人家開發(fā)好的嵌入式系統(tǒng)上的二次編程，如生產(chǎn)環(huán)境也是過于惡劣的,或者也會由于電磁干擾強(qiáng)烈，就將會導(dǎo)致在實際應(yīng)用中嵌入式PLC控制運算錯誤,從而影響生產(chǎn)[8-11]。故此，在實際應(yīng)用中，應(yīng)該提升系統(tǒng)抗干擾的能力，保證嵌入式PLC在電氣自動化控制中發(fā)揮實際作用。

（3）增強(qiáng)應(yīng)用影響范圍。

嵌入式 PLC用戶的技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，多數(shù)開發(fā)工作者的技術(shù)水平不如PLC開發(fā)工程師水平；并且嵌入式PLC產(chǎn)品還需要由應(yīng)用開發(fā)商來進(jìn)行開發(fā)；嵌入式的PLC產(chǎn)品在實際中不像PLC產(chǎn)品那樣能夠隨處可得，導(dǎo)致嵌入式 PLC的通用性差，影響范圍存在局限，故此在今后應(yīng)用中還有待提高。

注：1-控制屏，2-拽引機(jī)，3-拉拽鋼絲繩，4-限速器，5-限速器鋼繩，6-限速器的張緊裝置，7-轎廂，8-安全鉗，9-轎廂門的安全觸板，10-導(dǎo)軌部分，11-對重設(shè)置，12-廳門，13-電梯緩沖器。圖1 電梯的基本結(jié)構(gòu)

3 嵌入式PLC實際應(yīng)用舉例

3.1 案例簡介

在電梯電氣自動化控制中，應(yīng)用嵌入式PLC實現(xiàn)控制，能夠應(yīng)用嵌入式PLC實現(xiàn)對于電梯信號的控制，不僅可以實現(xiàn)雙速電機(jī)的調(diào)速，同時也可以完成對于電機(jī)以及可編程控制器（PLC）方面的雙向的選擇。之后，就是能夠電氣自動化的電梯控制系統(tǒng)硬件開發(fā)的部分，完成對于錢思汝 PLC 選型工作，并根據(jù)嵌入式PLC的I/O點數(shù)，實現(xiàn)與控制部分的有效連接。最后可以分析應(yīng)用效益。本次電氣自動化中應(yīng)用嵌入式PLC，實現(xiàn)對電梯的電氣控制。電梯基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本次在電氣自動化設(shè)計應(yīng)用中，需充分的發(fā)揮應(yīng)用嵌入式PLC控制的優(yōu)勢，可以在最大限度上滿足對于電梯被控對象的實際電氣自動化控制要求；還可以有效保證嵌入式PLC控制部分的安全，確保系統(tǒng)中嵌入式PLC能夠安全的、長期的、可靠的、穩(wěn)定的運行。就例如在實際的設(shè)計中：應(yīng)該能夠保證嵌入式PLC程序不僅在電梯正常運行的條件下可以工作，而且，也要確保該PLC控制模塊在非正常的情況下（在嵌入式PLC控制方面，如電梯突然的掉電再上電、以及電梯的按鈕按錯、電梯失常后又正常等情況下），也能夠正常的發(fā)揮電氣自動化控制工作。

3.2 嵌入式PLC應(yīng)用總體結(jié)構(gòu)

本次電氣自動化中，應(yīng)用嵌入式PLC，控制電梯信號?？傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示：

圖2 電氣自動化中嵌入式PLC結(jié)構(gòu)

電氣自動化中電梯控制方面，可以應(yīng)用嵌入式PLC實現(xiàn)如下自動化控制功能：在電梯的行車方向自動化控制方面，主要可以由內(nèi)選信號來決定,并且可以順向優(yōu)先的順序執(zhí)行PLC程序；在電梯行車途中，若是遇到呼梯信號之時，可以順向的截車,在反向則是不截車的；確保電梯的內(nèi)選信號以及呼梯信號均具有一定的記憶功能，在執(zhí)行PLC程序后就可解除記憶。同樣的，在電氣自動化控制中，應(yīng)用嵌入式PLC，確保內(nèi)選信號、行車方向、呼梯信號以及樓層位置，均可以由信號燈來控制指示，確保電梯電氣自動化控制的便利用，滿足人們的實際使用需求，確保電氣自動化控制安全性，發(fā)揮嵌入式PLC應(yīng)用作用。

3.3 硬件設(shè)計應(yīng)用

基于電氣自動化中應(yīng)用嵌入式PLC，本次在電梯自動化控制方面，可以根據(jù)實際的設(shè)計要求，在本次設(shè)計中，確保嵌入式PLC控制硬件穩(wěn)定性，提升其抗干擾的能力，優(yōu)化設(shè)計電氣自動化的主回路結(jié)構(gòu)，其設(shè)計原理圖如圖3中所示。

圖3 電氣自動化主回路原理圖

在圖3中M1，M2均是曳引電機(jī)以及門電機(jī)，并且在電氣自動化實現(xiàn)中應(yīng)用交流接觸器KM1~KM4，有效控制電動機(jī)運行方式，這樣可以自動化控制電梯的轎廂與廳門，可以對電梯關(guān)門、開門實現(xiàn)自動化控制。而在FR1，F(xiàn)R2部分的熱繼電器，又可以起到過載保護(hù)的作用，確保在電梯運行人數(shù)超載后可以及時斷開主電路，實現(xiàn)對于電梯的自動化安全控制。

3.4 嵌入式PLC編程

在本次關(guān)于電梯自動化控制中，基于電氣自動化方面應(yīng)用嵌入式PLC，編程應(yīng)用梯形PLC程序圖語言，編程的軟件應(yīng)用STEP 7。電氣自動化中應(yīng)用嵌入式PLC，可以應(yīng)用STEP 7軟件完成對于電梯自動化控制的程序制作、嵌入式編程控制器CPU寫入讀出以及系統(tǒng)運行監(jiān)控等部分的編程設(shè)計工作，并且可以確保自動化控制編程質(zhì)量，確保符合實際編程控制需求，確保電梯自動化控制安全，提升嵌入式PLC應(yīng)用質(zhì)量。

3.5 應(yīng)用效益分析

基于本次電氣自動化設(shè)計中，應(yīng)用嵌入式PLC實現(xiàn)對電梯的控制，將以上設(shè)計程序應(yīng)用S7-200仿真軟件仿真，首先可以把程序先導(dǎo)出并保存為*.awl格式的文件；然后可以打開S7-200仿真軟件，并選擇其中的CPU類型，然后就可以裝載電梯電氣自動化控制的awl文件，監(jiān)控梯形圖，運行PLC，就可以查看梯形圖輸出情況。實際應(yīng)用證實，在實際電梯電氣自動化實現(xiàn)中，嵌入式PLC具有運算處理能力強(qiáng)、與PC通訊方便、成本低的優(yōu)勢。并且，應(yīng)用嵌入式PLC在電梯電氣控制中，打破傳統(tǒng)電氣控制思維，提升電氣控制靈敏性，使用戶使用更加方便，發(fā)揮積極應(yīng)用效益。

4 展望電氣自動化中應(yīng)用嵌入式PLC的發(fā)展前景

我國電氣自動化中嵌入式PLC的發(fā)展空間很大，我國電氣自動化行業(yè)有相當(dāng)雄厚的市場基礎(chǔ)，嵌入式PLC，將其應(yīng)用到電氣自動化控制中，可以降低成本，也可以發(fā)揮更大的電氣控制作用，技術(shù)上有人才支撐，經(jīng)濟(jì)上有低成本支撐，嵌入式PLC更容易在我國電氣自動化市場發(fā)展中找到落腳點，發(fā)揮積極應(yīng)用價值。同時，隨著我國人民生活水平的提升，人們對于電氣自動化的控制需求也越來越廣，將嵌入式PLC應(yīng)用到實際的電氣自動化系統(tǒng)開發(fā)中，不僅具備一大批技術(shù)人才支撐，也有助于將嵌入式PLC技術(shù)在我國應(yīng)用推廣，有廣闊的發(fā)展前景。

5 結(jié)論

綜上所述，分析電氣自動化中嵌入式PLC應(yīng)用情況，證實在實際應(yīng)用中應(yīng)該從溫度、濕度、震動等方面，提升嵌入式PLC的穩(wěn)定性，還應(yīng)該提升嵌入式PLC的抗干擾能力，以確保能夠在實際電氣自動化中應(yīng)用嵌入式PLC發(fā)揮更大的作用，也確保未來嵌入式PLC能夠在電氣自動化中有更遠(yuǎn)的發(fā)展前景。

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