杜琳琳

（河鋼邯鋼大型軋鋼廠，河北 邯鄲 056000）

自人類文明進(jìn)入電氣化時(shí)代之后，人們對(duì)于電氣自動(dòng)化控制的探索就從未停止，從最早的單片機(jī)控制開(kāi)始，自動(dòng)化控制經(jīng)歷了從單機(jī)自動(dòng)化到集成自動(dòng)化的發(fā)展。時(shí)至今日，以PLC為核心的自動(dòng)化控制技術(shù)已逐漸在涉及人們生產(chǎn)生活的各種電氣設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用，極大地提高了生產(chǎn)效率，解放了人力資源，改善了人們的生產(chǎn)環(huán)境。

可以說(shuō)PLC技術(shù)的應(yīng)用使電氣自動(dòng)化控制發(fā)展邁入了新的層次。本文分析了PLC自動(dòng)控制的基本原理，對(duì)PLC在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1 PLC及其控制原理的介紹

（1）PLC及各功能單元介紹。PLC又稱為可編程邏輯控制器，是一種具有自動(dòng)化控制功能的數(shù)字運(yùn)算控制器，通過(guò)內(nèi)部的微型處理器，可在內(nèi)存中存儲(chǔ)各種控制指令，并按控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求執(zhí)行相應(yīng)的控制指令。可編程控制器主要由微處理器CPU、電源、輸入/輸出接口、數(shù)據(jù)內(nèi)存器（ROM/RAM）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等功能單元組成。其中電源多采用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源供電，具有交變轉(zhuǎn)換功能，可將外部交流電轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部所需的直流電，從而維持PLC內(nèi)部各功能部件的運(yùn)行；中央處理單元（CPU）是PLC最為核心的部件，決定了CPU各項(xiàng)運(yùn)行性能，其作用是通過(guò)數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算進(jìn)行各項(xiàng)用戶程序的處理和運(yùn)行，控制整個(gè)系統(tǒng)并使之協(xié)調(diào)運(yùn)行；存儲(chǔ)器用于各種系統(tǒng)程序和邏輯變量的存儲(chǔ)，CPU的各種控制指令皆由存儲(chǔ)器中調(diào)出，其存儲(chǔ)內(nèi)容一般由廠家編寫(xiě)和修改，用戶無(wú)訪問(wèn)和修改權(quán)限；輸入/輸出單元主要由通訊接口實(shí)現(xiàn)與被控設(shè)備的連接，搭建中央處理器與被控設(shè)備之間的通訊橋梁。

其作用是接收主令元件、檢測(cè)元件傳來(lái)的信號(hào)，在經(jīng)過(guò)中央處理器對(duì)輸入信號(hào)的處理之后將其轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件使被控設(shè)備執(zhí)行控制指令。此外，CPU根據(jù)機(jī)型的不同還可外接設(shè)備，實(shí)現(xiàn)編程、實(shí)時(shí)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)通信功能。

（2）PLC的基本控制原理。PLC主要是通過(guò)對(duì)信息的采集、處理之后，按照內(nèi)部設(shè)定程序輸出相應(yīng)的控制指令，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成控制指令。其控制過(guò)程可分為輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段。

采樣輸入階段以掃描的方式對(duì)外接傳感器設(shè)備采集的模擬信號(hào)進(jìn)行讀取，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)；之后進(jìn)入用戶程序執(zhí)行階段，中央處理器會(huì)對(duì)采集的模擬信號(hào)進(jìn)行掃描和邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)，確定輸出過(guò)程映像；最后進(jìn)入輸出刷新階段，這也是執(zhí)行信號(hào)真正的輸出環(huán)節(jié)。CPU會(huì)根據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)置程序發(fā)出相應(yīng)的控制電信號(hào)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令運(yùn)行。

2 PLC在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

基于PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有安裝方便、可靠性好、組態(tài)靈活、編程簡(jiǎn)單、輸入/輸出功能模塊齊全、運(yùn)行高速、通用性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在電氣設(shè)備自動(dòng)化控制中得以廣泛應(yīng)用。PLC在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用主要是電氣設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間控制和過(guò)程控制，使電氣設(shè)備可以在無(wú)人或少人操作的情況下，自動(dòng)按照設(shè)定程序執(zhí)行控制內(nèi)容。

（1）PLC在順序控制中的應(yīng)用。順序控制是PLC邏輯控制的重要內(nèi)容，主要是使電氣設(shè)備根據(jù)生產(chǎn)按照一定的順序和流程運(yùn)行。比如在焦?fàn)t的交換機(jī)系統(tǒng)中，每一個(gè)交換過(guò)程都需要空廢氣缸和煤氣缸按照一定的順序進(jìn)行開(kāi)閉。

在PLC設(shè)定好的控制邏輯下，交換機(jī)系統(tǒng)會(huì)每隔一定時(shí)間就按照煤氣缸關(guān)＞空廢氣交換＞煤氣缸開(kāi)的流程控制焦?fàn)t空廢氣系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)交換，從而保證了焦?fàn)t在無(wú)人操作的情況下即可定時(shí)完成換向加熱。這也是PLC在順序控制方面比較典型的應(yīng)用案例。

（2）PLC在開(kāi)關(guān)量控制中的應(yīng)用。開(kāi)關(guān)量的邏輯控制是PLC應(yīng)用的基本領(lǐng)域。過(guò)去對(duì)于的電氣開(kāi)關(guān)主要采用繼電器進(jìn)行控制，但由于電磁繼電器中連接點(diǎn)較多，易引發(fā)觸電事故；而且隨著繼電器的老化，開(kāi)關(guān)控制的敏感性也會(huì)降低，難以保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

在PLC系統(tǒng)和內(nèi)存中寫(xiě)入開(kāi)關(guān)量邏輯，可極大地簡(jiǎn)化開(kāi)關(guān)量控制中的人為因素，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的分合閘操作；當(dāng)電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，PLC會(huì)發(fā)出控制指令執(zhí)行跳閘保護(hù)動(dòng)作。比如在高壓水除鱗環(huán)節(jié)，PLC即可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求通過(guò)對(duì)電機(jī)和閥門(mén)的啟?？刂苼?lái)調(diào)節(jié)水箱水位和壓力，從而實(shí)現(xiàn)了高壓水射流對(duì)帶鋼的自動(dòng)除鱗。

PLC控制技術(shù)的應(yīng)用基本杜絕了開(kāi)關(guān)控制中人為因素造成的誤操作，降低了接線錯(cuò)誤率，保證了開(kāi)關(guān)量控制的準(zhǔn)確性。同時(shí)也為后期的設(shè)備檢修提供了方便。

（3）PLC在時(shí)間控制中的應(yīng)用。PLC在時(shí)間控制中的應(yīng)用主要是使電氣設(shè)備按照一定的時(shí)間間隔周期性地執(zhí)行某些控制指令。可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，在系統(tǒng)中對(duì)控制的時(shí)間邏輯進(jìn)行編程，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)操作的時(shí)間控制。比如在鍍鋅生產(chǎn)中，對(duì)氣刀噴吹時(shí)間的控制就是通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)的，使氣刀噴吹時(shí)間控制非常精確，有效保證了鋅層厚度等質(zhì)量要求。

（4）PLC在位置控制中的應(yīng)用。PLC在工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)各種物理量的控制主要是對(duì)壓力、流量等參數(shù)的控制，其控制過(guò)程通過(guò)對(duì)各物理量的反饋控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

比如在冷軋生產(chǎn)線自動(dòng)控制中，卷曲張力的控制就是由PLC程序根據(jù)反饋的帶鋼寬度和厚度等物理量換算得出。PLC根據(jù)反饋值與設(shè)定值之間的差值，自動(dòng)對(duì)軋輥間隙等物理量進(jìn)行控制，從而達(dá)到最為理想的板坯尺寸。