楊少揚(yáng)

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，河南 新鄭451150）

PLC 屬于一種可編程形式的邏輯控制器，此類控制器在工業(yè)環(huán)境中十分適用。借助于可編程形式的儲(chǔ)存器，可以讓各個(gè)操作指令都集中到PLC 控制器內(nèi)，以此來實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算以及順序運(yùn)算等各個(gè)操作指令的控制[1]。同時(shí)，借助于I/O 形式的輸入和輸出系統(tǒng)，PLC 也可以對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行功能的整合與拓展，以此來形成一個(gè)完整性的工業(yè)操作系統(tǒng)，讓整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

1 PLC 工作原理概述

1.1 PLC 的基本框架

在PLC 的基本框架中，主要的組成部分有三個(gè)，第一是宏單元，第二是可編程形式的連線，第三是I/O 輸入輸出模塊。在PLC 技術(shù)中，宏單元屬于最基本的一個(gè)模塊，它所起到的是CPU作用，可實(shí)現(xiàn)最基本的邏輯控制?？删幊绦问降倪B線主要的作用是將信息在宏單元之間傳遞。I/O 模塊的主要功能是對(duì)電氣的輸入和輸出特征進(jìn)行控制。

1.2 PLC 的工作方式

在PLC 的具體應(yīng)用過程中，其工作可以按照四個(gè)階段進(jìn)行劃分。第一階段是內(nèi)部處理，在這一階段中，主要是對(duì)可編程形式的控制器進(jìn)行檢查，主要有內(nèi)部硬件功能檢查、運(yùn)行情況檢查、監(jiān)控定時(shí)器是否能夠正常復(fù)位檢查等。第二階段是通信服務(wù)，在這一階段，控制器需要和其他形式的智能裝置之間相互通信，以此來響應(yīng)編程器的鍵入命令，同時(shí)也需要進(jìn)行顯示內(nèi)容的更新。第三是輸入和輸出處理，在這一階段，控制器會(huì)將一切外部輸入電路接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)輸入到映射寄存器內(nèi)[2]。第四階段是程序執(zhí)行，在這一階段中，輸入到映射寄存器里的狀態(tài)通常不會(huì)因外部輸入信號(hào)發(fā)生變化而變化，所以在輸入信號(hào)發(fā)生變化的情況下，新狀態(tài)僅僅會(huì)在下個(gè)響應(yīng)周期內(nèi)的輸入處理這一階段才可以被讀入。

2 PLC 在電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中的具體設(shè)計(jì)分析

2.1 合理評(píng)估控制任務(wù)

在對(duì)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，首先應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)中的控制任務(wù)作出合理的評(píng)估，以此來確定能否借助于PLC控制系統(tǒng)來進(jìn)行被控制對(duì)象中相應(yīng)電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制[3]。同時(shí)也需要對(duì)實(shí)際的運(yùn)行需求做到全面明確，這樣才可以對(duì)實(shí)際的PLC 系統(tǒng)需求以及各種性能參數(shù)的具體設(shè)置加以明確，進(jìn)而為后續(xù)工作的順利開展提供足夠科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

2.2 PLC 系統(tǒng)選型分析

對(duì)于整個(gè)的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)而言，PLC 系統(tǒng)是最為關(guān)鍵也是最為核心的一個(gè)部分，因此，只有保障PLC 系統(tǒng)選型的科學(xué)合理，才可以讓電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮。具體選型過程中，主要應(yīng)該對(duì)以下的幾點(diǎn)內(nèi)容加以綜合考慮：第一，根據(jù)開關(guān)量實(shí)際的輸入點(diǎn)數(shù)以及輸入電壓進(jìn)行選型；第二，根據(jù)開關(guān)量實(shí)際的輸出點(diǎn)數(shù)以及輸出功率進(jìn)行選型；第三，根據(jù)模擬量實(shí)際的輸出點(diǎn)數(shù)和輸入點(diǎn)數(shù)進(jìn)行選型；第四，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于PLC 實(shí)際的速度響應(yīng)需求進(jìn)行選型；第五，根據(jù)實(shí)際的內(nèi)存大小進(jìn)行選型；第六，根據(jù)其他方面的特殊控制需求進(jìn)行選型。

2.3 PLC 操縱程序編程分析

在硬件方面的工作完成之后，就需要根據(jù)PLC 系統(tǒng)實(shí)際需要達(dá)到的控制功能來對(duì)其軟件部分進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)。在本次所研究的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC 系統(tǒng)中，主要應(yīng)用的是西門子公司所生產(chǎn)的一種PLC 設(shè)備，在該P(yáng)LC 設(shè)備中，共提供了三種形式的編程語言。

2.3.1 梯形圖

在對(duì)PLC 系統(tǒng)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的過程中，梯形圖這種編程語言形式最為常用，這種編程形式主要是對(duì)繼電器進(jìn)行控制。因?yàn)殡姎庠O(shè)計(jì)工作人員比較熟悉繼電器的具體控制方法，所以這種PLC 編程形式也就在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。這種編程語言最大的一個(gè)特征就是可以對(duì)應(yīng)電氣操作原理，且這種對(duì)應(yīng)性十分直觀，和原來的繼電器控制方法基本一致，更加易于電氣設(shè)計(jì)工作人員掌握[4]。但是相比較原來的繼電器控制而言，該方法的一個(gè)不同點(diǎn)就是其中的能流并不是實(shí)際的電流，而其內(nèi)部的繼電器也并不是真實(shí)存在的繼電器，所以在具體控制中，需要將其和原來的繼電器控制加以區(qū)別對(duì)待。下圖是原來繼電器控制電路圖和通過PLC 控制的梯形圖對(duì)比：

圖1 原來繼電器控制電路圖

圖2 通過PLC 控制的梯形圖

2.3.2 指令表編程語言

在進(jìn)行PLC 系統(tǒng)的編程過程中，指令表編程語言屬于一種和匯編語言相近的助記符號(hào)形式的編程語言，與匯編語言相類似，這種編程語言的主要組成部分也是操作數(shù)和操作碼。在沒有計(jì)算機(jī)存在的情況下的編程過程中，可借助于手持形式的PLC 編程器來進(jìn)行PLC 控制系統(tǒng)的程序編制。同時(shí)，這種編程語言可以和梯形圖編程語言之間實(shí)現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)，并能夠在PLC編程軟件的控制下實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。以下就是和上文所述的PLC梯形圖所對(duì)應(yīng)的指令表：

表1 和上文所述的PLC 梯形圖所對(duì)應(yīng)的指令表

2.3.3 順序功能流程圖語言

這種編程語言主要是用來滿足PLC 順序邏輯控制所設(shè)計(jì)的一種編程語言形式。在應(yīng)用這種編程語言進(jìn)行電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的PLC 編程過程中，需要對(duì)整個(gè)順序編程過程中的所有動(dòng)作進(jìn)行成步以及轉(zhuǎn)換條件的劃分，然后按照相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件來分配控制系統(tǒng)中的功能和流程順序，讓系統(tǒng)根據(jù)這個(gè)順序來一步步實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。具體編程中，每一步都代表著一個(gè)控制功能任務(wù)，這個(gè)任務(wù)可以用方框來表示。在方框中包括用來對(duì)相應(yīng)功能的實(shí)現(xiàn)加以控制的梯形圖邏輯。通過此類編程語言的應(yīng)用，可以讓程序結(jié)構(gòu)變得更加清晰，為后期的閱讀和維護(hù)提供更大便利，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)編程過程中工作量的顯著降低，以此來縮短編程時(shí)間以及調(diào)試時(shí)間[5]。此類編程語言在有著較大規(guī)模的PLC 系統(tǒng)和較為復(fù)雜程序的編程場(chǎng)合中都十分適用。

3 PLC 在電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

3.1 順序控制

在電氣工程的實(shí)際運(yùn)行中，相關(guān)工序?qū)LC 順序控制有著決定性作用，而通過PLC 所進(jìn)行的順序控制，則可以讓電氣工程的整體運(yùn)行變得更加安全可靠。具體控制中，PLC 系統(tǒng)可以將電氣設(shè)備實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)流程作為依據(jù)，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)不同需求來及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)控制指令的下達(dá)，這樣就可以將整個(gè)電氣工程劃分為若干個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)階段，每一個(gè)階段都會(huì)對(duì)不同的運(yùn)轉(zhuǎn)任務(wù)予以執(zhí)行，以此來實(shí)現(xiàn)各個(gè)工序運(yùn)轉(zhuǎn)職能的進(jìn)一步強(qiáng)化。在此過程中，也可以將整體調(diào)控作為基礎(chǔ)來進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)優(yōu)化的建立，讓每一步的PLC 控制效率都得到進(jìn)一步強(qiáng)化。

3.2 開關(guān)量控制

在傳統(tǒng)形式的電氣工程系統(tǒng)中，開關(guān)量?jī)H僅通過繼電器來進(jìn)行自動(dòng)控制。但是因?yàn)槔^電器需要在通電較長(zhǎng)一段時(shí)間之后才可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如果存在短路保護(hù)，繼電器將不能夠在系統(tǒng)運(yùn)行過程中保持正常工作，這樣的情況就會(huì)降低電氣系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。但是借助于PLC 控制技術(shù)，就可以有效實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的短路保護(hù)，借助于可編程形式的控制器和相應(yīng)的編程系統(tǒng)來檢測(cè)整個(gè)電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決短路問題，保障繼電器的良好運(yùn)行，在實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)整體運(yùn)行效率的 基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)其開關(guān)量控制流程的進(jìn)一步優(yōu)化[6]。

在進(jìn)行開關(guān)量的實(shí)際控制中，因?yàn)殡姎夤こ滔到y(tǒng)中有很多個(gè)開關(guān)點(diǎn)，所以PLC 體系通常需要與其中的十幾個(gè)甚至上百個(gè)直接進(jìn)行對(duì)接，這些個(gè)控制點(diǎn)會(huì)借助于云平臺(tái)以及網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)集中處理，以此來分化控制不同機(jī)電設(shè)備以及不同系統(tǒng)，避免復(fù)雜程序和控制指令對(duì)其產(chǎn)生不利影響。

同時(shí)，在通過PLC 技術(shù)進(jìn)行電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的邏輯控制過程中，也可以通過時(shí)序或者是組合法來進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。在此過程中，管理人員只需要借助于人機(jī)交互界面就可以對(duì)多個(gè)開關(guān)點(diǎn)進(jìn)行靈活控制，讓系統(tǒng)的集中控制以及各個(gè)設(shè)備各自的控制需求得到同時(shí)滿足。通過這樣的方式，不僅可以實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)控制效率的顯著提升，同時(shí)也可以讓系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定，以此來保障系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量與運(yùn)行安全。

結(jié)束語

綜上所述，在進(jìn)行電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用過程中，PLC 技術(shù)的合理應(yīng)用將會(huì)讓整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行與控制上升到一個(gè)全新的高度?；诖?，技術(shù)人員一定要對(duì)PLC 的工作原理做到全面了解，然后根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)需求，將該技術(shù)合理應(yīng)用到電氣自動(dòng)化控制中，通過編程語言的合理應(yīng)用來達(dá)到良好的控制效果。這樣才可以讓PLC 可編程自動(dòng)化控制系統(tǒng)在電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中發(fā)揮出充分的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，滿足系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行需求，促進(jìn)企業(yè)的良好經(jīng)營(yíng)與發(fā)展。