唐飄逸

（廣州華立科技職業(yè)學(xué)院，廣州 511325）

PLC技術(shù)在電氣工程控制軟件系統(tǒng)中尤為關(guān)鍵，為提升系統(tǒng)的智能化水平提供了助力，也為相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)價值。要了解PLC應(yīng)用于電氣工程及其自動化控制過程，要了解其工作原理，熟悉其通用、可靠以及便捷的功能特性。

1.PLC技術(shù)工作原理

PLC技術(shù)在電氣自動化控制中應(yīng)用的工作原理類似于計算機(jī)工作原理。工作時，PLC需要接通系統(tǒng)電源，然后由中央處理器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)自動診斷，并處理相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)[1]。PLC的基本組成可以簡單抽象為輸入、邏輯控制和輸出3部分，如圖1所示。

圖1 PLC的組成

1.1 PLC各部分的作用

輸入部分的作用是收集和保存，對象是實際運(yùn)行時的數(shù)據(jù)信息，輸入內(nèi)容可以有各種操作指令或者開關(guān)量信息等。邏輯部分的作用是處理信息，對上一部分的報取信息做出相應(yīng)的反應(yīng)。輸出部分是給出操作處理。

用戶程序通過編程器或其他輸入設(shè)備輸入并存放在PLC的用戶存儲器中。PLC運(yùn)行時，其CPU按照規(guī)定的程序順序執(zhí)行操作。規(guī)定程序一般有掃描、狀態(tài)采集或輸入數(shù)據(jù)采集、用戶程序執(zhí)行、各輸出點狀態(tài)更新、編程器鍵入響應(yīng)、顯示更新及CPU自檢等。PLC的掃描可以按照固定程序進(jìn)行，也可按照可變的用戶程序規(guī)定順序進(jìn)行。

1.2 PLC工作過程各階段分析

PLC用戶程序的工作過程，如圖2所示。從圖2可以看出，PLC工作過程簡約，主要有輸入、執(zhí)行和輸出幾個階段。

圖2 PLC用戶程序的工作過程

1.2.1 輸入采樣

該階段，PLC先掃描所有輸入信息，把輸入內(nèi)容存儲到映像寄存器。這時輸入內(nèi)容會被刷新，程序進(jìn)入到執(zhí)行階段。程序執(zhí)行階段是結(jié)果的輸出階段，相關(guān)操作不受外界信號影響。任其如何改變，操作都如常進(jìn)行。等到第二輪輸入采樣即再次掃描時，重新輸入新內(nèi)容。

1.2.2 程序執(zhí)行

該階段PLC會以“先上后下，先左后右”的步驟和順序語句逐句進(jìn)行掃描。當(dāng)其指令涉及輸入和輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映像寄存器中讀入對應(yīng)輸入映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)，再進(jìn)行對應(yīng)的運(yùn)算，最后把運(yùn)算結(jié)果存入元件映像寄存器。

1.2.3 輸出刷新

所有指令在此階段執(zhí)行完成。元件映像寄存器中接通或者斷開輸出繼電器狀態(tài)，都將在該階段實現(xiàn)轉(zhuǎn)存。輸出的繼電器狀態(tài)被存入輸出鎖存器后，輸出端子和外部電源實現(xiàn)對外部負(fù)載的驅(qū)動。

2 PLC技術(shù)的功能特性

2.1 通用性

PLC技術(shù)的通用性在于能夠滿足不同工業(yè)環(huán)境的要求[2]，在運(yùn)用過程中與其相對應(yīng)的裝置設(shè)備比較齊全，即針對不同的控制對象需求可有不同的裝置配備。在PLC應(yīng)用過程中，操控設(shè)備的人與機(jī)器高度配合，相應(yīng)的通信設(shè)備良好應(yīng)用，才能順利完成相關(guān)控制工作，使操作變得更加簡單。PLC技術(shù)的通用性使其在電氣自動化控制中的擁有較高的工作效率。

2.2 可靠性

PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，使得集成電路技術(shù)獲得了應(yīng)用。PLC應(yīng)用期間，它具有運(yùn)行速度快、集成密度大、智能化程度高以及故障發(fā)生概率低等特性，能夠使系統(tǒng)工程有較強(qiáng)的抗干擾能力。在PLC的采樣周期中，能夠?qū)⑺械妮斎胄盘栆煌x入。在整個程序處理過程中，PLC系統(tǒng)能夠與外界隔絕，這是其運(yùn)行可靠的根本所在。

2.3 便捷性

PLC技術(shù)能夠利用計算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)實模擬實驗，進(jìn)而實現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的安全操作，大大縮減了工作量，提升了生產(chǎn)效益。此外，PLC技術(shù)能夠進(jìn)行自我診斷，在一定時間段內(nèi)進(jìn)行故障分析和檢測，從而為相關(guān)維修提供支持，保證系統(tǒng)高效運(yùn)行。PLC的便捷性完成了自動化控制中很多人工無法完成的任務(wù)。

3 PLC技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于順序控制

PLC的順序控制是其在生產(chǎn)實踐中各執(zhí)行環(huán)節(jié)按照生產(chǎn)工藝中預(yù)先設(shè)定好的動作順序和轉(zhuǎn)換條件進(jìn)行自動操作的過程[3]。PLC技術(shù)的順序控制應(yīng)用廣泛，目前以現(xiàn)場感應(yīng)和遠(yuǎn)程控制形式為主。PLC技術(shù)以多種方式優(yōu)化了控制程序，如在自動控制系統(tǒng)中先后加入傳感器、主站層和遠(yuǎn)程控制，可提高控制效率。PLC技術(shù)在自動化控制中的應(yīng)用廣泛，如搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動控制、火力發(fā)電廠中對爐渣與灰塵的自動清理以及包裝生產(chǎn)線的控制等。PLC也能對工人進(jìn)行順序控制，保證生產(chǎn)有序進(jìn)行，減少故障發(fā)生。隨著PLC技術(shù)在自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用，以及人工智能和云計算等技術(shù)的日趨成熟，電氣工程技術(shù)未來將集成這些核心科技使PLC的順序控制變得更加靈活。

3.2 應(yīng)用于開關(guān)量控制

PLC技術(shù)應(yīng)用于電氣工程的開關(guān)量控制時，是以可編程存儲器的形式實現(xiàn)對繼電器動作的控制，進(jìn)而契合用戶的應(yīng)用要求。相關(guān)應(yīng)用中，如果采用人工控制操作會浪費人力資源，而采用PLC技術(shù)控制能優(yōu)化系統(tǒng)功能，同時減少了人力資源的浪費。PLC既能夠應(yīng)用在單臺設(shè)備控制上，又能夠應(yīng)用在多臺設(shè)備的群控和生產(chǎn)自動化流水線上。例如，印刷機(jī)、組合機(jī)床、電鍍流水線以及注塑機(jī)等都應(yīng)用了PLC技術(shù)。PLC取代傳統(tǒng)的繼電器電路，能夠?qū)崿F(xiàn)順序控制和邏輯控制，從而使電氣設(shè)備的運(yùn)行更加標(biāo)準(zhǔn)化。PLC技術(shù)應(yīng)用于自動開關(guān)控制，可使所編輯信息符合電氣操作需求，保證電氣系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。此外，PLC技術(shù)能夠縮短繼電器響應(yīng)時間，從而達(dá)到節(jié)約時間、助力生產(chǎn)效益增長的目的。

3.3 應(yīng)用于閉環(huán)控制

閉環(huán)控制也是過程控制[4]，主要是對溫度、壓力和流量等模擬量的控制。傳統(tǒng)的電氣工程領(lǐng)域，人工方式的啟停難以保證安全性和可靠性，不利于提高生產(chǎn)效率。PLC技術(shù)則能起到很好的輔助作用。閉環(huán)控制在熱處理、鍋爐控制等場合都有應(yīng)用，能夠與其他技術(shù)組合形成自動智能控制系統(tǒng)。常見的閉環(huán)控制系統(tǒng)有電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和平臺流量、液位、溫度及壓力等控制系統(tǒng)。一般閉環(huán)控制系統(tǒng)有單個閉環(huán)控制系統(tǒng)和多個閉環(huán)控制系統(tǒng)兩種。鑒于控制變量的比例系數(shù)之間的絕對值非常重要，在控制同步設(shè)備速度時會采用單個閉環(huán)控制系統(tǒng)。利用PLC技術(shù)能夠快速反映相關(guān)階段中由閉環(huán)系統(tǒng)控制技術(shù)呈現(xiàn)出的連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，從而全面監(jiān)視閉環(huán)的綜合控制系統(tǒng)功能。例如，恒速運(yùn)行狀態(tài)中，一旦速度發(fā)生突變，那么PLC技術(shù)可以改變紅外傳感器，從而有效控制計算機(jī)模擬電流強(qiáng)度信號的輸出。它的輸出模塊能夠把采集的數(shù)據(jù)順利轉(zhuǎn)換為正常的電流信號，最終實現(xiàn)閉環(huán)控制。相關(guān)應(yīng)用以及技術(shù)功能的發(fā)揮，需要操作人員具有區(qū)分普通繼電器和PLC差異的能力，了解普通繼電器和PLC的優(yōu)缺點。只有這樣，才能夠在確保相關(guān)自動化控制系統(tǒng)安全、平穩(wěn)以及流暢運(yùn)行的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)技術(shù)與新興技術(shù)有機(jī)融合，優(yōu)勢互補(bǔ)，各取所長，協(xié)同發(fā)展，最終提升自動化控制水平[5]。

3.4 應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)

PLC技術(shù)為企業(yè)的自動化系統(tǒng)發(fā)展提供了新思路。它具有的智能化特點，不但能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)學(xué)運(yùn)算和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等一系列數(shù)控操作，還能對數(shù)據(jù)進(jìn)行更進(jìn)一步的分析處理，因此受到了數(shù)控領(lǐng)域的青睞[6]。PLC技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠以及操作便捷的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測、自動控制以及故障診斷等功能。近年來，PLC技術(shù)采用新型組態(tài)架構(gòu)，集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能，突破了設(shè)備本身限制，實現(xiàn)了開放式編程。這樣用戶既能夠?qū)LC設(shè)備實施編程，又能夠依托網(wǎng)絡(luò)實施自動編程，開發(fā)個性化功能，同時拓展了PLC的應(yīng)用范圍。例如，在機(jī)電工程和智能自動化控制建設(shè)中，機(jī)電自動化的核心環(huán)節(jié)是進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理。PLC核心技術(shù)經(jīng)過進(jìn)一步編程后，能有效篩選最終數(shù)據(jù)信息的內(nèi)容，使掃描設(shè)備可以快速獲取其他信息，并與程序的基本操作緊密結(jié)合，實現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)的高效處理。應(yīng)用PLC技術(shù)簡化電氣系統(tǒng)功能控制操作的同時，能夠確保自動監(jiān)聽口令的有效運(yùn)行，使得獲得的數(shù)據(jù)信息具備極高的安全性和準(zhǔn)確性。目前，相關(guān)應(yīng)用還有進(jìn)步的空間。例如，數(shù)控系統(tǒng)中存在一定的電磁干擾，即便采用了屏蔽、調(diào)頻技術(shù)，也難以全面消除，會在一定程度上干擾PLC的功能發(fā)揮，造成數(shù)據(jù)計算錯誤、系統(tǒng)混亂以及操作誤差等。未來，PLC技術(shù)需在抗干擾性能方面不斷加深研究，探索如何強(qiáng)化屏蔽效果，提升對數(shù)控系統(tǒng)的控制能力。

4 結(jié)語

在PLC技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展過程中，應(yīng)該適應(yīng)時代發(fā)展，大力開展電氣自動化控制技術(shù)在日常工作、生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。在電氣自動化控制中應(yīng)用PLC，為相關(guān)生產(chǎn)創(chuàng)造了極高的經(jīng)濟(jì)價值。此外，它在順序控制、開關(guān)量控制、閉環(huán)控制以及數(shù)控系統(tǒng)控制中的應(yīng)用，極大提升了工作效率。