PLC特点分析及其在电气自动化系统中的应用研究

孟可

【摘 要】随着科学技术的快速发展，可编程控制器（简称PLC）技术有了很大的提升。由于其具有功能强、可靠性高、适应性强及编程简单等很多优点，得到了人们在多方面的应用，尤其是在电气自动化方面，展现出广阔的应用前景。本文就工业领域电气自动化中的PLC技术应用进行了分析。

【关键词】电气自动化；PLC；控制

0 前言

电气自动化是工业自动化的重要组成部分，也是工业经济发展的一项重要技术，是一个国家现代化发展的重要标志。随着电气自动化的快速发展，众多先进的科学技术开始全面用于电气自动化当中，其中，PLC技术是基于计算机技术而产生的一种可编程控制器，是智能控制技术的一种，这种技术应用到电气自动化当中可以显著提高电气自动化的水平。

1 PLC原理及特征分析

1.1 PLC的工作原理

我们可以从采样的输入、程序的执行和输出系统三个方面，来阐述PLC技术的工作原理和方法。

1）采样的输入阶段。在这一过程中，PLC采用的采集数据的读取方法是扫面，并且将扫描获得的数据存放在读入/读出的成像区域内相应的储存单元中。输入采样数据后，接下来进行的是将数据传输到用户程序使其进行后续的输出步骤。在这一步即使我们输入了变化状态的数据，也不会使成像区域内存放的数据发生相应的变化。

2）程序的执行阶段。在程序的执行阶段，PLC总是采用从上到下的顺序对用户程序进行执行，在执行扫描的过程中可编程控制技术总是采用固定的路径和步骤进行运算。扫描的路径包括用户程序的各个触电这些触电有序的组织在一起，使得扫描执行的过程总是从左到右、从上到下。在依次执行完用户程序的运算后得到了运算结果，依据所得出结果的指导对逻辑线圈在存放区域的状态、读入/读出成像区域的状态来执行完成刷新步骤，进一步决定要不要执行程序的处理指令。

3）输出阶段。在这一步骤的执行过程中，系统CPU会依据读入/读出成像的对应形式、以及第一阶段录入数据进行相应的操作，完成对其他外部设备的驱动。这一步骤是PLC技术最重要和最需要完成的任务。

1.2 PLC的特征分析

应用于工业企业的PLC技术可以说是对传统控制技术的一个极大的改进和飞跃式的发展，具有独特的优势和特点，其特点概括如下：

1）功能强大、应用广泛。可编程控制技术具有强大的功能，不仅能够进行运算、计算、进行控制而且还能够进行智能化的自我检测自我诊断、人机交互功能。它不仅能够用于单个的机器控制、单条生产线的控制还可以进行整个生产过程甚至整个工厂的控制，可谓是应用领域和范围广泛。

2）极高的可靠性能、极强的抗干扰能力。可编程控制技术具有自我检测诊断能力，能够根据外部的变化采取适当的措施进行信息的保护和修复、错误的警报、故障的检修等确保了整个程序的可靠性提高了系统的抗干扰能力。

3）编程简单、理解掌握容易。现在可编写控制器主要采用的编程方法是梯形图，这种图形线路清晰明了。技术人员和工人经过简单的上岗培训就能够理解并且数量的应用这一技术，进行程序的改编或控制技术的操作。

4）强大的通用性、可变的控制程序，方便使用。可编程控制器设有功能齐全的软硬件设备和功能，能够实现各种控制功能，用户无需根据自己的个性化需求进行系统的改装设计就能满足其需要。并且程序的设计能够进行变换、使用户使用起来十分的简洁方便。

2 PLC的应用分析

2.1 用于顺序控制

顺序控制通常是由现场传感器、I/O站与主站层等三层网络结构所构成的，其中，主站层是由人机接口与PLC控制器共同组成，并设置于整个系统集控室中。在集控室当中，其主要是由PLC技术的控制系统所构成的，具有自动控制功能，不过也需要手动操作，对带联锁与解除联锁进行控制。主站层与I/O站间是通过光纤总线进行连接的，I/O站和现场传感器间是通过二次控制的电缆进行连接的。整个系统的程序是由多个功能模块与一个主程序的功能模块所组成的。企业工作人员能够在控制室中，通过PLC远程站完善系统功能，对其整个设备系统的运行工况进行控制与监视，可有效地实现整个钢厂系统的自动控制，甚至可实现无人值班，有效地提高了整个钢厂系统生产的可靠性与生产效率。

2.2 用于闭环控制

在钢铁系统自动化的控制中，经常要用到闭环控制方式来实现温度、压力、流量、速度等的连续变化的模拟量控制。当前新型的PLC也具有闭环控制功能，并且已十分成熟。各PLC生产厂家推出的 PLC模块均提供了PID指令，可以实现PID控制，这种模块的PID控制程序是PLC生产厂家设计的，并存放在模块中，用户使用时只需设置一些参数，用起来非常方便，一个模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。由PID指令来实现PLC对PID的控制，是一种易于实现且经济实用的方法。

2.3 用于供水泵的控制

以钢铁厂恒压供水泵为例，其启动方式有三种自动启动、上位机手动启动和在现场控制箱手动启动。自动运行的情况下，每台水泵根据累计运行时间的长短，在开机过程中由 PLC控制单元的顺控模块选择运行时间累计短的为主泵、运行时间累计长的为备用泵。自动启动条件为水泵出口干管的压力下降到设定值时启动主泵，如果干管压力继续下降到整定值时，备用泵跟着启动，向干管打水。在上位机手动启动水泵，只需将欲启动水泵的控制开关打至“ON”位即可。而在现场就地控制箱上的手动启动只需首先将在现场就地控制箱上的控制方式选择开关打至“水泵手动”位后，操作欲启动水泵的启动和停止按钮，就能启动水泵。

2.4 用于开关量控制

随着PLC技术的不断发展，基于PLC技术的电气自动化系统被广泛应用在工业领域，例如钢铁企业系统中的开关量控制与顺序控制。钢铁企业的原控制系统多采用电磁型的继电器作为主要元件，不过此类控制系统因继电器中含大量的电磁设备，其触点比较多，众多机械触点降低了设备运行的可靠性，并且存在接线复杂及使用寿命低等问题，体积大占用了较大的空间。目前，PLC技术的应用，对开关量控制中的诸多问题进行了解决，尤其是PLC可靠性很高， 控制断路器可靠性也很高，有效保证了钢厂开关设备的安全运行，控制高压断路器可以很好地执行正常手动分、合闸的操作，给出相应的指示信号；在其不能正常操作的时候，也可给出相应的指示信号；在正常分、合闸结束后，可自动地切断分、合闸间的回路；在事故发生时，其可以自动分闸，发出事故音响或者闪光信号，并具有闭锁功能。钢铁企业采取PLC技术控制后，对二次接线进行了简化，原繁琐逻辑电路与二次接线被PLC技术元件代替，原硬件参数调整由程序参数来设定，编制好符合相关要求的控制程序即可。

2.5 用于主泵的控制选择

主泵可以由 PLC 按各自的运行小时数来自动选择主泵或手动设定，在机组上位机上可以完成主用泵的选择方式的设定；当 PLC重新启动后，将会默认主用泵。PLC将几台水泵的启动优先权输出到优先权选择继电器。PLC程序输出水泵的启动命令后与优先权继电器配合来选择启动相应的水泵。水泵的控制分PLC控制和常规控制。这两部分是相辅相成的，而且常规回路为 PLC 控制的补充，作为油泵控制的安全回路，即使在 PLC 故障灯特殊情况下，也能保证工业水的供给，提高了高炉、转炉等主流程设备运行的可靠性。

3 小结

PLC的智能化和通用性奠定了该技术在未来的发展前景，并且能有效保障高危作业的人员安全。这样的技术不仅能够降低行业的风险而且能够极大地提高工作效率和经济效益。相信该技术会有一个光明的未来。

【参考文献】

[1]李辉，郑宁.PLC与单片机之间的串行通信及应用[J].电工技术杂志，2003（8）：67-68.

[2]石振东，吕科，喻清溯，等.基于红外路径识别的智能车控制系统设计[J].湖北汽车工业学院学报，2007（3）：11-14.

[3]李有智，王进.基于PLC与单片机无协议通讯的数据传输[J].广西轻工业，2009（1）：42-43.

[责任编辑：谢庆云]