PLC控制系统及应用分析

刘会文

【摘要】随着现代工业生产的迅速发展，PLC控制技术得到了广泛的应用，尤其是在电气控制系统中。本文就PLC控制系统及其在工厂中的应用进行了简单的分析。

【关键词】PLC；控制系统；直流电机

引言

PLC具有可编程、易于扩展、操作方便等特点，在电气控制系统中过去继电器为核心的控制系统可以完全被PLC所取代，目前在现代工业生产体系中PLC已是一重要的组成部分，在工业不断发展的情况下，以PLC实现产品功能已越来越全面化和多样化，使PLC技术有了较大的发展，以下就可编程控制器PLC的构成及其在工厂中的应用进行了简单的分析。

1.可编程控制器PLC的构成分析

通常PLC有整体式和模块式两类。不管是哪一种结构，其内部组成都是非常相似的，主要如下。

1.1中央处理单元CPU

CPU的是PLC的“大脑 ”，它控制所有其它部件的操作，一般由控制电路、运算器、寄存器等组成，通过地址总线、数据总线和控制总线与存贮器、I/O接口电路联接。中央处理单元主要完成以下任务。

1）从存贮器中读取指令。从地址总线上给出指令的存贮地址，从控制总线上给出读命令，从数据总线上得到读出的指令，并存放到CPU内的指令寄存器中。

2）执行指令。对存放在指令寄存器中的指令操作码进行译码，执行指令规定的操作。例如：读取输入信号，取操作数，执行逻辑运算和算术运算，将结果输出等。

3）准备取下一条指令。执行完一条指令后，能根据条件产生下一条指令的地址，以便取出和执行下一条指令。在控制下，程序的指令即可以顺序执行，也可以进行分支或转移处理。

4）处理中断。有些除了顺序执行程序外，还提供了中断处理功能。CPU通过接收I/O接口或内部的中断请求信号，进行中断处理。处理完毕后，再返回原地址，继续顺序执行收。

1.2存贮器

存贮器是具有记忆功能的半导体电路。存贮器包括系统程序存贮器和用户程序存贮器。所谓系统程序，是指控制和完成PLC各种功能的程序，这些程序是由PLC的制造厂家用微机的指令系统编写的，并固化到只读存贮器（ROM）中；所谓用户程序，就是使用者根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序。

1.3输入/输出接口电路

输入/输出接口电路用来连接主机与外部设备。为了提高抗干扰能力，一般的输入、输出接口均有光电隔离装置，应用最广泛的是由发光二极管和光电三极管组成的光电耦合器。

1.4编程器

编程器用来的运行，是对用户程序进行写入、检查、修改和调试，也可以在线监视PLC的运行，是PLC最重要的外部设备，也是PLC不可缺少的一部分。它经过编程器接口与CPU联系，完成人--机对话。

1.5电源部件

电源部件用来将外部供电电源转换成供PLC的CPU、存储器、I/O接口等电子电路工作所需要的直流电源，使PLC能正常工作。

2. PLC控制系统在工厂的控制分析

工业控制中PLC的应用一般是首先了解受控对象施工流程及控制要求。共中包括：控制过程的组成环节；各环节的技术要求和相互关系；输入输出的逻辑关系和测量方法；系统的控制方式与要求（例如：单步、步进、单周、自动循环等）。绘制工艺流程图。选择传感器再根据现场信号、控制命令等条件确定输入输出点数然后进行PLC选型和I/O分配。

在工厂主要是在生产线上生产，在自动生产线上，常使用有轨小车来转运工序之间的物件。小车的驱动通常采用电机拖动，电机正转小车前进，电机反转小车后退。也就是说主要是对电机的控制。相对于交流电机，直流电机在控制方面较为复杂一些，主要是速度调整方面，要考虑速度控制方式，启动、停止及升降速时的加速度控制，正反转指令控制等等。一般以直流电动机为驱动装置的控制系统中，速度、电流闭环控制过程由传动系统完成。可编程序控制器一般只负责速度给定控制、―些相应的启动停止指令控制和某些张力控制系统中的电流的控制等。速度给定控制主要是对电机启动和停止以及升降速时的加速度控制即给定曲线的斜率控制。

在直流电动机的控制系统中，一般应考虑以下几个问题。

1）传动系统的运行允许条件是否满足，包括各种合闸信号是否具备，各辅助系统是否已经运行，各级故障信号是否完全消除等。

2）运行方式和操作方式是否选择合适，区域复位信号是否具备等。

3）离合器和制动器的状态是否允许运行，对机器设备的启动是否存在障碍等。

4）传动系统的速度、电流调节器是否解锁，闭环控制是否正常等。

5）速度、电流的控制方式选择是否合适等。

6）当各种条件都满足时，按所要求的方式进行速度给定值控制。

7）在运行过程中，对故障停车指令的处理等。

比如在杭钢热带厂生产线上的主机有直流电动机驱动。主机的辅助设备（包括：冷却风机、平辊风机、水泵和润滑油泵等）以及除尘风机和冷却水箱等由交流电动机驱动。这些电动机的启停控制与逻辑顺序控制、直流电动机的激磁保护，以及各电动机的过载、过热保护、系统运行状态的指示和报警等都要由PLC：GE FANUC PLC系列series 90-30控制系统完成，PLC要用直流24 V电源、直流电机需要用到直流控制器，所以采用数字箱Simoreg DC Master 6RA70进行整流。

下面给出一种最常用的直流电动机一股控制逻辑框图，如图1所示。

图1直流电机控制逻辑典型框图

PLC就是一种微机控制系统，我们可以把它看成是由继电器、定时器、计数器、移位器等组成的装置，它对工业电气设备的控制的主要过程是通过输入设备也就是接受被控设备的信息或操作命令等外部输入信息的设备输入接线端是与外部的开关、按钮、传感器转换信号等连接的端口。每个端子可等效为一个内部继电器线圈，线圈号即输入接点号，如图所示。这个线圈由接到的输入端的外部信号来驱动，其驱动电源可由的电源部件提供（如直流），也可由独立的交流电源供给。每个输入继电器可以有无穷多个内部触点，供设计的内部控制电路（即编制控制程序）时使用。然后通过内部控制电路运算和处理由输入部分得到的信息，并判断应产生哪些输出。内部控制电路实际上也就是用户根据控制要求编制的程序。

3.结束语

PLC控制系统的出现极大的节约了劳动力，通过系统控制的生产，大大的提高了生产效率，对于工业的流水线作业的作用尤甚，是原来复杂的工作变得简单，提高了工人的生活质量，响应了国家节能减排、以人为本的政策。相信随着科技的发展，我们的生活会越来越美好。

参考文献：

[1]史国生.电气控制与可编程控制器技术[M].北京：化工工业出版社，2004.

[2]刘美俊.可编程控制器应用技术[M]..福州：福建科学技术出版社，2006.

[3]陈德欣，賀正强.PLC和变频器在多电机控制方面的研究[J]..中国科技博览，2011.