PLC在电气自动化控制系统中的应用

文/黄智英 柴春花

PLC在电气自动化控制系统中的应用

文/黄智英 柴春花

信息技术、网络技术、微电子技术等新兴技术为现代化工业发展注入了新的活力，提高了工业在我国国民经济发展中的地位，使工业成为我国社会经济快速发展的重要推动力。在工业电气自动化领域，传统的电气自动控制系统由于多使用电气线路的实际接线方式，导致其存在变更困难、耗时耗力的问题。PLC针对这一问题，只在输入端与输出端使用较小的接线量，且具有高可靠性、高抗扰能力、维护变更方便等优势，在电气自动化领域极具发展前景。本文对PLC在电气自动化控制系统中的应用方向与应用前景进行了探索与分析，对提高工业电气自动化水平具有一定参考意义。

PLC 电气自动化控制系统 顺序控制

1 引言

工业是我国经济发展的支柱性产业，是推动中国经济高速增长的重要力量，自改革开放以来，工业在中国国民经济中占有举足轻重的地位。随着我国社会经济的快速发展与信息化程度的提高，信息技术、网络技术、微电子技术等新型技术都得到了长足的发展，在提高我国工业自动化水平方面具有重要积极意义。工业电气自动化是工业现代化的重要标志与核心技术，在现代工业体系中发挥着非常重要的作用，在世界工业发展史上具有划时代的意义。工业电气自动化可以改善劳动者的劳动环境条件，提高工业生产的自动化水平，进而提高工业生产的效率与工业生产的经济性，因此，积极探讨与深入研究国家工业电气自动化的新技术及其应用实现具有十分深远的现实意义。传统的电气自动控制系统之间多用电气线路进行实际连接,这种实际接线的连接方式使得仪器设备的维护工作变得复杂繁琐，一旦系统控制内容有所变化，需要大量变动电气线路，极耗人力与物力。可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的出现解决了传统电气自动控制系统存在变更困难的问题，在提高工业自动化水平的同时，为电气自动化控制的应用与维修变更带来了更多的便利，因而在工业电气自动化领域广泛使用。本文以PLC为研究对象，探讨PLC在电气自动化控制系统中的应用，对我国工业电气自动化的发展具有重要促进意义。

2 PLC及其特性

PLC是一种数字运算操作的电子系统，其采用一类可编程的存储器用于内部存储程序与控制逻辑，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC 的工作原理是，在系统程序的管理下，通过运行应用程序，对控制要求进行处理判断，并通过执行用户程序来实现控制任务。PLC的基本结构组件包括电源、CPU、系统程序存储器、用户程序存储器、接口电路、功能模块以及通信模块，电源为PLC系统的运行提供稳定的交流电压；CPU是PLC系统的核心，负责判断系统的状态，并根据实时状态控制数据的处理与数据的传输发送；系统程序存储器用于存放系统软件；用户程序存储器用于存放编写好的应用软件，是所有操作命令的集合；接口电路用于系统输入输出数据与信号；功能模块包括定位功能、计数功能等模块；通信模块用于在PLC系统的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段的联网通讯。PLC的工作流程为，首先根据本扫描周期输入采样阶段所处的状态输入映像区中的数据，在程序执行阶段和输出刷新阶段，输入映像区中的数据不会因为有新的输入信号而发生改变；接着将程序输出指令的执行结果输出为映像区中的数据，在输入采样阶段和输出刷新阶段，输出映像区的数据不会发生改变；最后，将输出状态寄存器中的数据作为控制信号，经由与外部负载连接的输出端向各输出点传达，以控制工业设备的运转状态。

PLC在在电气自动化控制系统的应用方面具有独特的优势，具体优势与特性如下：

2.1 高可靠性与高抗干扰能力

工业电气设备的可靠性是影响设备质量的重要因素，也是工业领域密切关注的关键性能。现今多通过用大规模的集成电路制造并形成PLC的内部电路，在设计与制造的过程中也有详细完善的生产工艺作为生产指导，因此，制造出的PLC具有高可靠性与极强的抗干扰能力，能够保障PLC连续工作20000小时以上而不发生故障，具有其他电气设备所不能相比的。

2.2 编程语言简单易用

PLC采用的编程语言种类丰富，如梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等，这些语言简单易学，极易理解与掌握，相关工程技术人员可以在较短的时间内精通PLC的编程语言，并将其编写成指令，实际应用于工业电气自动化控制中。

2.3 多样化、高适用性

目前PLC种类多样、功能多样，但是PLC的工作原理与组成结构基本类似，因此其多样的产品系列已经完善而齐全，用户可以根据的自己的需要与自动化控制的规模大小，灵活地组合PLC的模块，实现PLC系统的可定制、可配置，使其在工业电气自动化中具有较强的适用性。此外，PLC具有较强大的计算能力，在工业电气自动化控制中，PLC可以利用其强大的逻辑处理功能模块实现对数据的快速正确处理，满足自动化控制中大数据量的计算需求。

2.4 维护工作简单方便

由PLC的工作流程可知，PLC只在输入端与输出端有实际的电气线路，系统内的其他线路则是通过软件进行连接，减少了系统需要的接线量。此外，PLC具有很强的自我诊断能力，PLC能够在自身发生故障时，及时将其所诊断出的故障信息传递给相关工程技术人员，帮助技术人员快速判断与识别故障信息，尽快找到故障发生的原因与故障发生位置，提高故障的检修率与时耗。

3 PLC在电气自动化中的应用方向与应用场景

在工业电气的自动控制领域，PLC具有极为广泛的应用前景，本文从顺序控制与开关量控制两个应用方向分别进行阐述。

3.1 PLC在顺序控制中的应用

顺序控制是工业生产过程、工程机械设备等领域中的一种典型控制方式，顺序控制是指按照工业生产的预先设置好的工艺顺序，各个执行机构依次有序地执行相应的操作，执行操作的先后顺序应当严格按照生产工艺的顺序，以保证整个工业生产过程的正常运转。顺序控制在工业领域应用甚广，例如包装生产线、搬运机械手的运动、火力发电厂除灰系统的运作等。以火力发电厂的除灰系统为例，除灰系统以压缩空气为除灰的动力源，通过密封管道除去粉煤灰并以压缩空气为载体将粉煤灰传输运送到灰库中，经由灰库向外无污染排灰，保证锅炉系统的正常运转。除灰系统的运行流程是串行的，首先将化石燃料燃烧后产生粉煤灰从锅炉中清除并排入到仓泵中，然后不断向仓泵中输送压缩后的空气，通过空气的流动带动仓泵内的粉煤灰的流动，实现粉煤灰的加压流化，接着将流态粉煤灰与流动气体经出灰阀排出到灰库中，最后通过持续的进气，不断吹扫仓泵与输灰管道中残存的粉煤灰，实现电厂的除灰过程。因此，通常都是使用PLC来控制如除灰系统这类顺序控制系统。系统的运行管理人员通过在控制室内对电脑进行操作，远程控制气力除灰系统的进灰阀、进气阀、出灰阀等，实现对除灰系统进灰、加压流化、送灰、吹扫这一串行流程的远程运行控制，减少除灰系统的人工操作，提高除灰系统的自动化程度与正确运转机率。监控人员通过操作监控室中的电脑，对除灰系统所在现场的传感器进行远程控制，实时获取现场传感器发送回的现场视频等信息，实现对除灰系统运行状态的远程监控，降低电厂人员值班的成本支出。

3.2 PLC在开关量控制中的应用

“开”和“关”是通电设备的最基本、最典型功能与状态，开关量用于反映开和关两个状态，用0和1来表示，要不就是开的状态，要不就是关的状态，通常来说，只有开和关两种状态的物理量都可以称之为开关量，如继电器的接通或断开等。开关量可以分输入开关量和输出开关量，输入开关量一般都是指获得某个设备的开关状态的反馈，开关量控制指的是对于某些设备的开关进行指令控制，通常开关量控制是通过内部继电器实现开关量的输出。开关量控制系统是热工自动化应用当中使用的一种程序控制系统，PLC通过用虚拟的继电器取代实体机械继电器，在电路断路器的控制应用中，由于虚拟继电器的反应时间极短，几乎可以忽略不计，虚拟继电器可以在极短的反应时间内控制电路的断路与开关，解决了机械继电器反应时间较长，不同电路的断路存在时间差的问题。尤其随着机组的容量越来越大，系统越来越复杂，参数越来越高，例如一台500MW发电机组的主机控制设备约1600个，从启动到并网开关量操作有400～600个，在对这些设备进行同时操作时必然存在指令与执行延误的问题，会对设备与器材造成一定的损耗，而采用PLC进行开关量控制，则可以实现大量设备与机械器材的同时、方便、可靠的运转，实现对大量设备开关量的统一控制。

4 结论

PLC是在系统程序的管理下，通过运行应用程序，对控制要求进行处理判断，并通过执行用户程序来实现控制任务。由于其可靠性高、抗干扰能力强、变更维护方便等特性与优势，PLC在工业电气自动化领域具有较广的发展前景。本文以PLC为研究对象，分析PLC在电气自动化的顺序控制与开关量控制中的应用场景，对提高PLC在电气自动化控制系统中的应用与普及具有重要的积极意义。

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作者单位巴音郭楞职业技术学院机械电气工程学院 新疆维吾尔自治区库尔勒市 841000

黄智英（1973-），女，四川省渠县人。大学本科学历。现为巴音郭楞职业技术学院机械电气工程学院讲师。研究方向为电气自动化。柴春花（1979-），女，甘肃省武威市人。大学本科学历。现为巴音郭楞职业技术学院机械电气工程学院讲师。研究方向为机械制造及自动化