电气控制与PLC技术的应用

刘明皓 湖北省来凤县高级中学

引言：PLC是可编程逻辑控制器的英文缩写，从20世纪70年代诞生以来，一直受到人们的关注，经过几十年的飞速发展，如今已被广泛应用于电气控制领域，其强大的自动控制能力，极大地提高了生产效率，促进了相关产业的快速发展。它由输入单元、输出单元、微处理器、存储器和相关接口等部分组成，通过人为编程对输入和采集的数据进行处理，来自动控制电气设备的自动运行。

1. PLC的特点

1.1 体积小、功耗低、安装方便

由于PLC本身由多个芯片组成，核心为微处理器，可以集成在很小一块电路板上，功耗也相对较低，超小型的PLC底部的长宽尺寸不超过100mm，重量不超过0.15kg，所以也可以很方便的安装到各种电气设备中，无需专用机房，有利于机电一体化的集成。

1.2 抗干扰能力强、可靠性高

PLC电路内部有一定的抗干扰措施，外部有相应的电磁屏蔽措施，使其在抗电磁干扰和EMC方面有比较突出的优势，再加上其较高的集成度，在可靠性方面也有较好的保证，比较适合应用在工业生产当中。

1.3 编程方便快捷

PLC具有易于编程和组合机动的特点。PLC使用的是图形化的编程语言，其表达形式和电路图非常相似，能让操作人员快速学习并掌握其变成方法，且在实际操作过程中易于修改。其采用积木式结构，操作人员可通过将实现特定功能的程序组合在一起构成具有一定规模和特定功能的控制系统。

1.4 便于维护

PLC替代了很多传统逻辑器件，通过内部编程实现软连接，因此减少了很多系统内部的连接线，只需将其丰富的接口与外部输入输出设备正确连接即可，这种方式非常便于系统的检查与维护，其互联方式后期根据相应的需求修改起来也方便很多。

2. PLC应用中可实现的功能

2.1 开关的控制输出

通过图形化语言实现组合逻辑控制、条件控制、循环控制、时序控制等，从而输出电信号来控制外部开关断开、闭合，既可用于控制最基本的单台设备，也可实现对复杂的多台设备系统的有效控制，比如生产流水线、组合机床等。

2.2 模拟量的输入输出

现实生产运作过程中，不仅仅只存在信号的开启与关断，还存在很多模拟的数据，比如温度、湿度、流速、压力、转速和电压等连续变化量，这些变化量一般都通过转化为模拟电信号来传输，为了实现这方面的检测和控制，PLC还具有模拟量的输入输出功能，具体是由内部的A/D转换器和D/A转换器实现的，另外，PLC还可以通过各种运算功能来实现对数据的处理。

2.3 集中和分散控制系统

集中式控制系统就是采用一台运算和功能较为强大的PLC集中监视和控制多个电气设备，其整体掌控能力较强，且更为经济实惠，但是如果其中某些设备出现问题需要停止PLC，则会影响整个系统的正常运行。相对于集中式，分散式控制系统采用更多的PLC来分散控制多个设备，其抗故障能力更强，但是成本更高，且需要多个PLC之间通过通信协调工作，某种程度上会降低工作效率，因此可将集中式和分散式控制系统相结合，针对不同的应用场景进行方案优化设计，完成相应控制过程。

2.4 开环和闭环控制

开环控制就是PLC只根据相关输入量来得到输出量，不会检测输出结果产生的影响，运行速度较快，适用于无需精确控制的场合；针对需要高精度控制的场合，还需引入闭环控制，PLC会采集相关的输出结果的反馈信息，比如温度、角度、速度、位置等，比较与所需目标的接近程度，从而调节控制过程中的各种参数，让控制结果非常接近所需的目标，但是由于反馈的存在，达到稳定控制需要一定的时间。通常将开环控制和闭环控制相结合应用于不同场合。

2.5 和上位机的通信

PLC更多的应用于设备控制，其人机交互功能相对有限，因此，由上位机实现人机交互界面，PLC通过通信接口和通信程序与上位机进行信息交互，即可实现上位机对整个控制系统的监视和掌控。

3. PLC的具体应用场景

3.1 数控机床中的应用

PLC在数控机床中通过通信接口与CNC（计算机数控装置）连接，进行机械加工过程中的相关控制，该过程需要PLC和CNC相互配合，来完成一定工序的机械加工。PLC的具体功能包括系统初始化、紧急停止、机床面板信号的处理、坐标Y、Z轴的控制定位、液压控制、零件的夹卸过程控制、主轴的使能控制和相关情况的报警等。精确的机械加工需要PLC强大的运算控制能力，并且从算法上提高其运作精度和运行效率。

3.2 纺织机中的应用

人工纺纱的时代已经过去，现代纺织机只需根据程序参数设定通过PLC来控制即可完成纺纱任务。PLC在其中的功能包括控制电机转速、时序和人机界面等，操作人员基本无需手动操作，只要值守了解机器运行状况和任务进度等即可，另外，高级的PLC还可完成纱疵的检测修复和统计工作，从而节省了原材料，降低了次品率，提高了生产效率。

3.3 立体仓库中的应用

立体仓库的科学管理是实现物流效率的重要因素，可通过将相关管理逻辑通过编程输入到PLC中，让PLC自动控制整个立体仓库的运行，即可极大的解放人力，只需少量监测人员。其控制方式为闭环控制，控制系统中还包括出入库输送机、穿梭机、堆垛机等，通过将高度计算器接收到的转数编码反馈给PLC，PLC参照此参数控制其他设备，来实现整个系统的稳定高效的运行。

结论：PLC由于其使用方便、可靠性强、便于维护等特点，受到人们的青睐，其强大的运算速度保障了各种基础功能的实现，已被广泛应用于电气自动化控制工程中，已成为现代快节奏的社会生产生活必不可少的元素。在未来，还会结合更新的技术和工艺，朝着网络信息化、控制一体化等方向发展。