PLC技术在电气自动化中的控制应用分析

刘琛 耿岩

摘 要：20世纪六十年代末期，世界上第一台PLC控制器——PDP-14在美国诞生，进而取代了传统的继电器，七十年代初，微处理器被引入到PLC系统當中，使PLC系统增加了数据处理、数据运算及传送等功能。经过近半个世纪的发展和演变，现如今PLC技术已广泛应用于石油、钢铁、机械制造、交通运输、环境保护等领域，标志着自动化、智能化时代的来临。本文结合PLC控制器的工作原理，针对PLC技术在电气自动化中的控制应用进行分析论述。

关键词：PLC技术;电气自动化;应用

PLC（可编程逻辑控制器）具有高可靠性、抗干扰能力强、易学易用、体积小、功能强大、价格低廉等优势，相比于DCS（分布式控制系统）大约能够省去40%左右的成本，而且PLC控制器最多可接收8000多个I/O，同时，指令系统也非常丰富，能够轻而易举的实现种种开关量以及模拟量的控制，系统内部的内存区还可以存储控制过程中所有需要保存的信息。因此，PLC技术在社会各个领域的应用价值也日渐突显。

一、PLC控制器的工作原理

PLC控制器正常运转时分为三个阶段，即输入采样阶段、用户程序执行阶段、输出刷新阶段，完成这三个阶段称之为一个完整的扫描周期，无论PLC嵌入任何类型的系统当中，其工作原理大致相同，都是重复执行这三个阶段的工作内容。PLC控制器的工作原理如图1所示。

在输入采样阶段，PLC控制器以扫描的方式依次读入输入状态与数据，这些数据存入I/O映象区相对应的单元内。输入采样结合后，转入用户程序执行与输出刷新阶段[1]。如果输入的是脉冲信号，其宽度必须大于一个扫描周期，只有这样，才能保证输入均被读入。在用户程序执行阶段，PLC控制器按照从上至下的顺序依次扫描用户程序，扫描形状为梯形图，然后遵循先左后右、先上后下的原则，对控制线路进行逻辑运算，进而确定是否执行该梯形图所规定的特殊功能指令。在输出刷新阶段，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，经过输出电路驱动相对应的外设，此时，PLC控制器才真正完成输出过程，由图1可以看出，PLC控制器的一个完整扫描周期等同于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新时间总和。

二、PLC技术在电气自动化中的控制应用

目前，PLC系统的数据处理能力以及监控技术已经日渐纯熟，因此，该技术的应用范围不断扩展，同时，在电气自动化系统中的应用价值也得到切实体现。

（一）电气自动化中的顺序控制

电气自动化系统中的顺序控制是指多台电动机启动或停止按照一定的先后顺序来完成的控制方式，它是电气辅助系统中的主要控制方式之一。当PLC系统取代继电器控制系统后，系统在运行过程中能量消耗较小，工作效率得到大幅提升，这种控制方式在对生产工艺流程进行单独控制的同时，也可以利用信息模块与通信总线的连接，对工作流程进行有效控制，进而实现自动化控制的目的。

（二）电气自动化系统的开关量控制

PLC技术的应用省略了软继电器实物元件控制操作的步骤，这就使系统运行的安全稳定性与可靠性得到提升，开关量控制在针对辅助开关数目进行减少处理的同时，可以控制多台断路器的信号。PLC系统控制开关量的能力很强，控制的出入点数，少则十几点、几十点，多则几千，甚至上万点，因为该系统可以与互联网相连，所以控制点数不受任何外界因素的影响，无论点数多少，都能够实现有效控制。在开关量控制系统中，PLC的硬件结构是可变的，软件程序是可编的，根据具体情况，可以临时编写多套或多组不同的软件程序，然后可以则优而用，由此可见，PLC系统的开关量控制可以应用于多工况、多状态变换的工业生产场所。

（三）电气自动化系统的闭环控制

PLC技术能够有效控制泵类电机中自动启动、现场控制箱手启动、机旁手启动等多种启动方式，在机旁手启动方式中，只需要调节现场开关即可以使泵机进入到正常运转状态。如果系统在运行时出现故障导致PLC系统停止工作，此时，可以用常规的控制系统来取代PLC系统，使正常的生产作业活动不受任何影响。基于PLC技术的电气自动化控制系统主要包括三个部分，分别是电子调节部分、电液执行部分以及转速测量部分，这三部分集成一体，相互配合，保障了自动化系统能够顺利完成闭环控制过程[2]。

（四）PLC技术电力系统中的应用

井下提升系统、水处理系统、电梯运行系统的正常运转都是基于PLC技术而完成顺序控制、开关量控制以及闭环控制的工艺流程。近年来，诸多生产制造企业都将PLC控制器作为辅助系统，对生产全过程进行有效控制，对于井下输煤系统而言，主要由主站层、现场传感器以及远程IO站组成，中央集控室内设置主站层，由人机接口以及PLC系统构成，主站层借助于光纤通讯总线与IO站的远程连接，进行信号传输，而集控室多以自动化控制为主，人工操控为辅，终端操作人员只需在控制室内通过计算机显示屏对设备运行状态进行全程监控，规避了过去恶劣的工作环境，减少了人工投入成本。操作人员通过监控系统能够精准观测到系统实时运行动态信息，如果某一部位或者系统中某一零部件发生故障，系统会第一时间发出预警，操作人员接收到预警信号后，及时将故障信息反馈给维修人员，不但节省了维修时间，而且，单位时间内的生产工作效率也实现了跨越式发展。

（五）PLC技术在数控机床中的应用

在机械制造领域，数控机床是较为常用的关键性生产设备，数控机床主要包括点位、直线以及连续控制系统，过去，在应用继电器控制系统时，机床在实际生产作业中，故障频发，维修量大，而PLC技术的出现，恰恰解决了这一难题，使数控机床的自动化水平得到大幅提升，并且PLC技术已经在点位控制系统中得到普遍应用。尤其在孔加工机床当中，该技术的应用提高了零件加工的精密度，对于一些小型、微型的零配件，PLC技术的应用价值得到充分体现。目前，在工业制造领域往往采用抗干扰能力强的单板机控制系统，该系统能够有效解决传统单片机存在的硬件电路问题、驱动电路问题以及抗干扰问题。此外，PLC具有完善的自诊断功能，如果在机床运行过程中出现系统故障，操作人员能够及时在CRT上接收到报警信息，并迅速根据应急机制，排查故障原因，制订针对性的维修方案，以恢复系统的正常运行。

结束语：

PLC技术是时代进步、社会发展的重要标志，这项技术的日渐纯熟使工业制造、农业生产等领域逐步朝着自动化、智能化方向发展，在社会各个领域也发挥着越来越重要的作用，它也必将成为引领和推动国民经济飞速发展的强大技术支撑。

参考文献：

[1]姜春雨.PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用分析[J].山东工业技术，2019（12）：143.

[2]付瑞瑞.PLC 技术在电气自动化控制中的运用[J].建筑工程技术与设计，2019（7）：3496.