主頁 > 技術文章 > 淺談PLC可編程序控制器在電氣控制中應用 2022-04-14

淺談PLC可編程序控制器在電氣控制中應用

摘要：而當今我們社會正在大風向得向著機械自動化方向大步邁進。然而自動化是更先進一層的機械化，機械自動化的操作是讓機器設備和儀表全部自動按規定的要求和既定的程序進行生產工作，人類之需要確定控制的要求和工作程序，不擁有直接操（面對工作的機器去操控）作生產。而這種操作、控制是利用電信號和機械力完成的這種工作控制就叫PLC可編程序控制器。PLC可編程序控制器是機電專業中應用最多的電器控制，它是機電專業未來全面發展的方向。
目前PLC可編程序控制器在電氣控制系統與其他工業控制系統的比較，以它編程簡單、功能完善、實用性強、可靠性高、抗干擾能力強、體積小、重量輕、功耗低以及機電一體化的特點，廣泛應用于工業企業電氣控制中。本文探討了PLC的基本工作過程、PLC內部運作方式，PLC在電氣控制中的應用。
PLC可編程序控制器主要以計算機的微處理器為基礎，綜合計算機的應用技術、通訊技術以及自動控制技術而發展起來的一種通用控制器。雖然PLC可編程由較為復雜的微處理器組成，但是在實際應用過程中，完全不必了解微處理器的內部結構。最初，PLC還僅是作為繼電器接觸器控制系統的替代品，而自從進入電氣控制系統領域后，凸顯了其獨有的優越性，以其自身強大的抗干擾能力、自診斷功能等，提高了電氣控制系統的可靠性，基本解決了普通繼電器及接觸器中常見的故障問題，經過調試后可長期安全可靠地運行。本文將對PLC的特點、基本工作過程、在電氣控制中的應用等問題進行分析與闡述。
一、PLC可編程序控制器的特點：
　　1.1 體積小、重量輕：
　　超小型的PLC底部尺寸＜100mm，重量＜150g，其功耗僅為數瓦。由于其體積小，很容易裝入機械中，便于機電一體化的實現。
　　1.2 PLC可編程序控制器實用性普遍：
　　PLC可適用于各種規模的電氣控制場合，除了基本的邏輯處理功能之外，當前大多PLC具有數據運算能力，并可應用于數字控制領域中。近年來，PLC的功能日益完善，PLC的應用已經普遍到溫度控制、位置控制及CNC等多個控制領域。
　　1.3 PLC可編程序控制器抗干擾能力強：
　　由于PLC采用了現代化的大規模集成電路技術，在內部電路、生產工藝等方面均采取先進的抗干擾處理技術，具有較高的可靠性。另外，PLC還自備硬件故障自動檢測功能，一旦出現故障即可發出警報。在軟件應用中，應用者還可編入外圍器件的自診斷故障程序，讓系統中出了PLC之外的電路與設備也能獲得自我保護功能。
　　1.4 PLC可編程序控制器應用簡單、普遍：
　　PLC作為直接面向企業的工控設備，具有接口容易、編程語言易于被工程技術人員接受并理解等特點，尤其圖形符號及梯形圖語言、表達方式等與繼電器電路圖基本類似，只需通過PLC的少量開關量邏輯控制指令就能熟練實現在電氣控制中的應用。
　　1.5 PLC可編程序控制器維護與改造方便：
　　PLC通過存儲邏輯替代了接線邏輯，減少了控制設備外在的接線，極大減少了控制系統設計和建造的時間，為后期維護提供了方便，同時程序較易改變，可極快應用于生產過程的改變。 ;
二、PLC可編程序控制器的基本工作過程：
　PLC可編程序控制器及相關外圍設備的設計原則應滿足“與工業控制系統為一個整體、方便功能擴展”，所有的電氣控制系統的實現都是根據工藝要求，最終提高生產效率及產品質量。因此，在設計PLC控制系統時，應滿足被控對象的基本要求，并對實際工作現場進行研究、收集資料，并實現設計人員與操作人員的密切配合，共同擬定可操作方案，對可能潛在的問題進行共同分析、共同解決。并在滿足各方控制要求的前提下，考慮控制系統的簡單性與經濟性，方便后期的使用及維修，并確保電氣控制的安全性、穩定性。PLC在電氣控制中的基本工作過程為：
　　（1）現場信息的輸入：在系統軟件的控制下，按照順序對輸入點進行掃描，并讀取輸入點的狀態。
　　（2）程序的執行：對用戶程序中的指令按順序掃描，并根據輸入的狀態及指令進行邏輯性運算。
　　（3）控制信號的輸出：根據以上邏輯運算的結果，輸出狀態寄存器向各個輸出點同時發出相應的信號，以實現所需的邏輯控制功能。
以上過程完成后，再重新開始，并反復執行，每執行一次即完成一個掃描周期。在實際應用時，很多機械設備的工作流程可分為一系列不斷重復的順序動作，而PLC的工作程序恰與其相似，因此PLC程序能很好地與機器動作相對應，且程序的編制簡單、直觀，易于修改，減少了開發軟件的費用，并縮短軟件開發周期。
三、PLC可編程序控制器在電氣控制中的應用：
　　3.1 PLC可編程序控制器開關量邏輯的控制：
　　這是PLC控制技術中最基本、最廣泛的應用領域。替代了傳統的繼電器電路，并同時實現順序控制及邏輯控制，既適用于單臺設備的控制，也可以應用于自動化流水線中，如生產線、組合機床、磨床、鏜床和龍門刨床等。
　　3.2 PLC可編程序控制器控制模擬量：
　　在實際工業生產過程中，會出現很多連續變化的物理量，如溫度、速度、流量、液位、壓力等模擬量。這些模擬量可通過數字量之間D/A轉換和A/D轉換得以實現，確保編程器對模擬量實現處理。
　　3.3 PLC可編程序控制器集中式控制系統
　　集中式控制系統主要采用一臺功能較強大的PLC監視系統、對多個設備進行控制，已形成“中央集中式”的計算機控制體系。在該項系統中，每個設備之間的連鎖、聯絡關系以及運行順序等都由中央PLC來統一完成。可見，集中式控制系統比單機控制系統的成本低，更經濟實惠。但如果其中一個控制對象的程序需要做出改變，就要停止中央PLC的控制，同時其他控制對象也隨之停止運行。
　　3.4 PLC可編程序控制器分散控制系統
　　在分散控制系統中，每一個控制對象都需要設置一臺PLC，每臺PLC之間能通過信號的傳遞而產生內部響應、發令或連鎖等，或者可由上位機通過數據通信總線完成通信任務。分散控制系統中采取多臺機械生產線控制的方式，每條生產線之間都有數據相連接，由于每個控制對象都是由自身的PLC來控制，所以如果某臺PLC運行停止，對其他PLC不會產生影響。隨著技術的不斷進步，目前可由PLC承擔底層的控制任務，通過網絡連接，將PLC和過程控制二者結合。
　　3.5 PLC可編程序控制器運動控制
　　PLC能夠對圓周運動或者直線運動進行控制。在控制機構的配置中，過去進行的為直接應用于傳感器及執行機構中，而現在則可以采取專用的運動控制模塊。例如多軸位置的控制模塊、伺服電機其單軸、可驅動步進電機等，PLC可廣泛應用于機器人、機械、電梯、機床等多種場合。
　　3.6 PLC可編程序控制器數據處理的應用
　　PLC在數據處理過程中，具備數據傳送、數據轉換、數學運算、查表、排序及操作等功能，并完成對數據的采集、分析與處理。這些數據可以與存儲于存儲器中的數據同時具備參考價值，并完成控制操作。另外，這些數據也可以通過通信功能的實現而傳輸到智能裝置中，或者打印成表。目前數據處理多應用于大型控制系統中，如過程控制系統、柔性制造系統等。
三、結束：21世紀，PLC可編程序控制器會有更大的發展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快如有的畸形掃描速度高達0.1msk字，可處理幾十萬個開關量IO信號盒多個模擬兩IOX信號、存儲容量更大存儲器可存儲高大十幾兆字節、智能更強的品種出現；從產品規模上看，會進一步向超小型及超大型方向發展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網絡的發展情況來看，不斷增強PLC可編程控制器工業過程控制的功能，研制采用工業標準總線，使用工業控制系統中能連接不同的控制設備，增強PLC可編程序控制器的聯網通信功能，便于分散控制與集中控制的實現。大力開發智能IO模塊增強可編程控制器和其它工業控制計算機組網構成大型的控制系統是PLC可編程控制器技術的發展方向。

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