主页 > 技术文章 > 浅谈PLC可编程序控制器在电气控制中应用 2024-10-27

浅谈PLC可编程序控制器在电气控制中应用

摘要：而当今我们社会正在大风向得向着机械自动化方向大步迈进。然而自动化是更先进一层的机械化，机械自动化的操作是让机器设备和仪表全部自动按规定的要求和既定的程序进行生产工作，人类之需要确定控制的要求和工作程序，不拥有直接操（面对工作的机器去操控）作生产。而这种操作、控制是利用电信号和机械力完成的这种工作控制就叫PLC可编程序控制器。PLC可编程序控制器是机电专业中应用最多的电器控制，它是机电专业未来全面发展的方向。
目前PLC可编程序控制器在电气控制系统与其他工业控制系统的比较，以它编程简单、功能完善、实用性强、可靠性高、抗干扰能力强、体积小、重量轻、功耗低以及机电一体化的特点，广泛应用于工业企业电气控制中。本文探讨了PLC的基本工作过程、PLC内部运作方式，PLC在电气控制中的应用。
PLC可编程序控制器主要以计算机的微处理器为基础，综合计算机的应用技术、通讯技术以及自动控制技术而发展起来的一种通用控制器。虽然PLC可编程由较为复杂的微处理器组成，但是在实际应用过程中，完全不必了解微处理器的内部结构。最初，PLC还仅是作为继电器接触器控制系统的替代品，而自从进入电气控制系统领域后，凸显了其独有的优越性，以其自身强大的抗干扰能力、自诊断功能等，提高了电气控制系统的可靠性，基本解决了普通继电器及接触器中常见的故障问题，经过调试后可长期安全可靠地运行。本文将对PLC的特点、基本工作过程、在电气控制中的应用等问题进行分析与阐述。
一、PLC可编程序控制器的特点：
　　1.1 体积小、重量轻：
　　超小型的PLC底部尺寸＜100mm，重量＜150g，其功耗仅为数瓦。由于其体积小，很容易装入机械中，便于机电一体化的实现。
　　1.2 PLC可编程序控制器实用性普遍：
　　PLC可适用于各种规模的电气控制场合，除了基本的逻辑处理功能之外，当前大多PLC具有数据运算能力，并可应用于数字控制领域中。近年来，PLC的功能日益完善，PLC的应用已经普遍到温度控制、位置控制及CNC等多个控制领域。
　　1.3 PLC可编程序控制器抗干扰能力强：
　　由于PLC采用了现代化的大规模集成电路技术，在内部电路、生产工艺等方面均采取先进的抗干扰处理技术，具有较高的可靠性。另外，PLC还自备硬件故障自动检测功能，一旦出现故障即可发出警报。在软件应用中，应用者还可编入外围器件的自诊断故障程序，让系统中出了PLC之外的电路与设备也能获得自我保护功能。
　　1.4 PLC可编程序控制器应用简单、普遍：
　　PLC作为直接面向企业的工控设备，具有接口容易、编程语言易于被工程技术人员接受并理解等特点，尤其图形符号及梯形图语言、表达方式等与继电器电路图基本类似，只需通过PLC的少量开关量逻辑控制指令就能熟练实现在电气控制中的应用。
　　1.5 PLC可编程序控制器维护与改造方便：
　　PLC通过存储逻辑替代了接线逻辑，减少了控制设备外在的接线，极大减少了控制系统设计和建造的时间，为后期维护提供了方便，同时程序较易改变，可极快应用于生产过程的改变。
二、PLC可编程序控制器的基本工作过程：
　PLC可编程序控制器及相关外围设备的设计原则应满足“与工业控制系统为一个整体、方便功能扩展”，所有的电气控制系统的实现都是根据工艺要求，最终提高生产效率及产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应满足被控对象的基本要求，并对实际工作现场进行研究、收集资料，并实现设计人员与操作人员的密切配合，共同拟定可操作方案，对可能潜在的问题进行共同分析、共同解决。并在满足各方控制要求的前提下，考虑控制系统的简单性与经济性，方便后期的使用及维修，并确保电气控制的安全性、稳定性。PLC在电气控制中的基本工作过程为：
　　（1）现场信息的输入：在系统软件的控制下，按照顺序对输入点进行扫描，并读取输入点的状态。
　　（2）程序的执行：对用户程序中的指令按顺序扫描，并根据输入的状态及指令进行逻辑性运算。
　　（3）控制信号的输出：根据以上逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各个输出点同时发出相应的信号，以实现所需的逻辑控制功能。
以上过程完成后，再重新开始，并反复执行，每执行一次即完成一个扫描周期。在实际应用时，很多机械设备的工作流程可分为一系列不断重复的顺序动作，而PLC的工作程序恰与其相似，因此PLC程序能很好地与机器动作相对应，且程序的编制简单、直观，易于修改，减少了开发软件的费用，并缩短软件开发周期。
三、PLC可编程序控制器在电气控制中的应用：
　　3.1 PLC可编程序控制器开关量逻辑的控制：
　　这是PLC控制技术中最基本、最广泛的应用领域。替代了传统的继电器电路，并同时实现顺序控制及逻辑控制，既适用于单台设备的控制，也可以应用于自动化流水线中，如生产线、组合机床、磨床、镗床和龙门刨床等。
　　3.2 PLC可编程序控制器控制模拟量：
　　在实际工业生产过程中，会出现很多连续变化的物理量，如温度、速度、流量、液位、压力等模拟量。这些模拟量可通过数字量之间D/A转换和A/D转换得以实现，确保编程器对模拟量实现处理。
　　3.3 PLC可编程序控制器集中式控制系统
　　集中式控制系统主要采用一台功能较强大的PLC监视系统、对多个设备进行控制，已形成“中央集中式”的计算机控制体系。在该项系统中，每个设备之间的连锁、联络关系以及运行顺序等都由中央PLC来统一完成。可见，集中式控制系统比单机控制系统的成本低，更经济实惠。但如果其中一个控制对象的程序需要做出改变，就要停止中央PLC的控制，同时其他控制对象也随之停止运行。
　　3.4 PLC可编程序控制器分散控制系统
　　在分散控制系统中，每一个控制对象都需要设置一台PLC，每台PLC之间能通过信号的传递而产生内部响应、发令或连锁等，或者可由上位机通过数据通信总线完成通信任务。分散控制系统中采取多台机械生产线控制的方式，每条生产线之间都有数据相连接，由于每个控制对象都是由自身的PLC来控制，所以如果某台PLC运行停止，对其他PLC不会产生影响。随着技术的不断进步，目前可由PLC承担底层的控制任务，通过网络连接，将PLC和过程控制二者结合。
　　3.5 PLC可编程序控制器运动控制
　　PLC能够对圆周运动或者直线运动进行控制。在控制机构的配置中，过去进行的为直接应用于传感器及执行机构中，而现在则可以采取专用的运动控制模块。例如多轴位置的控制模块、伺服电机其单轴、可驱动步进电机等，PLC可广泛应用于机器人、机械、电梯、机床等多种场合。
　　3.6 PLC可编程序控制器数据处理的应用
　　PLC在数据处理过程中，具备数据传送、数据转换、数学运算、查表、排序及操作等功能，并完成对数据的采集、分析与处理。这些数据可以与存储于存储器中的数据同时具备参考价值，并完成控制操作。另外，这些数据也可以通过通信功能的实现而传输到智能装置中，或者打印成表。目前数据处理多应用于大型控制系统中，如过程控制系统、柔性制造系统等。
三、结束：21世纪，PLC可编程序控制器会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快如有的畸形扫描速度高达0.1msk字，可处理几十万个开关量IO信号盒多个模拟两IOX信号、存储容量更大存储器可存储高大十几兆字节、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，不断增强PLC可编程控制器工业过程控制的功能，研制采用工业标准总线，使用工业控制系统中能连接不同的控制设备，增强PLC可编程序控制器的联网通信功能，便于分散控制与集中控制的实现。大力开发智能IO模块增强可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是PLC可编程控制器技术的发展方向。

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