電氣控制與PLC技術的應用

劉明皓 湖北省來鳳縣高級中學

引言：PLC是可編程邏輯控制器的英文縮寫，從20世紀70年代誕生以來，一直受到人們的關注，經過幾十年的飛速發展，如今已被廣泛應用于電氣控制領域，其強大的自動控制能力，極大地提高了生產效率，促進了相關產業的快速發展。它由輸入單元、輸出單元、微處理器、存儲器和相關接口等部分組成，通過人為編程對輸入和采集的數據進行處理，來自動控制電氣設備的自動運行。

1. PLC的特點

1.1 體積小、功耗低、安裝方便

由于PLC本身由多個芯片組成，核心為微處理器，可以集成在很小一塊電路板上，功耗也相對較低，超小型的PLC底部的長寬尺寸不超過100mm，重量不超過0.15kg，所以也可以很方便的安裝到各種電氣設備中，無需專用機房，有利于機電一體化的集成。

1.2 抗干擾能力強、可靠性高

PLC電路內部有一定的抗干擾措施，外部有相應的電磁屏蔽措施，使其在抗電磁干擾和EMC方面有比較突出的優勢，再加上其較高的集成度，在可靠性方面也有較好的保證，比較適合應用在工業生產當中。

1.3 編程方便快捷

PLC具有易于編程和組合機動的特點。PLC使用的是圖形化的編程語言，其表達形式和電路圖非常相似，能讓操作人員快速學習并掌握其變成方法，且在實際操作過程中易于修改。其采用積木式結構，操作人員可通過將實現特定功能的程序組合在一起構成具有一定規模和特定功能的控制系統。

1.4 便于維護

PLC替代了很多傳統邏輯器件，通過內部編程實現軟連接，因此減少了很多系統內部的連接線，只需將其豐富的接口與外部輸入輸出設備正確連接即可，這種方式非常便于系統的檢查與維護，其互聯方式后期根據相應的需求修改起來也方便很多。

2. PLC應用中可實現的功能

2.1 開關的控制輸出

通過圖形化語言實現組合邏輯控制、條件控制、循環控制、時序控制等，從而輸出電信號來控制外部開關斷開、閉合，既可用于控制最基本的單臺設備，也可實現對復雜的多臺設備系統的有效控制，比如生產流水線、組合機床等。

2.2 模擬量的輸入輸出

現實生產運作過程中，不僅僅只存在信號的開啟與關斷，還存在很多模擬的數據，比如溫度、濕度、流速、壓力、轉速和電壓等連續變化量，這些變化量一般都通過轉化為模擬電信號來傳輸，為了實現這方面的檢測和控制，PLC還具有模擬量的輸入輸出功能，具體是由內部的A/D轉換器和D/A轉換器實現的，另外，PLC還可以通過各種運算功能來實現對數據的處理。

2.3 集中和分散控制系統

集中式控制系統就是采用一臺運算和功能較為強大的PLC集中監視和控制多個電氣設備，其整體掌控能力較強，且更為經濟實惠，但是如果其中某些設備出現問題需要停止PLC，則會影響整個系統的正常運行。相對于集中式，分散式控制系統采用更多的PLC來分散控制多個設備，其抗故障能力更強，但是成本更高，且需要多個PLC之間通過通信協調工作，某種程度上會降低工作效率，因此可將集中式和分散式控制系統相結合，針對不同的應用場景進行方案優化設計，完成相應控制過程。

2.4 開環和閉環控制

開環控制就是PLC只根據相關輸入量來得到輸出量，不會檢測輸出結果產生的影響，運行速度較快，適用于無需精確控制的場合；針對需要高精度控制的場合，還需引入閉環控制，PLC會采集相關的輸出結果的反饋信息，比如溫度、角度、速度、位置等，比較與所需目標的接近程度，從而調節控制過程中的各種參數，讓控制結果非常接近所需的目標，但是由于反饋的存在，達到穩定控制需要一定的時間。通常將開環控制和閉環控制相結合應用于不同場合。

2.5 和上位機的通信

PLC更多的應用于設備控制，其人機交互功能相對有限，因此，由上位機實現人機交互界面，PLC通過通信接口和通信程序與上位機進行信息交互，即可實現上位機對整個控制系統的監視和掌控。

3. PLC的具體應用場景

3.1 數控機床中的應用

PLC在數控機床中通過通信接口與CNC（計算機數控裝置）連接，進行機械加工過程中的相關控制，該過程需要PLC和CNC相互配合，來完成一定工序的機械加工。PLC的具體功能包括系統初始化、緊急停止、機床面板信號的處理、坐標Y、Z軸的控制定位、液壓控制、零件的夾卸過程控制、主軸的使能控制和相關情況的報警等。精確的機械加工需要PLC強大的運算控制能力，并且從算法上提高其運作精度和運行效率。

3.2 紡織機中的應用

人工紡紗的時代已經過去，現代紡織機只需根據程序參數設定通過PLC來控制即可完成紡紗任務。PLC在其中的功能包括控制電機轉速、時序和人機界面等，操作人員基本無需手動操作，只要值守了解機器運行狀況和任務進度等即可，另外，高級的PLC還可完成紗疵的檢測修復和統計工作，從而節省了原材料，降低了次品率，提高了生產效率。

3.3 立體倉庫中的應用

立體倉庫的科學管理是實現物流效率的重要因素，可通過將相關管理邏輯通過編程輸入到PLC中，讓PLC自動控制整個立體倉庫的運行，即可極大的解放人力，只需少量監測人員。其控制方式為閉環控制，控制系統中還包括出入庫輸送機、穿梭機、堆垛機等，通過將高度計算器接收到的轉數編碼反饋給PLC，PLC參照此參數控制其他設備，來實現整個系統的穩定高效的運行。

結論：PLC由于其使用方便、可靠性強、便于維護等特點，受到人們的青睞，其強大的運算速度保障了各種基礎功能的實現，已被廣泛應用于電氣自動化控制工程中，已成為現代快節奏的社會生產生活必不可少的元素。在未來，還會結合更新的技術和工藝，朝著網絡信息化、控制一體化等方向發展。