PLC技術在電氣工程及其自動化控制中的應用

唐飄逸

（廣州華立科技職業學院，廣州 511325）

PLC技術在電氣工程控制軟件系統中尤為關鍵，為提升系統的智能化水平提供了助力，也為相關工業生產創造了巨大的經濟價值。要了解PLC應用于電氣工程及其自動化控制過程，要了解其工作原理，熟悉其通用、可靠以及便捷的功能特性。

1.PLC技術工作原理

PLC技術在電氣自動化控制中應用的工作原理類似于計算機工作原理。工作時，PLC需要接通系統電源，然后由中央處理器進行網絡自動診斷，并處理相關的網絡數據[1]。PLC的基本組成可以簡單抽象為輸入、邏輯控制和輸出3部分，如圖1所示。

圖1 PLC的組成

1.1 PLC各部分的作用

輸入部分的作用是收集和保存，對象是實際運行時的數據信息，輸入內容可以有各種操作指令或者開關量信息等。邏輯部分的作用是處理信息，對上一部分的報取信息做出相應的反應。輸出部分是給出操作處理。

用戶程序通過編程器或其他輸入設備輸入并存放在PLC的用戶存儲器中。PLC運行時，其CPU按照規定的程序順序執行操作。規定程序一般有掃描、狀態采集或輸入數據采集、用戶程序執行、各輸出點狀態更新、編程器鍵入響應、顯示更新及CPU自檢等。PLC的掃描可以按照固定程序進行，也可按照可變的用戶程序規定順序進行。

1.2 PLC工作過程各階段分析

PLC用戶程序的工作過程，如圖2所示。從圖2可以看出，PLC工作過程簡約，主要有輸入、執行和輸出幾個階段。

圖2 PLC用戶程序的工作過程

1.2.1 輸入采樣

該階段，PLC先掃描所有輸入信息，把輸入內容存儲到映像寄存器。這時輸入內容會被刷新，程序進入到執行階段。程序執行階段是結果的輸出階段，相關操作不受外界信號影響。任其如何改變，操作都如常進行。等到第二輪輸入采樣即再次掃描時，重新輸入新內容。

1.2.2 程序執行

該階段PLC會以“先上后下，先左后右”的步驟和順序語句逐句進行掃描。當其指令涉及輸入和輸出狀態時，PLC從輸入映像寄存器中讀入對應輸入映像寄存器的當前狀態，再進行對應的運算，最后把運算結果存入元件映像寄存器。

1.2.3 輸出刷新

所有指令在此階段執行完成。元件映像寄存器中接通或者斷開輸出繼電器狀態，都將在該階段實現轉存。輸出的繼電器狀態被存入輸出鎖存器后，輸出端子和外部電源實現對外部負載的驅動。

2 PLC技術的功能特性

2.1 通用性

PLC技術的通用性在于能夠滿足不同工業環境的要求[2]，在運用過程中與其相對應的裝置設備比較齊全，即針對不同的控制對象需求可有不同的裝置配備。在PLC應用過程中，操控設備的人與機器高度配合，相應的通信設備良好應用，才能順利完成相關控制工作，使操作變得更加簡單。PLC技術的通用性使其在電氣自動化控制中的擁有較高的工作效率。

2.2 可靠性

PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，使得集成電路技術獲得了應用。PLC應用期間，它具有運行速度快、集成密度大、智能化程度高以及故障發生概率低等特性，能夠使系統工程有較強的抗干擾能力。在PLC的采樣周期中，能夠將所有的輸入信號一同讀入。在整個程序處理過程中，PLC系統能夠與外界隔絕，這是其運行可靠的根本所在。

2.3 便捷性

PLC技術能夠利用計算機進行現實模擬實驗，進而實現對相關設備的安全操作，大大縮減了工作量，提升了生產效益。此外，PLC技術能夠進行自我診斷，在一定時間段內進行故障分析和檢測，從而為相關維修提供支持，保證系統高效運行。PLC的便捷性完成了自動化控制中很多人工無法完成的任務。

3 PLC技術在電氣自動化控制中的應用

3.1 應用于順序控制

PLC的順序控制是其在生產實踐中各執行環節按照生產工藝中預先設定好的動作順序和轉換條件進行自動操作的過程[3]。PLC技術的順序控制應用廣泛，目前以現場感應和遠程控制形式為主。PLC技術以多種方式優化了控制程序，如在自動控制系統中先后加入傳感器、主站層和遠程控制，可提高控制效率。PLC技術在自動化控制中的應用廣泛，如搬運機械手的運動控制、火力發電廠中對爐渣與灰塵的自動清理以及包裝生產線的控制等。PLC也能對工人進行順序控制，保證生產有序進行，減少故障發生。隨著PLC技術在自動化領域中的應用，以及人工智能和云計算等技術的日趨成熟，電氣工程技術未來將集成這些核心科技使PLC的順序控制變得更加靈活。

3.2 應用于開關量控制

PLC技術應用于電氣工程的開關量控制時，是以可編程存儲器的形式實現對繼電器動作的控制，進而契合用戶的應用要求。相關應用中，如果采用人工控制操作會浪費人力資源，而采用PLC技術控制能優化系統功能，同時減少了人力資源的浪費。PLC既能夠應用在單臺設備控制上，又能夠應用在多臺設備的群控和生產自動化流水線上。例如，印刷機、組合機床、電鍍流水線以及注塑機等都應用了PLC技術。PLC取代傳統的繼電器電路，能夠實現順序控制和邏輯控制，從而使電氣設備的運行更加標準化。PLC技術應用于自動開關控制，可使所編輯信息符合電氣操作需求，保證電氣系統的安全可靠運行。此外，PLC技術能夠縮短繼電器響應時間，從而達到節約時間、助力生產效益增長的目的。

3.3 應用于閉環控制

閉環控制也是過程控制[4]，主要是對溫度、壓力和流量等模擬量的控制。傳統的電氣工程領域，人工方式的啟停難以保證安全性和可靠性，不利于提高生產效率。PLC技術則能起到很好的輔助作用。閉環控制在熱處理、鍋爐控制等場合都有應用，能夠與其他技術組合形成自動智能控制系統。常見的閉環控制系統有電機調速系統和平臺流量、液位、溫度及壓力等控制系統。一般閉環控制系統有單個閉環控制系統和多個閉環控制系統兩種。鑒于控制變量的比例系數之間的絕對值非常重要，在控制同步設備速度時會采用單個閉環控制系統。利用PLC技術能夠快速反映相關階段中由閉環系統控制技術呈現出的連續運行狀態，從而全面監視閉環的綜合控制系統功能。例如，恒速運行狀態中，一旦速度發生突變，那么PLC技術可以改變紅外傳感器，從而有效控制計算機模擬電流強度信號的輸出。它的輸出模塊能夠把采集的數據順利轉換為正常的電流信號，最終實現閉環控制。相關應用以及技術功能的發揮，需要操作人員具有區分普通繼電器和PLC差異的能力，了解普通繼電器和PLC的優缺點。只有這樣，才能夠在確保相關自動化控制系統安全、平穩以及流暢運行的基礎上，將傳統技術與新興技術有機融合，優勢互補，各取所長，協同發展，最終提升自動化控制水平[5]。

3.4 應用于數控系統

PLC技術為企業的自動化系統發展提供了新思路。它具有的智能化特點，不但能夠進行數據采集、數學運算和數據轉換等一系列數控操作，還能對數據進行更進一步的分析處理，因此受到了數控領域的青睞[6]。PLC技術具有抗干擾能力強、運行穩定可靠以及操作便捷的特點，能夠實現數控系統的遠程監測、自動控制以及故障診斷等功能。近年來，PLC技術采用新型組態架構，集成系統結構與功能，突破了設備本身限制，實現了開放式編程。這樣用戶既能夠對PLC設備實施編程，又能夠依托網絡實施自動編程，開發個性化功能，同時拓展了PLC的應用范圍。例如，在機電工程和智能自動化控制建設中，機電自動化的核心環節是進一步加強數據處理。PLC核心技術經過進一步編程后，能有效篩選最終數據信息的內容，使掃描設備可以快速獲取其他信息，并與程序的基本操作緊密結合，實現對各種數據的高效處理。應用PLC技術簡化電氣系統功能控制操作的同時，能夠確保自動監聽口令的有效運行，使得獲得的數據信息具備極高的安全性和準確性。目前，相關應用還有進步的空間。例如，數控系統中存在一定的電磁干擾，即便采用了屏蔽、調頻技術，也難以全面消除，會在一定程度上干擾PLC的功能發揮，造成數據計算錯誤、系統混亂以及操作誤差等。未來，PLC技術需在抗干擾性能方面不斷加深研究，探索如何強化屏蔽效果，提升對數控系統的控制能力。

4 結語

在PLC技術的應用和發展過程中，應該適應時代發展，大力開展電氣自動化控制技術在日常工作、生產和生活中的應用。在電氣自動化控制中應用PLC，為相關生產創造了極高的經濟價值。此外，它在順序控制、開關量控制、閉環控制以及數控系統控制中的應用，極大提升了工作效率。