基于PLC技術的電氣工程自動化控制分析

摘要：PLC技術的價值比較高，有著高可靠性、強擴展性以及易編程性的特點，此外還有通信功能突出的優勢。目前，PLC技術已經成為電氣工程自動化領域的核心技術，在運動控制、開關量邏輯控制以及數據處理通信等多個領域被廣泛使用。尤其是隨著技術發展，其在智能化、標準化方面還在不斷進步，未來應用前景十分可觀。基于此，本文圍繞PLC技術特點以及應用進行分析，進一步剖析其未來的發展趨勢。

關鍵詞：PLC技術；電氣工程；自動化控制；應用分析

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.03.016

中圖分類號：TP 273 " " " " "文獻標志碼：A " " " " " "文章編碼：1672-7274（2025）03-00-03

Analysis of Electrical Engineering Automation Control Based on PLC Technology

CUI Huan

（China Communications Second Highway Engineering Bureau Railway Construction Co.， Ltd.， Xi'an 710000， China）

Abstract： The value of PLC technology is relatively high， with the characteristics of high reliability， strong scalability， and ease of programming. In addition， it has the advantage of outstanding communication functions. At present， PLC technology has become the core technology in the field of electrical engineering automation， widely used in various fields such as motion control， switch logic control， and data processing communication. Especially with the development of technology， it is constantly improving in terms of intelligence and standardization， and its future application prospects are very promising. Based on this， this article analyzes the characteristics and applications of PLC technology， and further explores its future development trends.

Keywords： PLC technology; electrical engineering; automated control; application analysis

1 " PLC技術概述

1.1 原理

PLC技術的核心原理是數字運算操作系統，以可編程存儲器為依托實現邏輯運算的存儲與執行，發布各類指令，如順序控制、定時以及計數等。在經過一系列的微處理之后，輸出實際的指令給機器，控制其生產與運行過程[1]。

1.2 工作形式

在工作模式下，PLC技術通過微處理器存儲器和輸入、輸出端口來實現大型機器的自動化運轉[2]。正常情況下，應用PLC技術可以進行前端編程修改，以調整后端狀態。在實際應用過程中，應用PLC技術可以邏輯化分析輸入信號，生成特定的信號輸出至對應端口，向對應的控制機器發送指令，實現遠程操作與控制。

2 " PLC技術的特點

2.1 高可靠性

PLC技術的重點為抗干擾能力，這樣一來，其容錯能力、冗余備份功能就會愈發凸顯，如果獨立模塊發生了故障，系統就能夠快速響應切換到備用模塊，從而確保系統的穩定、有序運行，不會因獨立模塊故障導致停運。最重要的是，模塊化設計在維護、升級等方面更為便利，有利于管理。此外，關于抗干擾能力的設計，在PLC中部署了軟件、硬件等多項措施，對工業生產中的振動沖擊、電磁干擾、高溫潮濕等因素都可以有效應對。正因如此，PLC技術依托高可靠性的優勢，滿足了眾多關鍵行業的要求，在石油化工、冶金、軌道交通等領域被廣泛應用[3]。

2.2 強擴展性

PLC技術和其他工業控制系統最大的區別就在于擴展性方面，其模塊化設計理念可以確保在控制需求變化或發生故障時，只需增補/替換單個模塊即可，不會影響其他系統組成部分，也無須替換系統，可以減少停機所造成的損失，節省運行成本。比如，如果監控對象增加，只需增加相應的輸入/輸出模塊；如果有遠程監控的功能需求，可以增加通信模塊，將其與上位機連接即可。之后，隨著技術的進步，想要提高自動化程度，也只需要升級性能更高的CPU模塊……除此之外，PLC軟件的擴展性能也是比較突出的，其可以以添加功能庫、指令集等的方式，更新或增加控制功能，適應新的需求或應用場景，延長系統使用壽命，確保系統在不斷更新迭代的工業化領域持續發揮作用[4]。

2.3 易編程

在PLC技術體系中，易編程的特點是最受歡迎的，也是PLC技術之所以被廣泛應用的一大重要因素[5]。相較于傳統的控制系統，PLC技術的編程語言在結構化方面表現更加突出，具有直觀、簡單的優勢，編程門檻較低，對編程人員的要求較低，可確保編程人員快速掌握相關技能，進而將其應用到具體的工作實踐當中，實現對機器、設備的邏輯控制。PLC技術還有一個優點，就是可復用性與可維護性。PLC程序用的是模塊化設計理念，每個模塊相互獨立，只負責特定的功能，可相互調用、復用。若生產線需要調整，只需單獨更改即可，無須重新編寫程序，效率與效益均有更大保障。

3 " PLC技術在電氣工程及其自動化控制

中的具體應用研究

3.1 開關量邏輯控制

開關量邏輯控制是PLC技術眾多應用場景中最基礎的一個，應用時間也最早。在過去，工業控制系統往往需要依賴于繼電器、開關、線纜等實現開關量邏輯控制，存在體積龐大、布線煩瑣的不足，可靠性、靈活性等都有待改善[6]。而應用PLC技術，通過編程方式，以軟件為切入點和突破口，可以實現一些復雜功能控制，包括計數器、觸發器、邏輯門等，對多個開關量輸入、輸出點之間的邏輯關系進行控制。對比起來，PLC控制的優勢更為明顯，尤其是程序邏輯靈活可變的優點，控制策略調整僅僅需要修改代碼即可，非常便捷。另外，PLC控制模塊化設計在擴展與維護方面有著突出優勢，可根據需求變化隨時調整，滿足多變與更新需求。目前，現代化工廠中PLC控制的應用十分廣泛，其高可靠性、響應速度快等優勢，都使得開關量邏輯控制更精準，從而實現了生產水平、效率的大大提升。

3.2 運動控制

在機器人、機床等設備控制技術中，應用PLC技術的運動控制是重要組成部分。借助于PLC的高速計數和位置控制模塊，精準控制設備的運動軌跡、速度計算等，從而滿足運動控制方面的一些精準、復雜的需求[7]。正因如此，其在機器人應用方面尤為突出。具體解析其技術內核，高速計數模塊能夠對編碼器的脈沖信號進行采集，精確獲取設備的位置、速度信息，之后再依托位置控制模塊，對運動軌跡進行預設和規劃，在短時間內快速生成脈沖指令，驅動電機或者步進電機。目前，機器人領域的PLC技術應用研究十分深入，關節運動可依賴運動控制模塊實現靈活協調活動。機床應用領域與之不同，主要依靠PLC技術實現對運動軸的控制，確保其加工精度與速度。

3.3 過程控制

在工業生產中，需要利用自動化監控技術實現對壓力、溫度、流量等模擬量的控制，這些模擬量具有連續性的特點，只有強化控制，才能使各項生產工藝參數穩定在最佳狀態，實現節能降耗、提高效益的目的。目前，PLC技術在工業領域的應用可在該環節中發揮關鍵作用，在模擬量輸入/輸出模塊的輔助下，能夠對模擬量的相關數據進行實時采集，再通過數字化處理，依托預設控制算法、程序邏輯輸出指令，精確調節生產環節，包括溫度、壓力、流量等數據，實現閉環控制。從具體的應用中可發現，這種自動化控制技術是以實時數據的反饋為基礎的，充分發揮其在保障生產穩定性、連續性方面的優勢，并能兼顧精度、質量[8]。此外，該項技術還有一個優點，就是與近年來工業領域的節能減排、碳中和等要求非常契合，可在參數優化方面發揮作用，適配具體工藝要求以達到減少浪費、提高效率、降低能耗的目標。

3.4 數據處理與通信

在工業控制系統中，數據處理與通信是核心，將PLC技術引入，能夠實時對現場設備的數據進行控制與處理，發揮通信功能，借助模擬量輸入/輸出模塊和通信接口，實現對生產現場各種數據（溫度、壓力、流量等）的快速采集和預處理，形成對應編碼。之后，PLC內部的中央處理單元將對這些數據編碼進行分析、計算，篩選出有價值的信息，并將其輸出給現場操作者或者管理層，以幫助他們進行設備操作，做出相應決策。現階段，PLC還支持個性化需求制定，對有效數據進行存儲、管理，構建生產大數據資源庫，各項維護、管理、升級等工作都可以據此展開。與此同時，PLC還會配備各種工業通信接口，支持與上位機、其他PLC系統等的數據交互，并且能夠與遠程設備建立連接，實現設備的遠程控制，幫助管理者進行集中監控，進一步進行管理優化。

4 " PLC技術在電氣自動化控制中的優化

應用策略探究

4.1 優化操作環境

從目前的發展情況來看，PLC技術還在不斷升級與完善中，功能也會越來越豐富。最主要的是，PLC技術為了適應各行各業的應用需求，還會在個性化、多樣化方面進行迭代。比如，目前PLC技術在智能化、標準化方面發展趨勢比較明顯，人工智能技術為PLC技術帶來了新的契機，其必須要向智能化的方向進化，融合AI算法和模型，提高決策能力。在標準化方面，PLC技術也在不斷實現統一的技術規范、接口標準等[9]。因此，PLC技術的應用對于實際的操作環境要求也會越來越高。

作為需要緊密結合實際電氣工程作業流程的技術，相關設計和生產人員都需要關注PLC技術的應用環境。比如，要確保溫度在0～55℃之間，空氣相對濕度小于85%，不可超出，保證其絕緣性能。在安裝PLC時不可距離發熱量大的元件過近，要預留充足的散熱空間。還有，PLC要遠離強烈的震動源，10～55 Hz的頻繁或連續振動會對其造成較大影響。若環境條件不理想，可采用減震膠等，確保減震措施有效。如果操作環境中粉塵、腐蝕性氣體較多，應將PLC安裝在主控制室/柜中，保證其封閉性，以免影響PLC性能。需要重點關注的是，PLC雖然可以應對電源線帶來的干擾，但若生產環境中電源干擾比較嚴重或者可靠性要求較高，可安裝帶屏蔽層的隔離變壓器以達到更佳的抗干擾效果。

4.2 優化網絡通信體系

在電氣自動化控制系統中應用PLC技術，軟件網絡的作用是非常關鍵的，是保障PLC技術運行的基礎條件。實際應用中，工作人員需要借助網絡來進行技術溝通、交互生產環節。傳統的網絡通信存在一定局限性，隨著設備和傳感器數量的增加，傳統網絡可能無法提供足夠的帶寬，導致數據傳輸延遲和丟包，或者因為網絡通信延遲可能影響系統的快速響應，降低整體控制效果。因此，想要實現技術的進步、提高應用效益，必須對網絡通信體系進行優化，PLC技術不失為一種有效的技術手段。

目前，PLC技術在系統互聯方面越來越成熟，可改變孤立運行的獨立系統模式，構建工業物聯網絡，通過各種有線或無線通信協議，實現和其他的智能設備、系統等的實時交互和無縫連接，增強系統的用戶交互和數據交換能力，并根據需要進行編程和調整，靈活適應不同的自動化需求。隨著技術的進步，PLC技術還可以與云計算平臺進一步整合，將生產的各項數據上傳到云端，實現遠程監控和數據分析，實時監測和控制整個生產過程，提高系統的監控能力，及時響應各種異常情況，進而優化生產流程和決策。

4.3 提高適應性能

PLC技術的模塊化設計以及抗干擾能力強等優勢，使其能夠有效應對惡劣的工業生產環境，解決工業生產控制的瓶頸問題。最為突出的是，PLC技術易編程、強擴展性等的特點，讓其可以支撐多種編程語言和通信協議使用戶程序設計、系統集成等也更為便利，工業生產因此得到極大的發展[10]。

工業生產領域在不斷進步變革，在PLC技術的應用過程中也應結合信息化領域的技術進步與創新，順應相關技術迭代與代碼革新的趨勢，對原有技術體系及應用過程中的問題或者漏洞進行相應的改進。比如，PLC技術在復雜系統環境下的抗干擾能力提高就是一個值得研究的方向，可以選擇具備更多輸入輸出（I/O）通道、高速處理能力和擴展性的PLC，以適應復雜的系統要求。采用模塊化分布式控制設計，使系統具有更好的靈活性和可擴展性，降低因某個模塊故障導致的整個系統失效風險。

5 " 結束語

總的來說，現代技術的發展，推動了工業的進步，PLC技術因其靈活性、可靠性和適應性，在復雜的工業自動化環境中占據了重要地位。但由于技術的特殊性，其在應用時必須要遵循一定的原則，其一是要因地制宜選擇設計形式，其二是質量原則與經濟效益原則，最后是持續創新改進原則。唯有做到這三點，才能確保PLC技術應用的有效性，發揮出PLC技術的最大價值，提升生產效率，為實現智能制造和可持續發展提供強有力的支持。

參考文獻

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