主頁 > 技術文章 > 試論可編程序控制器(PLC)在電氣控制中應用 2024-10-16

試論可編程序控制器(PLC)在電氣控制中應用

摘要：隨著計算機技術、微電子技術以及數(shù)字化通信技術的飛快發(fā)展，PLC可編程序控制器產品結合類計算機產業(yè)中最先進的技術手段以及電氣自動化控制的重要理論，在其性能指標及功能上進一步完善并豐富，打破了傳統(tǒng)的PLC概念，在電氣控制領域的發(fā)展范圍越來越大。
　　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(fā)展起來的一種通用控制器。雖然PLC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(tǒng)的替代品，而自從進入電氣控制系統(tǒng)領域后，凸顯了其獨有的優(yōu)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(tǒng)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。
1、可編程序控制器（PLC）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(shù)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(xiàn)。
　　1.2 實用性普遍
　　PLC可適用于各種規(guī)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(shù)據(jù)運算能力，并可應用于數(shù)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 抗干擾能力強
　　由于PLC采用了現(xiàn)代化的大規(guī)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(xiàn)故障即可發(fā)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(tǒng)中出了PLC之外的電路與設備也能獲得自我保護功能。
　　1.4 應用簡單、普遍
　　PLC作為直接面向企業(yè)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(xiàn)在電氣控制中的應用。
　　1.5 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(tǒng)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。
2、PLC可編程序控制的基本工作過程
　　PLC及相關外圍設備的設計原則應滿足“與工業(yè)控制系統(tǒng)為一個整體、方便功能擴展”，所有的電氣控制系統(tǒng)的實現(xiàn)都是根據(jù)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(tǒng)時，應滿足被控對象的基本要求，并對實際工作現(xiàn)場進行研究、收集資料，并實現(xiàn)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(tǒng)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(wěn)定性。PLC在電氣控制中的基本工作過程為：
　　（1）現(xiàn)場信息的輸入：在系統(tǒng)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(tài)。
　�。�2）程序的執(zhí)行：對用戶程序中的指令按順序掃描，并根據(jù)輸入的狀態(tài)及指令進行邏輯性運算。
　�。�3）控制信號的輸出：根據(jù)以上邏輯運算的結果，輸出狀態(tài)寄存器向各個輸出點同時發(fā)出相應的信號，以實現(xiàn)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(zhí)行，每執(zhí)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(fā)軟件的費用，并縮短軟件開發(fā)周期。
3、PLC可編程序控制器在電氣控制中的應用
　　3.1 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(tǒng)的繼電器電路，并同時實現(xiàn)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 控制模擬量
　　在實際工業(yè)生產過程中，會出現(xiàn)很多連續(xù)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(shù)字量之間D/A轉換和A/D轉換得以實現(xiàn)，確保編程器對模擬量實現(xiàn)處理。
　　3.3 集中式控制系統(tǒng)
　　集中式控制系統(tǒng)主要采用一臺功能較強大的PLC監(jiān)視系統(tǒng)、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(tǒng)中，每個設備之間的連鎖、聯(lián)絡關系以及運行順序等都由中央PLC來統(tǒng)一完成�？梢�，集中式控制系統(tǒng)比單機控制系統(tǒng)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 分散控制系統(tǒng)
　　在分散控制系統(tǒng)中，每一個控制對象都需要設置一臺PLC，每臺PLC可編程之間能通過信號的傳遞而產生內部響應、發(fā)令或連鎖等，或者可由上位機通過數(shù)據(jù)通信總線完成通信任務。分散控制系統(tǒng)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(shù)據(jù)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 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(zhí)行機構中，而現(xiàn)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 數(shù)據(jù)處理的應用
　　PLC在數(shù)據(jù)處理過程中，具備數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、數(shù)學運算、查表、排序及操作等功能，并完成對數(shù)據(jù)的采集、分析與處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲于存儲器中的數(shù)據(jù)同時具備參考價值，并完成控制操作。另外，這些數(shù)據(jù)也可以通過通信功能的實現(xiàn)而傳輸?shù)街悄苎b置中，或者打印成表。目前數(shù)據(jù)處理多應用于大型控制系統(tǒng)中，如過程控制系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)等。
由上可見，在指定范圍內，可編程序控制器以其高性能價格取勝，并憑借其適應性強、可靠性高、使用方便等突出特點在自動化控制領域廣泛應用。再加上PLC制造成本的不斷下降、功能的不斷加強，已成為工業(yè)企業(yè)的首選設備。

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