主頁 > 技術文章 > 淺談PLC可編程序控制器在電氣控制中應用 2024-10-27

淺談PLC可編程序控制器在電氣控制中應用

摘要：而當今我們社會正在大風向得向著機械自動化方向大步邁進。然而自動化是更先進一層的機械化，機械自動化的操作是讓機器設備和儀表全部自動按規(guī)定的要求和既定的程序進行生產(chǎn)工作，人類之需要確定控制的要求和工作程序，不擁有直接操（面對工作的機器去操控）作生產(chǎn)。而這種操作、控制是利用電信號和機械力完成的這種工作控制就叫PLC可編程序控制器。PLC可編程序控制器是機電專業(yè)中應用最多的電器控制，它是機電專業(yè)未來全面發(fā)展的方向。
目前PLC可編程序控制器在電氣控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較，以它編程簡單、功能完善、實用性強、可靠性高、抗干擾能力強、體積小、重量輕、功耗低以及機電一體化的特點，廣泛應用于工業(yè)企業(yè)電氣控制中。本文探討了PLC的基本工作過程、PLC內(nèi)部運作方式，PLC在電氣控制中的應用。
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可編程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(nèi)部結(jié)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(jīng)過調(diào)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。
一、PLC可編程序控制器的特點：
　　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 PLC可編程序控制器實用性普遍：
　　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(jīng)普遍到溫度控制、位置控制及CNC等多個控制領域。
　　1.3 PLC可編程序控制器抗干擾能力強：
　　由于PLC采用了現(xiàn)代化的大規(guī)模集成電路技術，在內(nèi)部電路、生產(chǎn)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 PLC可編程序控制器應用簡單、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 PLC可編程序控制器維護與改造方便：
　　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(chǎn)過程的改變。
二、PLC可編程序控制器的基本工作過程：
　PLC可編程序控制器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(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)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(jīng)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?qū)︔斎朦c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(jié)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。
三、PLC可編程序控制器在電氣控制中的應用：
　　3.1 PLC可編程序控制器開關量邏輯的控制：
　　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(chǎn)線、組合機床、磨床、鏜床和龍門刨床等。
　　3.2 PLC可編程序控制器控制模擬量：
　　在實際工業(yè)生產(chǎn)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(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換得以實現(xiàn)，確保編程器對模擬量實現(xiàn)處理。
　　3.3 PLC可編程序控制器集中式控制系統(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(jīng)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 PLC可編程序控制器分散控制系統(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之間能通過信號的傳遞而產(chǎn)生內(nèi)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(chǎn)線控制的方式，每條生產(chǎn)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(chǎn)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(wǎng)絡連接，將PLC和過程控制二者結(jié)合。
　　3.5 PLC可編程序控制器運動控制
　　PLC能夠?qū)A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(qū)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 PLC可編程序控制器數(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(zhuǎn)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。
三、結(jié)束：21世紀，PLC可編程序控制器會有更大的發(fā)展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快如有的畸形掃描速度高達0.1msk字，可處理幾十萬個開關量IO信號盒多個模擬兩IOX信號、存儲容量更大存儲器可存儲高大十幾兆字節(jié)、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡的發(fā)展情況來看，不斷增強PLC可編程控制器工業(yè)過程控制的功能，研制采用工業(yè)標準總線，使用工業(yè)控制系統(tǒng)中能連接不同的控制設備，增強PLC可編程序控制器的聯(lián)網(wǎng)通信功能，便于分散控制與集中控制的實現(xiàn)。大力開發(fā)智能IO模塊增強可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構成大型的控制系統(tǒng)是PLC可編程控制器技術的發(fā)展方向。

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