论文部分内容阅读
摘要：随着现代科技迅猛的发展进程，可编程控制器应用技术也日趋成熟，可编程逻辑控制器又名PLC，它是一种用数字操作的电子应用程序，基于PLC在控制系统中无与伦比的优势，因此在日常生活中被越来越多的人们运用，已经成为工业自动化不可缺少的设备。在面对传统的设备普遍电气控制方式在实际控制应用中的局限性问题中，现今的电气控制系统的设计工程技术人员，更倾向于选用PLC而不是接触器控制。目前，这种技术已经慢慢的普及在电气自动化的工作环境中。
中国关键词：可编程控制器（PLC）； 自动化； 电气控制； 应用
中图分类号：TM571文献标识码： A
随着现代科学技术快速发展以及自动化控制技术的日益成熟，基于可编程控制器（PLC）系统在工业自动化控制中的地位越来越重要，甚至在我们日常生活中也不断被应用。传统的电气控制已经不能满足实际中工业自动化的要求，它暴露的诸多缺陷促使PLC自动化电气控制在工业领域大展身手。
一、 PLC自动化电气控制的特点
PLC从本质上讲是一种专门用在工业上的计算机，硬件部分的构成与普通微型计算机类似，由电源、CPU、存储器、输入输出接口电路、各功能模块以及通信模块等部分组成。而基于PLC构成的自动化电气控制系统拥有许多特点，如應用简单、容易维护和改造、具有大型和小型化的结构以及抗干扰能力强等。
1. PLC自动化电气控制应用简单、实用型强。由于PLC编程所使用的梯形图形状、语言符号和表达方式等与继电器控制的电路图有很多相同之处，所以PLC自动化电气控制的接口非常简单而且容易辨别。操作人员在实际中使用PLC进行自动化电气控制时能够很容易理解并接受，并且能够很快上手，他们只需要稍微了解下PLC的操作指令及其逻辑控制方法等内容，就能够编写出一定功能的梯形图，并经过一定的实践，能够掌握PLC的使用。由于PLC这种简单实用性，它已经广泛用于各种需要自动化电气控制的场所中，并且不断地向其他行业渗透。
2. PLC自动化电气控制维护和改造十分简单方便。PLC自动化电气控制使用的是先进的存储逻辑控制技术，而不是传统的接线逻辑技术，这样不仅节省或减少了设备的外在接线，压缩了物理空间，还极大地减少了设计和建造控制系统的时间，还能为后期维护提供了很大方便。PLC自动化电气控制编写的程序能根据实际需要的不同而进行更改，十分方便快捷。PLC自动化电气控制系统还能适应于各种不同的工作环境，即使在恶劣的环境中也能正常工作，并且保持良好的性能。机器一旦出现故障，指示灯会给出提示，操作人员可以根据模块上运行的监控设备或指示灯的位置做出相应的维护，这样可以减少查找故障的时间，保障设备能处于正常的工作状态。
3. PLC自动化电气控制具有很强的抗干扰能力。PLC自动化电气控制使用的是具有抗干扰能力的大规模集成电路，而且其电路设计和加工工艺上均使用了抗干扰技术，再加上自动检测报警装置的配置使得PLC的硬件部分能抵抗外界的绝大部分干扰。这种远优于传统继电器的抗干扰能力的PLC自动化电气控制系统能够在复杂多变的电气控制或工业制造的工况中大展手脚。此外，设计者可以再编写过程中根据实际情况的需要，写入一些自动诊断程序，使得PLC本系统之外的其他设备和电路也能够抵抗外界的干扰，达到自我保护的目的。
4. 大型化和小型化。PLC自动化电气控制的发展具有两种不同的趋势，大型化和小型化，这主要是因为在实际的应用过程中，对系统功能的要求有所区别。在某些大型工业区需要复杂的控制，这不得不在客观上增加了PLC的结构的复杂程度，而有些地方只需要简单控制，可以适当使用小型PLC。一般来说，小型PLC消耗的能量较少、体积小、质量轻，而且安装方便，因此被广泛应用于各行业中。大型PLC运行速度快、容量大而且具有很多的功能，所以被用于大型企业的规模化生产。
二、 PLC自动化电气控制的运行
PLC自动化电气控制的运行是以计算机的微处理器为基础，融合了通信技术和自动控制技术等内容，其工作过程包含下列几个方面。
1. 信息的收集和输入：PLC的指令程序编写好以后，控制系统根据指令对所涉及的输入区域进行实时扫描，判断其运行状态，与指令所要求的状态相比较。
2. 执行：当PLC的程序编写好以后，系统会按照一定的规则对整个系统进行实时扫描，将扫描得到的各部分运行状态与指令状态相比较，符合指令要求的就按照指令执行相应的程序，使得系统能够实时分析并进行逻辑性运算。
3. 响应：系统根据执行程序的分析结果以及逻辑运算后所得到的结果使得各输出设备做出相应的动作。一般来说，结果先要输出到系统控制主机，然后由主机向输出设备发出指令，从而使其动作。
当系统完成了上述过程以后，系统会不断重复刷新，并且在实时扫描的情况下不断发现新的运行状态，使得系统重新开始运行上述过程并不断反复，使得系统处于周期运行的工作状态。这种运行模式刚好满足大部分工业设备不断重复操作的需求，所以PLC能够与这种设备进行良好的协作运行。而且由于PLC程序编写简单、容易上手、表达直观易懂、方便修改，所以是大部分工业设备控制的首要选择。
三、 基于PLC自动化电气控制的应用
1. 基于PLC的开关量控制。基于PLC的开关量控制是PLC自动化电气控制中使用最广泛的一种，而且这种控制方式也是PLC最基本的控制方式。由于PLC拥有的开关量控制不仅能实现逻辑的控制还能实现系统的顺序控制，使得它逐渐淘汰了传统的电磁继电器控制电路。而且，开关量控制既可以用于某一台机器设备上，也可以用于多台设备组成的流水线中。
2. 基于PLC的模拟控制量。在实际工程中会有多种物理或化学量，例如湿度、浓度、温度、速度、压力等，有时这些量并不是固定不变的，而是随着时间的变化而变化。使用PLC自动化电气控制就需要将这些量进行模拟后，用A/D和D/A转换将其与数字量相互转化，从而将它们实时记录和跟踪，已达到实时监测和分析的目的。
3. 基于PLC的集中式控制设计。这种控制方式主要依靠一台功能强大的监视系统，它能够将许多设备的“中央集中式”计算机放在一起同时自动监控。在这种系统中，中央PLC同一配置各设备的运行状态、它们之间的联系以及相互之间的监控关系等。这种控制设计的主要优点是方便易用，成本更低，然而它也有一些缺点，比如当某一个控制对象的程序存在问题时，中央PLC必须停止控制，那么其他所有设备就不能够正常工作。所以这种系统一旦某一点出现问题，整个系统必然瘫痪，从而会影响系统的工作效率。
4. 基于PLC的分散控制系统。在基于PLC的分散控制系统中，每个设备都有一台PLC控制。在实际工程中，这种分散控制系统一般用于生产流水线中（它们通常由许多设备连在一起进行生产）。每个设备只受自己对应的PLC控制，所以这种控制方式不会产生一台设备出现问题而整个系统瘫痪的现象。但是这种方式必然会带来成本的上升。
5. 运动控制中PLC自动化的应用。PLC不仅能够控制直线运动，还能控制圆周运动，所以它常用于电梯、机械设备、机床等中。这种运动控制的方式是：系统对专门的运动控制模块（例如伺服电机与其单轴和多轴位置控制模块）进行配置并对其控制，然后对传感器和执行指令进行自动化控制。
6. 基于PLC自动化控制实现数据处理。PLC具有多种数据处理功能，包括传送、数学运算、转换以及统计等等。它能够对系统中的数据进行归类采集并进行分析做出相应处理，然后控制系统中相关设备执行相应的指令。
四、 基于PLC自动化电气控制中所存在的问题
PLC自动化电气控制中通常可能存在两个问题：一是控制出现问题，造成现场信号无法传送给PLC自动控制系统，二是动作执行出错，设备无法执行相应的指令。前者出现的原因可能是：线路老化、拉扯以及动物的破坏或人的不经意破坏等使得线路断开或短路，使得PLC控制系统不能完成对数据的提取、加载与转换或者使设备不能接受PLC的控制指令；电动阀或电磁阀等设备没有彻底的关闭或者打开，使得通讯过程中发生故障，PLC不能够正常接受全部信息或者接收到的信息有错误；触点或接线的接触出现问题（常见的是接线不牢靠，触点出现松动或损坏），导致机械开关、变送器等工作不正常，无法实现数据的采集、传递和处理等。后者产生的原因可能有：外界较强的电磁干扰或负载的接触器出现故障，使得PLC发出的执行指令不能被设备完整地接受，设备不能按照预期动作；机械开关、电动阀等出现问题，使得负载不能正常工作。
针对上述可能出现的问题，设计者或使用者应该需要不断加强控制系统中输入信号的可靠性，首先要保证各零件（特别是开关、触点、电动阀等动作十分频繁的零件）的可靠性以及耐用性，然后对各功能模块不定时改进和更新。此外，还应不断完善预警系统，使其安全可靠，更加智能化、人性化的预警系统具有设计直观的控制面板指示灯，使得操作人员能够迅速对故障做出反应。
五、结束语
随着人们对工业生产效率及收益的要求越来越高，PLC自动化电气控制在企业中的应用越来越广泛。PLC控制系统也不断向标准化、智能化以及高速化的方向发展，使得PLC系统的功能越来越完善，操作方便简单，而且可靠性也会越来越高。
参考文献
[1]冯马才.对PLC自动控制系统的可靠性问题与其设计方案的探究[J].科协论坛，2011（11）：57-58.
[2]张征富.浅析可编程序控制器（PLC）在电气控制中的应用[J].内蒙古石油化，2012（10）：19-20.
[3]陈金洪.提高PLC自动控制系统可靠性[J].宁夏工程技术，2002，1（2）：188-190.
中国关键词：可编程控制器（PLC）； 自动化； 电气控制； 应用
中图分类号：TM571文献标识码： A
随着现代科学技术快速发展以及自动化控制技术的日益成熟，基于可编程控制器（PLC）系统在工业自动化控制中的地位越来越重要，甚至在我们日常生活中也不断被应用。传统的电气控制已经不能满足实际中工业自动化的要求，它暴露的诸多缺陷促使PLC自动化电气控制在工业领域大展身手。
一、 PLC自动化电气控制的特点
PLC从本质上讲是一种专门用在工业上的计算机，硬件部分的构成与普通微型计算机类似，由电源、CPU、存储器、输入输出接口电路、各功能模块以及通信模块等部分组成。而基于PLC构成的自动化电气控制系统拥有许多特点，如應用简单、容易维护和改造、具有大型和小型化的结构以及抗干扰能力强等。
1. PLC自动化电气控制应用简单、实用型强。由于PLC编程所使用的梯形图形状、语言符号和表达方式等与继电器控制的电路图有很多相同之处，所以PLC自动化电气控制的接口非常简单而且容易辨别。操作人员在实际中使用PLC进行自动化电气控制时能够很容易理解并接受，并且能够很快上手，他们只需要稍微了解下PLC的操作指令及其逻辑控制方法等内容，就能够编写出一定功能的梯形图，并经过一定的实践，能够掌握PLC的使用。由于PLC这种简单实用性，它已经广泛用于各种需要自动化电气控制的场所中，并且不断地向其他行业渗透。
2. PLC自动化电气控制维护和改造十分简单方便。PLC自动化电气控制使用的是先进的存储逻辑控制技术，而不是传统的接线逻辑技术，这样不仅节省或减少了设备的外在接线，压缩了物理空间，还极大地减少了设计和建造控制系统的时间，还能为后期维护提供了很大方便。PLC自动化电气控制编写的程序能根据实际需要的不同而进行更改，十分方便快捷。PLC自动化电气控制系统还能适应于各种不同的工作环境，即使在恶劣的环境中也能正常工作，并且保持良好的性能。机器一旦出现故障，指示灯会给出提示，操作人员可以根据模块上运行的监控设备或指示灯的位置做出相应的维护，这样可以减少查找故障的时间，保障设备能处于正常的工作状态。
3. PLC自动化电气控制具有很强的抗干扰能力。PLC自动化电气控制使用的是具有抗干扰能力的大规模集成电路，而且其电路设计和加工工艺上均使用了抗干扰技术，再加上自动检测报警装置的配置使得PLC的硬件部分能抵抗外界的绝大部分干扰。这种远优于传统继电器的抗干扰能力的PLC自动化电气控制系统能够在复杂多变的电气控制或工业制造的工况中大展手脚。此外，设计者可以再编写过程中根据实际情况的需要，写入一些自动诊断程序，使得PLC本系统之外的其他设备和电路也能够抵抗外界的干扰，达到自我保护的目的。
4. 大型化和小型化。PLC自动化电气控制的发展具有两种不同的趋势，大型化和小型化，这主要是因为在实际的应用过程中，对系统功能的要求有所区别。在某些大型工业区需要复杂的控制，这不得不在客观上增加了PLC的结构的复杂程度，而有些地方只需要简单控制，可以适当使用小型PLC。一般来说，小型PLC消耗的能量较少、体积小、质量轻，而且安装方便，因此被广泛应用于各行业中。大型PLC运行速度快、容量大而且具有很多的功能，所以被用于大型企业的规模化生产。
二、 PLC自动化电气控制的运行
PLC自动化电气控制的运行是以计算机的微处理器为基础，融合了通信技术和自动控制技术等内容，其工作过程包含下列几个方面。
1. 信息的收集和输入：PLC的指令程序编写好以后，控制系统根据指令对所涉及的输入区域进行实时扫描，判断其运行状态，与指令所要求的状态相比较。
2. 执行：当PLC的程序编写好以后，系统会按照一定的规则对整个系统进行实时扫描，将扫描得到的各部分运行状态与指令状态相比较，符合指令要求的就按照指令执行相应的程序，使得系统能够实时分析并进行逻辑性运算。
3. 响应：系统根据执行程序的分析结果以及逻辑运算后所得到的结果使得各输出设备做出相应的动作。一般来说，结果先要输出到系统控制主机，然后由主机向输出设备发出指令，从而使其动作。
当系统完成了上述过程以后，系统会不断重复刷新，并且在实时扫描的情况下不断发现新的运行状态，使得系统重新开始运行上述过程并不断反复，使得系统处于周期运行的工作状态。这种运行模式刚好满足大部分工业设备不断重复操作的需求，所以PLC能够与这种设备进行良好的协作运行。而且由于PLC程序编写简单、容易上手、表达直观易懂、方便修改，所以是大部分工业设备控制的首要选择。
三、 基于PLC自动化电气控制的应用
1. 基于PLC的开关量控制。基于PLC的开关量控制是PLC自动化电气控制中使用最广泛的一种，而且这种控制方式也是PLC最基本的控制方式。由于PLC拥有的开关量控制不仅能实现逻辑的控制还能实现系统的顺序控制，使得它逐渐淘汰了传统的电磁继电器控制电路。而且，开关量控制既可以用于某一台机器设备上，也可以用于多台设备组成的流水线中。
2. 基于PLC的模拟控制量。在实际工程中会有多种物理或化学量，例如湿度、浓度、温度、速度、压力等，有时这些量并不是固定不变的，而是随着时间的变化而变化。使用PLC自动化电气控制就需要将这些量进行模拟后，用A/D和D/A转换将其与数字量相互转化，从而将它们实时记录和跟踪，已达到实时监测和分析的目的。
3. 基于PLC的集中式控制设计。这种控制方式主要依靠一台功能强大的监视系统，它能够将许多设备的“中央集中式”计算机放在一起同时自动监控。在这种系统中，中央PLC同一配置各设备的运行状态、它们之间的联系以及相互之间的监控关系等。这种控制设计的主要优点是方便易用，成本更低，然而它也有一些缺点，比如当某一个控制对象的程序存在问题时，中央PLC必须停止控制，那么其他所有设备就不能够正常工作。所以这种系统一旦某一点出现问题，整个系统必然瘫痪，从而会影响系统的工作效率。
4. 基于PLC的分散控制系统。在基于PLC的分散控制系统中，每个设备都有一台PLC控制。在实际工程中，这种分散控制系统一般用于生产流水线中（它们通常由许多设备连在一起进行生产）。每个设备只受自己对应的PLC控制，所以这种控制方式不会产生一台设备出现问题而整个系统瘫痪的现象。但是这种方式必然会带来成本的上升。
5. 运动控制中PLC自动化的应用。PLC不仅能够控制直线运动，还能控制圆周运动，所以它常用于电梯、机械设备、机床等中。这种运动控制的方式是：系统对专门的运动控制模块（例如伺服电机与其单轴和多轴位置控制模块）进行配置并对其控制，然后对传感器和执行指令进行自动化控制。
6. 基于PLC自动化控制实现数据处理。PLC具有多种数据处理功能，包括传送、数学运算、转换以及统计等等。它能够对系统中的数据进行归类采集并进行分析做出相应处理，然后控制系统中相关设备执行相应的指令。
四、 基于PLC自动化电气控制中所存在的问题
PLC自动化电气控制中通常可能存在两个问题：一是控制出现问题，造成现场信号无法传送给PLC自动控制系统，二是动作执行出错，设备无法执行相应的指令。前者出现的原因可能是：线路老化、拉扯以及动物的破坏或人的不经意破坏等使得线路断开或短路，使得PLC控制系统不能完成对数据的提取、加载与转换或者使设备不能接受PLC的控制指令；电动阀或电磁阀等设备没有彻底的关闭或者打开，使得通讯过程中发生故障，PLC不能够正常接受全部信息或者接收到的信息有错误；触点或接线的接触出现问题（常见的是接线不牢靠，触点出现松动或损坏），导致机械开关、变送器等工作不正常，无法实现数据的采集、传递和处理等。后者产生的原因可能有：外界较强的电磁干扰或负载的接触器出现故障，使得PLC发出的执行指令不能被设备完整地接受，设备不能按照预期动作；机械开关、电动阀等出现问题，使得负载不能正常工作。
针对上述可能出现的问题，设计者或使用者应该需要不断加强控制系统中输入信号的可靠性，首先要保证各零件（特别是开关、触点、电动阀等动作十分频繁的零件）的可靠性以及耐用性，然后对各功能模块不定时改进和更新。此外，还应不断完善预警系统，使其安全可靠，更加智能化、人性化的预警系统具有设计直观的控制面板指示灯，使得操作人员能够迅速对故障做出反应。
五、结束语
随着人们对工业生产效率及收益的要求越来越高，PLC自动化电气控制在企业中的应用越来越广泛。PLC控制系统也不断向标准化、智能化以及高速化的方向发展，使得PLC系统的功能越来越完善，操作方便简单，而且可靠性也会越来越高。
参考文献
[1]冯马才.对PLC自动控制系统的可靠性问题与其设计方案的探究[J].科协论坛，2011（11）：57-58.
[2]张征富.浅析可编程序控制器（PLC）在电气控制中的应用[J].内蒙古石油化，2012（10）：19-20.
[3]陈金洪.提高PLC自动控制系统可靠性[J].宁夏工程技术，2002，1（2）：188-190.