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[摘 要]随着硬件、软件设计和开发技术的进步，PLC 的编程过程变简单了，功能和系统的开放性却大大增强。本文就PLC 技术的电气控制应用进行了分析。
[关键词]PLC；电气控制；应用
中图分类号：TP758 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0346-01
1、PLC的定义及工作原理
PLC（Programmable Logic Controller），即可编程逻辑控制器。PLC主要运用于工业环境设计中所需要使用的数字运算操作的一种电子系统，其属于运用一类面向现场问题和过程的可实现编程的存储器，使用非常简单和灵活。同时，在设计过程中，PLC与工业控制需要保持统一，其功能最大的特点就是易于扩充。PLC的基础硬件与一台微型计算机相同，是由电源、通信模块、功能模块、I/O接口电路、CPU等构成。PLC需执行算术、逻辑运算、顺序控制、定时以及计数等操作，其内部存储程序是面向用户的操作指令，PLC对各类机械或生产过程通过模拟I/O或数字来实施控制，在工业生产控制过程中起着非常重要的作用。PLC对用户程序按照存入存储器的顺序进行扫描读取后再执行系统的控制是其控制器的主要工作原理。在过去，PLC的主要作用是代替继电器实现逻辑控制，随着PLC功能的日益强大，在我国工业的各个领域得到了广泛的应用，在很大程度上超出了PLC最早期的逻辑控制范畴。
2、PLC的特点
2.1 体积小、重量轻
超小型的PLC底部尺寸<100mm，重量<150g，其功耗仅为数瓦。由于其体积小，很容易装入机械中，便于机电一体化的实现。
2.2 实用性普遍
PLC可适用于各种规模的电气控制场合，除了基本的逻辑处理功能之外，当前大多PLC具有数据运算能力，并可应用于数字控制领域中。近年来，PLC的功能日益完善，PLC的应用已经普遍到温度控制、位置控制及CNC等多个控制领域。
2.3 抗干扰能力强
由于PLC采用了现代化的大规模集成电路技术，在内部电路、生产工艺等方面均采取先进的抗干扰处理技术，具有较高的可靠性。另外，PLC还自备硬件故障自动检测功能，一旦出现故障即可发出警报。在软件应用中，应用者还可编入外围器件的自诊断故障程序，让系统中出了PLC之外的电路与设备也能获得自我保护功能。
2.4 应用简单、普遍
PLC作为直接面向企业的工控设备，具有接口容易、编程语言易于被工程技术人员接受并理解等特点，尤其图形符号及梯形图语言、表达方式等与继电器电路图基本类似，只需通过PLC的少量开关量逻辑控制指令就能熟练实现在电气控制中的应用。
2.5 维护与改造方便
PLC通过存储逻辑替代了接线逻辑，减少了控制设备外在的接线，极大减少了控制系统设计和建造的时间，为后期维护提供了方便，同时程序较易改变，可极快应用于生产过程的改变。
3、PLC的基本工作过程
PLC及相关外围设备的设计原则应满足“与工业控制系统为一个整体、方便功能扩展”，所有的电气控制系统的实现都是根据工艺要求，最终提高生产效率及产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应满足被控对象的基本要求，并对实际工作现场进行研究、收集资料，并实现设计人员与操作人员的密切配合，共同拟定可操作方案，对可能潜在的问题进行共同分析、共同解决。并在满足各方控制要求的前提下，考虑控制系统的简单性与经济性，方便后期的使用及维修，并确保电气控制的安全性、稳定性。PLC在电气控制中的基本工作过程为：
3.1现场信息的输入：在系统软件的控制下，按照顺序对输入点进行扫描，并读取输入点的状态。
3.2程序的执行：对用户程序中的指令按顺序扫描，并根据输入的状态及指令进行逻辑性运算。
3.3控制信号的输出：根据以上逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各个输出点同时发出相应的信号，以实现所需的逻辑控制功能。
以上过程完成后，再重新开始，并反复执行，每执行一次即完成一个扫描周期。 在实际应用时，很多机械设备的工作流程可分为一系列不断重复的顺序动作，而PLC的工作程序恰与其相似，因此PLC程序能很好地与机器动作相对应，且程序的编制简单、直观，易于修改，减少了开发软件的费用，并缩短软件开发周期。
4、PLC在电气控制中的应用
4.1 开关量逻辑的控制
这是PLC控制技术中最基本、最广泛的应用领域。替代了传统的继电器电路，并同时实现顺序控制及逻辑控制，既适用于单台设备的控制，也可以应用于自动化流水线中，如生产线、组合机床、磨床、镗床和龙门刨床等。
4.2 控制模拟量
在实际工业生产过程中，会出现很多连续变化的物理量，如温度、速度、流量、液位、压力等模拟量。这些模拟量可通过数字量之间D/A转换和A/D转换得以实现，确保编程器对模拟量实现处理。
4.3 集中式控制系统
集中式控制系统主要采用一台功能较强大的PLC监视系统、对多个设备进行控制，已形成“中央集中式”的计算机控制体系。在该项系统中，每个设备之间的连锁、联络关系以及运行顺序等都由中央PLC来统一完成。可见，集中式控制系统比单机控制系统的成本低，更经济实惠。但如果其中一个控制对象的程序需要做出改变，就要停止中央PLC的控制，同时其他控制对象也随之停止运行。
4.4 分散控制系统
在分散控制系统中，每一个控制对象都需要设置一台PLC，每台PLC之间能通过信号的传递而产生内部响应、发令或连锁等，或者可由上位机通过数据通信总线完成通信任务。分散控制系统中采取多台机械生产线控制的方式，每条生产线之间都有数据相连接，由于每个控制对象都是由自身的PLC来控制，所以如果某台PLC运行停止，对其他PLC不会产生影响。随着技术的不断进步，目前可由PLC承担底层的控制任务，通过网络连接，将PLC和过程控制二者结合。 4.5 运动控制
PLC能够对圆周运动或者直线运动进行控制。在控制机构的配置中，过去进行的为直接应用于传感器及执行机构中，而现在则可以采取专用的运动控制模块。例如多轴位置的控制模块、伺服电机其单轴、可驱动步进电机等，PLC可广泛应用于机器人、机械、电梯、机床等多种场合。
4.6 数据处理的应用
PLC在数据处理过程中，具备数据传送、数据转换、数学运算、查表、排序及操作等功能，并完成对数据的采集、分析与处理。这些数据可以与存储于存储器中的数据同时具备参考价值，并完成控制操作。另外，这些数据也可以通过通信功能的实现而传输到智能装置中，或者打印成表。目前数据处理多应用于大型控制系统中，如过程控制系统、柔性制造系统等。
5、PLC电气控制系统的设计
工业生产机械与设备是否能正常、可靠运行直接与电气控制系统的性能有关，电气控制系统作为生产机械不可缺不的一部分，要必须满足成本合理、安全可靠、操作维护简单等要求。因此，在设计过程中，除了必须掌握一定的机械结构知识之外，还要在掌握机械结构知识的前提下还要设计出控制系统能够满足以面所提到的成本合理、安全可靠、操作维护简单等基本特性，并保证在相应范围内成本能实现控制系统的设计[4]。PLC电气控制系统的设计主要由两部分构成：一是硬件设计；二是软件设计，同时将硬件设计与软件设计结合进行，能使系统开发的速度得到有效提高。往往硬件设计必须要充分考虑到成本、设备、器件的可靠性和其他性能之间的关系。而软件设计是指按照用户相关的需求以相应的语言编写应用程序，并要求指令的条数少且具有较强可读性
结束语
综上所述，在指定范围内，可编程序控制器以其高性能价格取胜，并凭借其适应性强、可靠性高、使用方便等突出特点在自动化控制领域广泛应用。再加上PLC制造成本的不断下降、功能的不断加强，已成为工业企业的首选设备。
参考文献
[1] 丁炜.可编程序控制器在工业控制中的应用[M].北京：化学工业出版社，2004版.
[2] 黄晓红.工厂电气控制与可编程序控制器[M].北京：中国科学出版社，2003版.
[3] 廖常初.PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社，2005版.
[关键词]PLC；电气控制；应用
中图分类号：TP758 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0346-01
1、PLC的定义及工作原理
PLC（Programmable Logic Controller），即可编程逻辑控制器。PLC主要运用于工业环境设计中所需要使用的数字运算操作的一种电子系统，其属于运用一类面向现场问题和过程的可实现编程的存储器，使用非常简单和灵活。同时，在设计过程中，PLC与工业控制需要保持统一，其功能最大的特点就是易于扩充。PLC的基础硬件与一台微型计算机相同，是由电源、通信模块、功能模块、I/O接口电路、CPU等构成。PLC需执行算术、逻辑运算、顺序控制、定时以及计数等操作，其内部存储程序是面向用户的操作指令，PLC对各类机械或生产过程通过模拟I/O或数字来实施控制，在工业生产控制过程中起着非常重要的作用。PLC对用户程序按照存入存储器的顺序进行扫描读取后再执行系统的控制是其控制器的主要工作原理。在过去，PLC的主要作用是代替继电器实现逻辑控制，随着PLC功能的日益强大，在我国工业的各个领域得到了广泛的应用，在很大程度上超出了PLC最早期的逻辑控制范畴。
2、PLC的特点
2.1 体积小、重量轻
超小型的PLC底部尺寸<100mm，重量<150g，其功耗仅为数瓦。由于其体积小，很容易装入机械中，便于机电一体化的实现。
2.2 实用性普遍
PLC可适用于各种规模的电气控制场合，除了基本的逻辑处理功能之外，当前大多PLC具有数据运算能力，并可应用于数字控制领域中。近年来，PLC的功能日益完善，PLC的应用已经普遍到温度控制、位置控制及CNC等多个控制领域。
2.3 抗干扰能力强
由于PLC采用了现代化的大规模集成电路技术，在内部电路、生产工艺等方面均采取先进的抗干扰处理技术，具有较高的可靠性。另外，PLC还自备硬件故障自动检测功能，一旦出现故障即可发出警报。在软件应用中，应用者还可编入外围器件的自诊断故障程序，让系统中出了PLC之外的电路与设备也能获得自我保护功能。
2.4 应用简单、普遍
PLC作为直接面向企业的工控设备，具有接口容易、编程语言易于被工程技术人员接受并理解等特点，尤其图形符号及梯形图语言、表达方式等与继电器电路图基本类似，只需通过PLC的少量开关量逻辑控制指令就能熟练实现在电气控制中的应用。
2.5 维护与改造方便
PLC通过存储逻辑替代了接线逻辑，减少了控制设备外在的接线，极大减少了控制系统设计和建造的时间，为后期维护提供了方便，同时程序较易改变，可极快应用于生产过程的改变。
3、PLC的基本工作过程
PLC及相关外围设备的设计原则应满足“与工业控制系统为一个整体、方便功能扩展”，所有的电气控制系统的实现都是根据工艺要求，最终提高生产效率及产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应满足被控对象的基本要求，并对实际工作现场进行研究、收集资料，并实现设计人员与操作人员的密切配合，共同拟定可操作方案，对可能潜在的问题进行共同分析、共同解决。并在满足各方控制要求的前提下，考虑控制系统的简单性与经济性，方便后期的使用及维修，并确保电气控制的安全性、稳定性。PLC在电气控制中的基本工作过程为：
3.1现场信息的输入：在系统软件的控制下，按照顺序对输入点进行扫描，并读取输入点的状态。
3.2程序的执行：对用户程序中的指令按顺序扫描，并根据输入的状态及指令进行逻辑性运算。
3.3控制信号的输出：根据以上逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各个输出点同时发出相应的信号，以实现所需的逻辑控制功能。
以上过程完成后，再重新开始，并反复执行，每执行一次即完成一个扫描周期。 在实际应用时，很多机械设备的工作流程可分为一系列不断重复的顺序动作，而PLC的工作程序恰与其相似，因此PLC程序能很好地与机器动作相对应，且程序的编制简单、直观，易于修改，减少了开发软件的费用，并缩短软件开发周期。
4、PLC在电气控制中的应用
4.1 开关量逻辑的控制
这是PLC控制技术中最基本、最广泛的应用领域。替代了传统的继电器电路，并同时实现顺序控制及逻辑控制，既适用于单台设备的控制，也可以应用于自动化流水线中，如生产线、组合机床、磨床、镗床和龙门刨床等。
4.2 控制模拟量
在实际工业生产过程中，会出现很多连续变化的物理量，如温度、速度、流量、液位、压力等模拟量。这些模拟量可通过数字量之间D/A转换和A/D转换得以实现，确保编程器对模拟量实现处理。
4.3 集中式控制系统
集中式控制系统主要采用一台功能较强大的PLC监视系统、对多个设备进行控制，已形成“中央集中式”的计算机控制体系。在该项系统中，每个设备之间的连锁、联络关系以及运行顺序等都由中央PLC来统一完成。可见，集中式控制系统比单机控制系统的成本低，更经济实惠。但如果其中一个控制对象的程序需要做出改变，就要停止中央PLC的控制，同时其他控制对象也随之停止运行。
4.4 分散控制系统
在分散控制系统中，每一个控制对象都需要设置一台PLC，每台PLC之间能通过信号的传递而产生内部响应、发令或连锁等，或者可由上位机通过数据通信总线完成通信任务。分散控制系统中采取多台机械生产线控制的方式，每条生产线之间都有数据相连接，由于每个控制对象都是由自身的PLC来控制，所以如果某台PLC运行停止，对其他PLC不会产生影响。随着技术的不断进步，目前可由PLC承担底层的控制任务，通过网络连接，将PLC和过程控制二者结合。 4.5 运动控制
PLC能够对圆周运动或者直线运动进行控制。在控制机构的配置中，过去进行的为直接应用于传感器及执行机构中，而现在则可以采取专用的运动控制模块。例如多轴位置的控制模块、伺服电机其单轴、可驱动步进电机等，PLC可广泛应用于机器人、机械、电梯、机床等多种场合。
4.6 数据处理的应用
PLC在数据处理过程中，具备数据传送、数据转换、数学运算、查表、排序及操作等功能，并完成对数据的采集、分析与处理。这些数据可以与存储于存储器中的数据同时具备参考价值，并完成控制操作。另外，这些数据也可以通过通信功能的实现而传输到智能装置中，或者打印成表。目前数据处理多应用于大型控制系统中，如过程控制系统、柔性制造系统等。
5、PLC电气控制系统的设计
工业生产机械与设备是否能正常、可靠运行直接与电气控制系统的性能有关，电气控制系统作为生产机械不可缺不的一部分，要必须满足成本合理、安全可靠、操作维护简单等要求。因此，在设计过程中，除了必须掌握一定的机械结构知识之外，还要在掌握机械结构知识的前提下还要设计出控制系统能够满足以面所提到的成本合理、安全可靠、操作维护简单等基本特性，并保证在相应范围内成本能实现控制系统的设计[4]。PLC电气控制系统的设计主要由两部分构成：一是硬件设计；二是软件设计，同时将硬件设计与软件设计结合进行，能使系统开发的速度得到有效提高。往往硬件设计必须要充分考虑到成本、设备、器件的可靠性和其他性能之间的关系。而软件设计是指按照用户相关的需求以相应的语言编写应用程序，并要求指令的条数少且具有较强可读性
结束语
综上所述，在指定范围内，可编程序控制器以其高性能价格取胜，并凭借其适应性强、可靠性高、使用方便等突出特点在自动化控制领域广泛应用。再加上PLC制造成本的不断下降、功能的不断加强，已成为工业企业的首选设备。
参考文献
[1] 丁炜.可编程序控制器在工业控制中的应用[M].北京：化学工业出版社，2004版.
[2] 黄晓红.工厂电气控制与可编程序控制器[M].北京：中国科学出版社，2003版.
[3] 廖常初.PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社，2005版.