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自动化电气控制中PLC的应用与技术分析

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  摘 要:PLC是一种新兴的电气电子技术,如今在科学技术迅速发展的背景下,PLC技术也在不断成熟、完善,并在电气控制领域得到了十分广泛的应用,为实现电气自动化控制做出了重要的贡献。文章主要对PLC的组成、原理、优势、发展及其在自动化电气控制中的应用情况进行了分析,希望能够为业内相关研究及实践提供有效的参考。
  关键词:自动化电气控制;PLC;应用;技术
  DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.126
   PLC指的是可编程控制器,是依托计算机、控制技术以及电子通讯技术等而产生的一种由数字运算控制的电子系统,是有机结合计算机与继电接触控制的技术产物。PLC内部,可开展多项操作,包括数据存储、数据高效控制以及数据运算等。在科学技术日新月异的今天,PLC也在日益完善,并在自动化电气控制领域中得到了广泛应用,同时也在实际应用过程中表现出了明显的优势。加强对PLC的技术分析,充分发挥PLC在自动化电气控制中的效果,是提高自动化电气控制水平的有效途径。
  1 PLC技术分析
  1.1 PLC的组成
   经过多年来的发展,PLC不断优化、完善,并逐步形成了相对完整的系统,PLC系统主要由电源、CPU主板、显示板、内存等多个部分组成。电源是PLC的核心运转基础,必须使电源保持稳定,才能保障PLC系统的安全运行运行。内存也在很大程度上影响着PLC系统的使用效果,其是由I/O模块组成,根据具体需求,I/O模块能够有针对性地对I/O能力进行拓展。
  1.2 PLC的原理
   PLC是一种先进的、科学的控制系统,目前在工业生产领域、电气设备中得到了广泛应用,其原理为:
   第一,输入采样。PLC系统运行中,输入采样是起始阶段,指的是采取扫描的方法,将数据输入到系统中去,并读入状态信息,存入内存中,也就是储存在I/O映像区中的单元内。PLC系统后续工作中,I/O映像区域中的状态信息、数据不会出现改变,因此,输入脉冲信号的时候,应确保其宽度大于或等于一个扫描周期,以保证输入能够被有效读入。
   第二,程序执行。PLC系统运行中,程序执行占据着重要的地位。扫描用户程序的过程中,一般遵循右下而上的原则,PLC也能自动化完成控制线路的逻辑运算,同时以逻辑运算结果为根据,刷新I/O映像区中储存的状态信息。换一句话说,用户程度执行过程中,I/O映像区域中输入点的状态不会发生改变,而其他输出点的状态信息及数据会出现一定的改变,因此在程序执行过程中,应用立即I/O指令之后,可以对I/O点进行直接存取。
   第三,输出刷新。PLC系统运行中,输出刷新是最后一个环节。用户程序扫描结束后,PLC自动进入输出刷新阶段。CPU主板以I/O映像区域中的状态信息、数据为根据,对输出锁存电路的整体进行刷新,并通过输出电路驱动外接设备。
  1.3 PLC的优势
   目前,PLC在各行各业中得到了广泛的应用,且应用范围越来越广,这与PLC自身的优势特点息息相关。PLC的优势主要包括:
   第一,易于编程。易于编程是PLC的一个主要优势,其在进行编程的时候,主要采取命令语句,与微机指令相比,命令语句明显数量较少,且梯形图比较简单,对操作经验的要求不高,初学者也能在很短的时间内掌握。
   第二,可靠性较强。大部分PLC的核心为单片机,因此PLC的集成度较高,再加上PLC本身具备自诊断功能及保护电路,使得PLC具有良好的可靠性。
   第三,便于安装。PLC安装时,只需要保障各部件连接正确,便可以正常运行,不需要设置专门机房、采取严格的屏蔽保护措施。
   第四,组态方式灵活。PLC多为积木式结构形式,使用者可以根据自身需求简单组合,便可以灵活设置电气控制系统的功能,因此,PLC的应用范围较广。
  1.4 PLC的发展
   PLC具有工作效率高、灵敏度高、可靠性及安全性强的特点,适用范围较广,可以适应复杂环境。基于此,相信在未来PLC会得到更多的应用,并会随着计算机、控制技术以及电子通讯技术等科学技术的发展而进一步优化、完善,基于PLC的自动化电气控制系统也会出逐渐发展为一种开放式、分布式、高效的电气控制系统。除此之外,将PLC与计算机控制技术、数字通讯技术、智能传感技术等数字化技术结合起来,还可以使PLC逐渐发展为更为完善、成熟的自动化电气电子技术。
  2 自动化电气控制中PLC的应用
  2.1 闭环控制中PLC的应用
   自动化电气控制系统中,可以采取多种方式启动电机,如自动方式、手动方式等。采取自动启动方式的时候,应用PLC,可以实现闭环控制。以温控系统为例,借助热电偶检测加热炉的温度,将热电偶的输出电信号通过温度变送器转换为标准量程电流,然后传输给模拟量输入模块,经 A/D转换之后,便能获得与温度成比例的数字量。然后,CPU主板会对预先设定的温度值与获取的数字量进行对比分析,然后按照PID控制算法进行误差运算,得到运算结果之后,传送给输出模块,并经D/A转换,获得电流信号,从而发挥自动控制电动调节阀开度的效果,达到了闭环控制。采取这样的控制方式,可以有效控制闭环中各种干扰因素,使被控量能够与给定值无限接近。除此之外,為了实现对闭环控制过程的简化,可以直接应用PID控制器,PID控制器为闭环控制器,本身结构比较简单,且无需被控对象的数学模型,使用方便,灵活性较强。
  2.2 顺序控制中PLC的应用
   近年来,顺序控制系统在自动化电气控制中得到了越来越多的应用,,可以将顺序控制系统,主要是将整个工艺流程分解为多个顺序相连且不同顺序之间又相互独立的阶段,按照先后顺序执行各个阶段,保障整个工艺流程的有序开展、顺利完成。顺序控制中PLC的应用,所采取的主要方法便是逻辑设计方法,具体步骤为:应用不同逻辑变量表示输入信号、输出信号,分局实际控制要求,将状态表列出,并以状态表为根据,写出逻辑函数,简化逻辑函数,并以此为根据对梯形图进行绘制,上机调试。若是PIC输出信号存在时间顺序的状态变化,则可借助时序图来设计控制程序,具体步骤为:正式设计前,加强对控制要求的分析,最好是仔细、系统、全面地分析实际控制要求,明确信号的输入量、输出量,并进行技术经济性分析,确定机型;明确信号之间的时序关系,对工作时序图进行绘制,并将其分为多个时间区段,确定每个区段的时长,找出区段之间的信号状态转换条件及分界点,然后对定时器进行分配,开展PIC的I/O分配,对梯形图进行绘制,开展模拟运行试验,评估程序是否符合控制要求,给予适当修改。
  2.3 开关量控制中PLC的应用
   开关量指的是,非连续性信号的采集与输出,比较常见的是遥信采集、遥控输出。开关量主要包括1和0两种典型状态,这是取决于数字电路开关的基本性质。对于电子设备来说,最基本的两种功能便是开和关,一般来说,开关量控制主要是借助设备内部的继电器来进行实现。以往开关量控制中借助点磁性继电器的时候,操作触点较多,系统接线操作比较复杂,使得开关量控制极易受到各种干扰因素的影响,而威胁其可靠性及稳定性,导致开关量控制的运行效率差。开关量控制中应用PIC,主要是应用中间继电器,来达到智能化控制、数据存储的目的,并以此来实现对控制系统的优化,提高系统控制效果,且可以确保开关量的稳定。除此之外,电气工程中比较常用的机械继电器,其具备开关控制功能,但经过实践发现,开关控制的反馈时间较长,若是系统出现短路,则不能发挥继电保护的效果。通过应用PIC进行开关量控制,便能有效解决这一问题。
  3 结语
   综上所述,PLC具有易于编程、可靠性较强、便于安装、组态方式灵活、适用范围较广的优势。在自动化电气控制中,包括闭环控制、顺序控制、开关量控制中有效应用PLC,可以提高自动化电气控制系统的功能。为了更好地发挥PLC的优势,应不断加大、加深对PLC的研究,并对PLC进行不断优化与完善,从而使其为促进自动化电气控制的进一步发展做出更好的贡献。
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