PLC技术在自动化控制系统中应用

1PLC技术

PLC技术是一种可扩展的编程控制器，这是一种结合了计算机技术的先进控制方式。PLC系统按结构分为众多的控制模块，例如电源模块，中央处理器模块，模拟量输入输出模块，数字量输入输出模块，特殊模块等，实现了智能控制功能。PLC技术的基本运行原理是通过输入模块，将现场信号及设备状态读取到系统内，然后通过中央处理器根据编写的程序处理逻辑关系，最后通过输出模块输出控制信号，以实现智能逻辑控制。随着现阶段计算机技术的进步，在自动化控制技术的研究过程中更多的将PLC系统和计算机系统有效地集成在一起，组成一套大型的DCS系统。另外，随着计算机处理技术的发展，在系统中应用了高速CPU、高速计数，脉冲控制等模块，以提高PLC在实际过程应用中的控制能力。并实现了数据共享，远程控制等功能。另外在PLC系统的设计过程中，通过灵活多样的程序设计，将工艺流程通过梯形图、语句表的方式系统的展现出来。

2PLC技术的主要特点及价值

2.1特点

（1）应用广泛自动化控制系统中使用PLC、触摸屏、工控机、伺服控制器等工控设备，已经是每个制造企业普遍采用到的技术。可以说现在的工业生产、产品制造都离不开以PLC系统为基础或核心的控制系统。通过PLC系统实现的人机交互、设备的远程控制、参数设置、报警提示，实时数据的传送在工业现场随处可见。并且通过程序开发实现了对设备的自动化、智能化、网络化技术水平的提升。通过丰富的通讯协议将工业现场分散的控制节点和上位机融合组成一套大型控制系统。可以说PLC控制系统是自动化设备的灵魂，为技术人员提升控制系统的水平提供了方法和手段。（2）工业生产网络化PLC系统利用灵活多样的通讯接口可实现集散控制、远程的数据提取及控制，比如应用广泛的DCS、数据监控平台、设备群控等系统。并且利用Modbus、自由口通讯协议实现了第三方仪表及设备的通讯。另外通过时序控制可实现在单一网络的数据轮询，提高了PLC网络的利用率，拓展了PLC的应用范围。PLC丰富的通讯协议接口便于将现场传感器、智能仪表、智能执行器的等现场设备数字化后整合到DCS控制系统中，是现场设备控制层的关键节点。

2.2价值

PLC技术是一种可塑性非常高的技术，在应用过程中具有极高的灵活性和适用性。在过程控制中，可以基于丰富的逻辑程序完成相应的对象控制。此外PLC系统的数据格式采用与计算机技术相同的数据类型，用户可以运用与计算机编程相同的方式来完成所需的算法。例如利用循环、分支、选择、判断、嵌套等结构完成对工艺的过程控制。另外编程软件中提供了海量的动合、动断触点，足够使用的寄存器、存储器、定时器、计数器及特殊功能继电器。特别是PLC行业的龙头企业西门子公司具有的指令语句表编程语言，可以类似于汇编语言进行结构化的编程。在实际应用中重复使用的程序可以编写成带输入输出接口的子程序，对输入存储器赋值就可以得到需要的结果，也可以通过多次调用子程序完成生产过程中重复进行的动作。西门子公司在其软件开发过程中将过程控制常见的PID控制、变频器控制、读写系统时间、模拟量输入输出的比例和数据类型转换等编写成功能块，提供给程序开发人员使用，减轻了开发人员的编程负担，节约了大量的时间去用于解决现场工艺难题。再比如电动机的电流也可以通过现场仪表的通讯接口远程传送到控制室进行实时监控，这些现场数据的采集对保证生产的连续性、安全性、可靠性、节能降耗等都存在巨大的价值。

3PLC技术在电气工程中的应用

3.1在电气系统简化中的应用

对于传统电气系统的结构及布线而言，是将电气元件的数量及布线的复杂性作为衡量自动化水平的标准，但这降低了使用过程中的可靠性和增加了故障维修的难度。通过运用PLC技术形成的电气自动化系统，不需要大量的电气元件及线路，所有的控制器件及逻辑判断可以由PLC内部程序实现，自动化系统的运行效率得到了极大的提高，整个系统结构更加简明有效，功能增强体积缩小，使整个控制系统跳跃式发展到程序控制阶段。

3.2在维护及控制逻辑变更中的应用

与PLC控制系统相比，传统的电气控制系统在使用过程中故障的频率更高、故障维修时间更长，而且这些故障的修复通常还存在着测试的风险，导致某些关键部件的损坏。此外当工艺要求发生变化时改变控制逻辑非常困难。而在应用了PLC技术之后，可以通过软件、程序及时检查和评估故障发生的原因，以便迅速查明故障的位置，并在极短的时间内迅速恢复整个系统的运行。同时PLC系统具有在编程、工艺发生变化的过程中随时进行测试、重写的功能，不需要重新调整元器件及布线，通过编写程序快速有效的变更控制逻辑，达到预期的控制效果。这些优势在自动化系统的使用中，大幅提升了设计的效率和维修的质量。

4PLC技术在电气自动化控制中的应用

4.1在顺序控制中的应用

PLC控制系统广泛用于顺序控制中。在过程应用中，使用CPU控制模块，输入输出控制模块和传感器相互配合，可以迅速的组合成一套连续生产的顺序控制系统。例在现阶段的火力发电厂中的气力输灰系统，上煤连锁系统。同时值得特别注意的是，在技术应用过程中，有必要通过网络化来实现远程控制和现场传感器信息输入。在实际的应用过程中，对现场工作站进行网络化连接，可达到利用工作站控制电气设备的效果，使系统的覆盖面更广，控制连锁的现场设备更多，增加系统的可靠性及安全性。

4.2在闭环控制系统中的应用

将PLC技术应用于电气工程中的伺服控制环节，可以保证机械设备加工精度控制。配合伺服控制器、伺服电机等部件，可以完成如多台电动机的同步运行，运动控制中的位移角度控制等一些过程控制中的难题，在自动化产线、工业机器人制造、数控机床等多领域得以应用。在闭环控制系统中通过数字脉冲编码器获取伺服电动机的位置信息，对位置信息进行比较、判断、修正可以保证机械在可控的范围内运动，达到对加工精度控制的要求，收到满意的效果。由于PLC系统是一套全数字化系统，对伺服控制系统中动态误差、稳态误差和静态误差的修正提供了很好的技术手段，在系统的调试过程中可以通过数据的调整完成对机械设备加工精度误差的修正，大大缩短了闭环控制系统的设计、开发周期。

4.3在机床电气系统中的应用

对于机床的数控系统而言，机床的控制系统已经实现多轴联动。而传统的电气控制系统只能去加工简单的、精度要求不高的零部件。对于复杂的、精度要求高的机械加工场合只能使用具有PLC技术的控制系统。在使用了PLC技术的数控系统中，整个加工过程各个联动轴的动作完全由编写的程序及编码器反馈的参数控制。此外多轴联动数控系统中急需解决的问题是动态性能和加工精度，这对控制系统的硬件提出了更高的要求，例如高位数CPU（64位）在数控装置上的应用，高速纳米级插补运算、高分辨率伺服，开放式PLC。而在软件方面，指令代码的发展成为了提高加工质量的关键要素，将简单的指令组合在一起形成带输入输出参数功能块、对精度的补偿、加工全过程的仿真、标准件加工的自动编程等功能都是对加工质量的保证。开发出一套操作简单、加工精度高，多轴联动的数控机床为包括PLC技术在内的数控系统提供了广阔的发展空间。

4.4在工业机器人系统中的应用

在工业生产过程中，工业机器人的运用提高了工业产品生产的质量和效率。管理人员和编程人员可以根据对产品生产的质量要求将指令输入到PLC系统中，从而使工业机器人可以连续运行。在生产过程中，中央控制室可以实时监控到机器和设备的运行状态，并对工业机器人的生产计划参数进行实时的调整。如果发现产品质量出现了偏差，可以及时停止生产过程并进行故障维护，PLC系统通过模拟仿真程序可以快速的找到故障原因，重新输入参数、修正指令可以及时的恢复系统运行。以此确保产品的质量和生产的效率。工业机器人的使用将工业生产带入到无人化时代，工业产品的生产质量和生产效率都出现了跨越式的提高。

5结束语

PLC技术被广泛应用于当前的电气工程、自动化控制中，促进了我国电气工程自动化控制技术的发展，PLC技术的应用可以有效地优化和增强控制系统的自动化、智能化、网络化水平，是工业领域发展不可或缺的组成部分。在追赶世界先进制造水平的今天，深入研究和掌握PLC技术并使其国产化是现在面临的紧迫问题，在此希望国产PLC产品尽快到达国际一流水准。

作者:崔立敏 单位:浙江华润三九众益制药有限公司