主頁 > 技術(shù)文章 > 淺談PLC可編程序控制器在電氣控制中應(yīng)用 2024-10-27

淺談PLC可編程序控制器在電氣控制中應(yīng)用

摘要：而當(dāng)今我們社會(huì)正在大風(fēng)向得向著機(jī)械自動(dòng)化方向大步邁進(jìn)。然而自動(dòng)化是更先進(jìn)一層的機(jī)械化，機(jī)械自動(dòng)化的操作是讓機(jī)器設(shè)備和儀表全部自動(dòng)按規(guī)定的要求和既定的程序進(jìn)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(duì)工作的機(jī)器去操控）作生產(chǎn)。而這種操作、控制是利用電信號(hào)和機(jī)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(jī)電專業(yè)中應(yīng)用最多的電器控制，它是機(jī)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(shí)用性強(qiáng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕、功耗低以及機(jī)電一體化的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)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(yùn)作方式，PLC在電氣控制中的應(yīng)用。
PLC可編程序控制器主要以計(jì)算機(jī)的微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)的應(yīng)用技術(shù)、通訊技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)而發(fā)展起來的一種通用控制器。雖然PLC可編程由較為復(fù)雜的微處理器組成，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，完全不必了解微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。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(jìn)入電氣控制系統(tǒng)領(lǐng)域后，凸顯了其獨(dú)有的優(yōu)越性，以其自身強(qiáng)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(yùn)行。本文將對(duì)PLC的特點(diǎn)、基本工作過程、在電氣控制中的應(yīng)用等問題進(jìn)行分析與闡述。
一、PLC可編程序控制器的特點(diǎn)：
　　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(jī)械中，便于機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。
　　1.2 PLC可編程序控制器實(shí)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(dāng)前大多PLC具有數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，并可應(yīng)用于數(shù)字控制領(lǐng)域中。近年來，PLC的功能日益完善，PLC的應(yīng)用已經(jīng)普遍到溫度控制、位置控制及CNC等多個(gè)控制領(lǐng)域。
　　1.3 PLC可編程序控制器抗干擾能力強(qiáng)：
　　由于PLC采用了現(xiàn)代化的大規(guī)模集成電路技術(shù)，在內(nèi)部電路、生產(chǎn)工藝等方面均采取先進(jìn)的抗干擾處理技術(shù)，具有較高的可靠性。另外，PLC還自備硬件故障自動(dòng)檢測功能，一旦出現(xiàn)故障即可發(fā)出警報(bào)。在軟件應(yīng)用中，應(yīng)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(shè)備也能獲得自我保護(hù)功能。
　　1.4 PLC可編程序控制器應(yīng)用簡單、普遍：
　　PLC作為直接面向企業(yè)的工控設(shè)備，具有接口容易、編程語言易于被工程技術(shù)人員接受并理解等特點(diǎn)，尤其圖形符號(hào)及梯形圖語言、表達(dá)方式等與繼電器電路圖基本類似，只需通過PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就能熟練實(shí)現(xiàn)在電氣控制中的應(yīng)用。
　　1.5 PLC可編程序控制器維護(hù)與改造方便：
　　PLC通過存儲(chǔ)邏輯替代了接線邏輯，減少了控制設(shè)備外在的接線，極大減少了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建造的時(shí)間，為后期維護(hù)提供了方便，同時(shí)程序較易改變，可極快應(yīng)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(guān)外圍設(shè)備的設(shè)計(jì)原則應(yīng)滿足“與工業(yè)控制系統(tǒng)為一個(gè)整體、方便功能擴(kuò)展”，所有的電氣控制系統(tǒng)的實(shí)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(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)滿足被控對(duì)象的基本要求，并對(duì)實(shí)際工作現(xiàn)場進(jìn)行研究、收集資料，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員與操作人員的密切配合，共同擬定可操作方案，對(duì)可能潛在的問題進(jìn)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(jì)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(diǎn)進(jìn)行掃描，并讀取輸入點(diǎn)的狀態(tài)。
　�。�2）程序的執(zhí)行：對(duì)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(jìn)行邏輯性運(yùn)算。
　　（3）控制信號(hào)的輸出：根據(jù)以上邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各個(gè)輸出點(diǎn)同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，以實(shí)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(fù)執(zhí)行，每執(zhí)行一次即完成一個(gè)掃描周期。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，很多機(jī)械設(shè)備的工作流程可分為一系列不斷重復(fù)的順序動(dòng)作，而PLC的工作程序恰與其相似，因此PLC程序能很好地與機(jī)器動(dòng)作相對(duì)應(yīng)，且程序的編制簡單、直觀，易于修改，減少了開發(fā)軟件的費(fèi)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(yīng)用：
　　3.1 PLC可編程序控制器開關(guān)量邏輯的控制：
　　這是PLC控制技術(shù)中最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。替代了傳統(tǒng)的繼電器電路，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)順序控制及邏輯控制，既適用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可以應(yīng)用于自動(dòng)化流水線中，如生產(chǎn)線、組合機(jī)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(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中，會(huì)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(shí)現(xiàn)，確保編程器對(duì)模擬量實(shí)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(tái)功能較強(qiáng)大的PLC監(jiān)視系統(tǒng)、對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制，已形成“中央集中式”的計(jì)算機(jī)控制體系。在該項(xiàng)系統(tǒng)中，每個(gè)設(shè)備之間的連鎖、聯(lián)絡(luò)關(guān)系以及運(yùn)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(jī)控制系統(tǒng)的成本低，更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。但如果其中一個(gè)控制對(duì)象的程序需要做出改變，就要停止中央PLC的控制，同時(shí)其他控制對(duì)象也隨之停止運(yùn)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(gè)控制對(duì)象都需要設(shè)置一臺(tái)PLC，每臺(tái)PLC之間能通過信號(hào)的傳遞而產(chǎn)生內(nèi)部響應(yīng)、發(fā)令或連鎖等，或者可由上位機(jī)通過數(shù)據(jù)通信總線完成通信任務(wù)。分散控制系統(tǒng)中采取多臺(tái)機(jī)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(gè)控制對(duì)象都是由自身的PLC來控制，所以如果某臺(tái)PLC運(yùn)行停止，對(duì)其他PLC不會(huì)產(chǎn)生影響。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前可由PLC承擔(dān)底層的控制任務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)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(yùn)動(dòng)控制
　　PLC能夠?qū)A周運(yùn)動(dòng)或者直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。在控制機(jī)構(gòu)的配置中，過去進(jìn)行的為直接應(yīng)用于傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，而現(xiàn)在則可以采取專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。例如多軸位置的控制模塊、伺服電機(jī)其單軸、可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)等，PLC可廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、機(jī)械、電梯、機(jī)床等多種場合。
　　3.6 PLC可編程序控制器數(shù)據(jù)處理的應(yīng)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(xué)運(yùn)算、查表、排序及操作等功能，并完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集、分析與處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)同時(shí)具備參考價(jià)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(shí)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(yīng)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(jì)，PLC可編程序控制器會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快如有的畸形掃描速度高達(dá)0.1msk字，可處理幾十萬個(gè)開關(guān)量IO信號(hào)盒多個(gè)模擬兩IOX信號(hào)、存儲(chǔ)容量更大存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)高大十幾兆字節(jié)、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)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(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)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(huì)隨著國際競爭的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場的局面，會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，不斷增強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)總線，使用工業(yè)控制系統(tǒng)中能連接不同的控制設(shè)備，增強(qiáng)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(shí)現(xiàn)。大力開發(fā)智能IO模塊增強(qiáng)可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是PLC可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。

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