PLC控制在电气自动化系统中的应用及发展

【摘要】随着现代电气自动化技术在生产过程中的不断发展与进步，面对各种自动化控制、复杂的过程控制，可编程逻辑控制器（PLC）在整个控制过程中体现出了巨大的优势，越来越被人们所熟知和认同。同时，可编程逻辑控制器（PLC）技术的不断更新、发展以及广泛的使用也使得整个生产过程变得更加稳定、有序、高效。

【关键词】PLC；电气自动化系统；应用；发展

可编程逻辑控制器（PLC）技术出现于上世纪六十年代，最早是由美国DEC公司设计制造出来使用在GM公司的汽车生产线上，用来进行逻辑控制，代替继电器进行逻辑控制，从而实现对于工业流程的控制。通过利用计算机对可编程储存控制器的程序化控制，实现利用内部存储器进行逻辑运算控制，代替了传统继电器控制系统，摒弃了传统继电器控制系统线路复杂、易出故障、易损坏、能耗大、可靠性差的缺点。后来，随着新技术的不断发展和更新，PLC技术也有了较大的发展，在电气控制中的应用也越来越广泛。

1.PLC特点

与传统的机械式继电器控制相比，可编程逻辑控制器（PLC）有以下几个特点：第一，响应速度快。传统的机械式继电器根据电磁原理通过触点的吸合来控制电路的通断，整个继电器控制电路由导线连接而成。但是机械式继电器控制存在一定的節点变位时间，而可编程逻辑控制器（PLC）则通过使用内部定义的辅助继电器代替了传统的机械式继电器，在使用的过程中，通过软件编程，用内部的逻辑关系实现了实际的硬件导线连接，而内部辅助继电器的节点变位时间非常短，可以近似为零，实现了响应迅速。第二，可靠性强。机械式继电器在使用的过程中，由于触点反复的闭合、断开，易出现损耗，易受到环境的影响，大大影响了系统的稳定运行，增加一定的设备运行成本。而可编程逻辑控制器（PLC）所用的内部辅助继电器有不易损坏，抗干扰强的特点，保证了整个控制系统的稳定运行。第三，使用方便、操作简单。在控制方面，可编程逻辑控制器使用了让人比较容易理解的指令程序形式，直观、形象地描述了整个系统的控制思路。同时，对于整个程序的执行情况能够实时监控，准确把握程序执行情况。对于控制方式的更改，可以通过程序的修改来实现，简单、方便。第四，应用范围广，兼容能力强。与变频器、触摸屏等其他配套设备共同组成完整的运行系统，在工业电气自动化控制过程中增强实用特性，大大提高工业设备和工业生产的效率。

2.PLC运行原理

可编程逻辑控制器（PLC）之所以在电气逻辑控制过程中如此高效，还要从它的工作原理说起。

可编程逻辑控制器（PLC）的工作过程大致可分为三个阶段：

第一阶段，输入采样阶段。在这个阶段，PLC对输入端口的状态和数据进行扫描，同时将扫描采集到的端口状态寄存到I/O映像区的单元中。在这个过程中，PLC外部端口的数据和状态如果发生改变，不会影响到I/O映像区里的数据。为了能够让PLC外部端口的数据和状态有效的存储到I/O映像区中，必须保证该状态的信号宽度大于PLC的一个扫描周期。

第二阶段，程序执行阶段。当PLC开始工作后，就开始不断的去执行内部的程序，工作过程是从上往下按顺序呢依次扫描执行。对于梯形图程序，执行过程按照从左往右、从上到下的顺寻。此时采集存储在I/O映像寄存器里的端口数据作为输入信号，被PLC程序处理。在这个过程中，需要保证PLC程序的合理性，保证对于每个采集到的信号，PLC都能够给予处理。

第三个阶段，程序的输出刷新。第二个阶段程序所执行的结果是被放在I/O映像寄存器里的，第三步所要执行的内容就是，将程序的执行结果体现在PLC的输出端口，进行状态刷新，通过驱动外设进行结果的执行。

3.PLC在电力系统中的主要应用

3.1开关量控制

（1）电力系统中用PLC代替断路器控制。以往电力系统中进行电路的分断和闭合时，一般主要会用到电磁式的继电器作为控制器。但电磁式的继电器本身属于机械性电磁原件，其复杂的触头系统和电磁系统大大降低了所构成系统的可靠性。同时，对于电路的连接和后期维护也提出了很高的要求。在这种前提下PLC体现出了它的优点。PLC利用其内部的软继电器来替代实际的机械性电磁继电器，可以大大提高系统的可靠性，同时使得操作人员的工作得以简化，电力工作人员可以通过简单的PLC程序的控制，发出相应的指令，实现合闸和断闸的控制。当系统中有故障现象时，可以通过相应的保护措施与PLC联动，共同实现分闸和报警信号提示。除此之外，由于PLC控制系统的特殊性，使得之前繁琐的继电器控制线路的连接能够得以简化，摒弃实际的线路连接，而靠程序实现，同时能够避免线路连接过程中出现的失误。PLC对于电源供给的要求也不高，只要普通的电源供电就可以工作。最后，可编程逻辑控制器（PLC）系统的使用在大大减少机械式电磁继电器使用数量的同时，也可以减轻电力系统运行工作人员和设备维护人员的工作负担。

（2）使用PLC进行自动切换控制。可编程逻辑控制器的程序执行和信息处理都是靠计算机来完成的，在具体的操作过程中，可编程逻辑控制器（PLC）有着传统电力系统控制所不能够比拟的优势。根据用电等级的划分，一些用电等级较高的企业和单位一般都有备用电源，用来提高供电的可靠性，当主电源发生故障或者需要检修而断电时，备用电源投入，来维持正常的电力使用。在初期，主电路与备用电路直接的切换都是靠人手动操作来实现的。但备用电源的投入往往不能够在第一时间实现，电源切换过程中的断电间隙会给那些供电要求较高的单位带来不小的损失。为此，由可编程逻辑控制器（PLC）所构成的电源自动投入装置开始被利用起来，这一PLC控制系统利用一次设备的正常运行信号作为选择备用电源是否该被投入使用的条件。当条件满足是，相应的程序被执行。通过对逻辑关系的判断和端口信号的处理，由可编程逻辑控制器（PLC）组成的备用电源自动投入系统可以实现备用电源的自动介入。考虑到PLC控制系统的特点，这套装置具有易于调试、接线方便、线路简单、可靠性好、成本低廉等方便的优势。

3.2顺序过程控制

在电力系统的发电环节中，作为工艺流程，除去开关量控制，还有一类，顺序控制。近年来，资源的使用问题和环境保护问题之间的矛盾已成为整个社会所热议的问题。针对如何在保证经济良好发展的同时做好环境保护工作，国家提出了多项处理措施，其中，加大节能减排力度，加快技术转型成为均衡能源消耗和环境保护的一项有利的措施。提高车间自动化水平，优化工艺流程控制，采用可编程逻辑控制器（PLC）对整个生产过程中的流程进行严格控制。通过传感器等测量器件对不同工艺环节的数据进行测量，由PLC内部的程序进行统筹控制，使得整个生产过程规范化，运行人员只要通过观察与PLC相连的辅助系统的显示器就能够进行監视整个流程。并通过相应的操作对生产过程进行干预。通过采用PLC控制技术可以提高生产效率。

4.对PLC在电气自动化系统中应用的前景展望

可编程逻辑控制器（PLC）从被发明问世至今，经历了不断的改进与发展，尤其是近代新技术的不断出现，使得PLC不论从使用功能上，还是种类上，都有了很大的发展和变化。变得更加智能化、数字化、自动化。其在模拟量处理、数字运算等方面的能力得到了很大的提高，甚至在某些控制应用领域里可编程逻辑控制器（PLC）超过并取代了之前占有绝对地位的集散控制系统（DCS）。但是，虽然PLC系统有着诸多的优点，得到如此广泛的使用，但是仍存在一些有待改进的地方，例如在抗干扰能力方面可编程逻辑控制器（PLC）任然有需要加强的地方，比如在一些电磁干扰比较强烈或者使用环境比较恶劣的情况下，PLC的正常使用会受到影响，从而使得整个生产运行环节受到影响。下一步，在不断提高、完善PLC功能的前提下，仍然需要对PLC的抗干扰能力进行加强，保证其在一些特殊的工作环境里能够准确无误的完成既定的控制功能，提高可编程逻辑控制器（PLC）在电气自动化系统控制中的作用。伴随可编程逻辑控制器（PLC）技术的不断发展，工业自动化在电气控制方面将会有越来越大的进步。

5.结束语

在如今的工业生产环节中，可编程逻辑控制器（PLC）的广泛使用体现出了PLC在自动控制领域的优势，同时，随着电力电子技术、微电子技术的不断发展，PLC控制技术也将迎来新的发展，伴随其他控制系统和控制技术的出现，相信电气自动化控制系统的发展将会达到一个新的高度。

参考文献

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作者简介

李浩，男，山东济宁人，学士学位，济宁市技师学院助理讲师，研究方向：自动化专业。