PLC在电气自动化中的应用研究

杜琳琳

（河钢邯钢大型轧钢厂，河北 邯郸 056000）

自人类文明进入电气化时代之后，人们对于电气自动化控制的探索就从未停止，从最早的单片机控制开始，自动化控制经历了从单机自动化到集成自动化的发展。时至今日，以PLC为核心的自动化控制技术已逐渐在涉及人们生产生活的各种电气设备中得到广泛的应用，极大地提高了生产效率，解放了人力资源，改善了人们的生产环境。

可以说PLC技术的应用使电气自动化控制发展迈入了新的层次。本文分析了PLC自动控制的基本原理，对PLC在电气自动化中的应用进行了探讨。

1 PLC及其控制原理的介绍

（1）PLC及各功能单元介绍。PLC又称为可编程逻辑控制器，是一种具有自动化控制功能的数字运算控制器，通过内部的微型处理器，可在内存中存储各种控制指令，并按控制执行机构按要求执行相应的控制指令。可编程控制器主要由微处理器CPU、电源、输入/输出接口、数据内存器（ROM/RAM）、数模转换器等功能单元组成。其中电源多采用开关式稳压电源供电，具有交变转换功能，可将外部交流电转换成PLC内部所需的直流电，从而维持PLC内部各功能部件的运行；中央处理单元（CPU）是PLC最为核心的部件，决定了CPU各项运行性能，其作用是通过数学和逻辑运算进行各项用户程序的处理和运行，控制整个系统并使之协调运行；存储器用于各种系统程序和逻辑变量的存储，CPU的各种控制指令皆由存储器中调出，其存储内容一般由厂家编写和修改，用户无访问和修改权限；输入/输出单元主要由通讯接口实现与被控设备的连接，搭建中央处理器与被控设备之间的通讯桥梁。

其作用是接收主令元件、检测元件传来的信号，在经过中央处理器对输入信号的处理之后将其转换为弱电信号，驱动执行元件使被控设备执行控制指令。此外，CPU根据机型的不同还可外接设备，实现编程、实时监控和网络通信功能。

（2）PLC的基本控制原理。PLC主要是通过对信息的采集、处理之后，按照内部设定程序输出相应的控制指令，从而控制执行机构完成控制指令。其控制过程可分为输入采样、用户程序执行、输出刷新三个阶段。

采样输入阶段以扫描的方式对外接传感器设备采集的模拟信号进行读取，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内；之后进入用户程序执行阶段，中央处理器会对采集的模拟信号进行扫描和逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态，确定输出过程映像；最后进入输出刷新阶段，这也是执行信号真正的输出环节。CPU会根据存储器中的内置程序发出相应的控制电信号，控制执行机构按指令运行。

2 PLC在电气自动化中的应用

基于PLC的自动控制系统具有安装方便、可靠性好、组态灵活、编程简单、输入/输出功能模块齐全、运行高速、通用性强等诸多优点，因而在电气设备自动化控制中得以广泛应用。PLC在电气自动化中的应用主要是电气设备运行的时间控制和过程控制，使电气设备可以在无人或少人操作的情况下，自动按照设定程序执行控制内容。

（1）PLC在顺序控制中的应用。顺序控制是PLC逻辑控制的重要内容，主要是使电气设备根据生产按照一定的顺序和流程运行。比如在焦炉的交换机系统中，每一个交换过程都需要空废气缸和煤气缸按照一定的顺序进行开闭。

在PLC设定好的控制逻辑下，交换机系统会每隔一定时间就按照煤气缸关＞空废气交换＞煤气缸开的流程控制焦炉空废气系统进行自动交换，从而保证了焦炉在无人操作的情况下即可定时完成换向加热。这也是PLC在顺序控制方面比较典型的应用案例。

（2）PLC在开关量控制中的应用。开关量的逻辑控制是PLC应用的基本领域。过去对于的电气开关主要采用继电器进行控制，但由于电磁继电器中连接点较多，易引发触电事故；而且随着继电器的老化，开关控制的敏感性也会降低，难以保证系统运行的可靠性。

在PLC系统和内存中写入开关量逻辑，可极大地简化开关量控制中的人为因素，根据设备运行情况自动进行相应的分合闸操作；当电气系统出现故障时，PLC会发出控制指令执行跳闸保护动作。比如在高压水除鳞环节，PLC即可根据生产工艺要求通过对电机和阀门的启停控制来调节水箱水位和压力，从而实现了高压水射流对带钢的自动除鳞。

PLC控制技术的应用基本杜绝了开关控制中人为因素造成的误操作，降低了接线错误率，保证了开关量控制的准确性。同时也为后期的设备检修提供了方便。

（3）PLC在时间控制中的应用。PLC在时间控制中的应用主要是使电气设备按照一定的时间间隔周期性地执行某些控制指令。可根据生产工艺要求，在系统中对控制的时间逻辑进行编程，即可实现对相应操作的时间控制。比如在镀锌生产中，对气刀喷吹时间的控制就是通过PLC实现的，使气刀喷吹时间控制非常精确，有效保证了锌层厚度等质量要求。

（4）PLC在位置控制中的应用。PLC在工业生产中对各种物理量的控制主要是对压力、流量等参数的控制，其控制过程通过对各物理量的反馈控制来实现。

比如在冷轧生产线自动控制中，卷曲张力的控制就是由PLC程序根据反馈的带钢宽度和厚度等物理量换算得出。PLC根据反馈值与设定值之间的差值，自动对轧辊间隙等物理量进行控制，从而达到最为理想的板坯尺寸。