PLC在电气自动化控制中的价值及实践探究

吝锐军

（厦门TDK有限公司，福建 厦门 361021）

0 引言

PLC技术的适应性非常强，且具有良好的安全可靠性，编程方式不是很复杂，即便是传统设备在运行的过程中存在缺陷，也能够科学有效解决，由此使得电气自动化控制有较高的水平[1]。

1 PLC技术的分析

1.1 PLC技术概念分析

PLC技术为可编程逻辑控制器技术，在实施技术操作的同时，还可以控制流程，进行逻辑运算等等，在具体的应用中还可以发挥继电保护装置的作用。从硬件结构上来看，PLC与微型计算机有很大的相似度。

1.2 PLC技术的构成及原则

（1）PLC技术的构成。从PLC的结构上来看，主要包括两种，即固定式模块和组合式模块。固定式PLC主要包括电源、I/O板、CPU板等等，这些模块组合成为一个整体，是不可拆卸的。中央处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。模块式PLC主要包括机架、内存、底板、电源模块、I/O模块以及CPU模块等等。在对模块进行组合配置的时候可以按照一定的规则进行。PLC本身就是工业控制计算机，硬件结构与微型计算机相同，基本结构包括电源、中央处理单元(CPU)、存储器、输入输出接口电路（I/O模块）等。其中，电源是将电能传输给PLC各模块的集成电路，其决定了整个系统的运行质量。在PLC中，中央处理单元(CPU)为控制的中枢，发挥神经中枢的作用，每套PLC都会有一个独立的CPU。PLC的重要参数是内存容量和CPU速度，对PLC的运行速度、软件容量以及I/O数量等等都起到了决定性的作用，所以对控制规模予以限制。存储器主要发挥的功能是存放应用软件和系统软件，前者为系统程序存储器，后者为用户程序存储器。输入输出接口电路在信息传输中，模块将PLC的I/O电路整合，输入暂存器就可以将输入信号状态反映出来，输出锁存器状态也通过输出点反映出来。

（2）PLC技术的原则。电气自动化控制中应用PLC能够保证产品质量，生产效率大大提高。对于PLC技术的应用中要明确其原则。具体如下：

其一，选择PLC的时候不仅对技术指标的各项要求予以满足，还要对该公司有关产品的技术支持以及售后服务予以关注，主流产品是最佳选择。

其二，对于被控对象的控制要求要最大程度地满足。

其三，要保证控制系统简单，运营成本低，而且便于操作和维修。

其四，对于控制系统要保证其安全可靠运行。

其五，由于工业生产的不断发展，加之工艺技术的改进，在PLC容量的选择过程中要注意留有余量。

2 PLC在电气自动化控制的优势分析

2.1 电控系统的抗干扰能力有所提高

在控制传统电气系统的时候，各种线路结构发挥重要的作用，当线路通电过后会有电磁感应产生，这样就会干扰电气控制，使其控制能力被减弱。在电气控制中将PLC合理应用，形成集成电路的线路结构，同时将防干扰技术充分利用，防止环境因素干扰电控系统。在电气控制中应用PLC，技术人员可以从实际环境出发分析电气控制的干扰源，采用编程的方法将干扰源分析结果写入到PLC系统当中，由此使得抗干扰能力有所提高。

2.2 电控系统的技术维护量降低

在电气控制中应用PLC，可以使得系统环境得以改善，防止大量线路参与其中[1]。在PLC自动化控制线路中，不再发挥线路连接的作用，而是运用逻辑功能实施控制，电控系统设计的过程中减少工作量。PLC有很强的控制能力，防止电气系统在控制的过程中维持高频率。在电气控制中应用PLC，由于其自身具备故障自诊断功能，所以维护量会有所降低，确保电控系统对各种类型的应用环境有很强的适应性，对系统采用科学合理的方式进行维护，使得电气控制有较高的维护能力，获得良好的控制效果。

2.3 电控系统的操作度有所提高

在编辑程序和数据信息存储的时候应用PLC，控制符号以及命令更加简单，容易理解，做到有效识别，对PLC设置以及操作合理应用，就可以对电气系统的运行合理控制。当前来看，在电控系统中广泛应用PLC，其操作便捷，对人、财、物合理应用，减少浪费，所以，对于PLC编写程序的方法予以掌握，就能够科学操作电气系统并合理控制[2]。

3 PLC技术的具体实践分析

3.1 在控制顺序方面

当顺序控制系统处于运行状态的时候，最为重要的部分是控制开关量，需要对继电器控制元件不断优化，完善控制系统的灵敏度，保证其顺序性。当控制系统处于运行状态的时候，就可以发挥PLC梯形图控制作用，确保控制按照顺序进行，不会产生错乱。

3.2 在开关量（数字量）控制方面

按照传统的控制模式，使用的装置是继电器，目前应用比较广泛的是NC位置控制单元（以OMRON PLC为例，如图1所示），作为PLC的扩展单元使用，使其各项操作任务有效完成。使用位置控制单元后会简化布线，提高运行质量，充分发挥系统功能，使操作系统运行效率大大提高。

图1 NC位置控制单元控制图

3.3 对模拟量的控制分析

在对空调或电梯系统的过控制系统中，模拟量是一种连续变化的量，例如温度、压力、湿度、流量、转速、电流、电压、扭矩等等。传感器检测实际的物理量，然后变送输出模拟量给PLC，由PLC转换成数字量，再由PLC的程序编程对数字量进行处理。模拟量变化，实际上就是一个线性转换的过程。

3.4 对数据处理的控制分析

当前的工业企业中已经广泛应用数控技术，在于强大的PLC技术支撑。数控技术包括多种，即连续型、直线型等等，PLC技术起到指挥的作用，能够合理控制运动轨迹，在生产灵活多变的环境中也能够满足需求。PLC技术的优点在于，其具有全面性和稳定性，在两种数据装置中应用可以获得良好的效果。

3.5 对闭环的控制分析

供水系统，在进行闭控制的时候应用PLC技术，能够对运转速度的测量有效控制，同时控制好调节器。PLC技术的测量以及操作主要采用的是电子调节运转速度的方法，应用PLC技术对于动力泵的运行时间可以准确测量，并及时反馈给控制系统，促使备用泵与主力泵之间的自由切换，由此提高运行效率。

3.6 在柔性制造技术中的应用

柔性制造系统（简称FMS）、综合PLC、微型计算机、工业机器人及自动仓储自动搬运等技术，实现机械加工的自动化，仓储搬运自动化，从而实现节省人力，提高效率，确保品质的目的。在FMS中4台PLC分别作为局部信息传输网络控制单元，和加工控制器，构成一个局部区域网络工业控制系统[3]。

图2 FMS系统的构成框图

4 PLC在无尘室空调控制中的新应用分析

医用CLASS 1000级无尘室中安装有洁净手术室控制系统，其主要的构成是PLC系统、表面式冷却器、温湿度传感器、手术室控制面板和电加热、电加湿设备，压差传感器，粉尘过滤装置。当该系统处于运行状态的时候，风机启动，之后温湿度传感器对回风的温湿度进行测量，压力传感器对室内外压力进行测量，风速检测仪器对高效过滤器进入无尘间的风速进行测量，PLC对于此与设定值比较，根据工况的不同进行运算，并做差异调整。PLC控制加热电源、风机以及加湿电源的时候，主要发挥作用的是数字I/O口，通过模拟输出接口控制阀门的开度、电加湿以及电加热情况[4]。

以西门子S7-200PLC为主控制器为例，实现在不同工况下温湿度的PID控制。S7-200PLC具有强大的性能，最优模块化和开放式通讯，整个的结构紧凑小巧，具有大容量程序和数据存储器。S7-200PLC的运行结果表明，该温湿度控制系统具有较高的抗干扰能力，可靠性高，运行稳定，温湿度控制精确，完全能满足洁净手术室应用要求。

PID控制算法是控制算法中的重要算法，自动控制系统应用该算法，以西门子S7-200PLC为例，PID回路指令是由S7-224提供的，如此更加容易操作PID算法的编程并实现。输出PID运算的结果，对所产生的偏差加以控制，使其趋向于零，由此系统处于稳定的状态。PID回路指令主要包括积分、比例以及微分回路等等，由S7-200CPU提供，之后进行PID计算。在进行PID回路操作的时候，有9个参数在36个字节回路表存储，这些参数起到了决定性的作用。通过对参数值进行调整，就可以对温度偏差、湿度偏差以及偏差的变化情况予以改变，由此起到温湿度控制的作用。

做好变频器节能控制工作，将安装在管道或其他部位的传感部件充分利用起来，测得温度、密度、压力、流量的变化，检测到变化后，传感部件就会将模拟信号传输给变频控制器，变频控制器对电动机的频率进行调整，使电动机的运转速度合理，由此可以获得节电效果[5]。

5 结语

通过上面的研究可以明确，电气自动化控制中对于PLC技术广泛应用，对该系统的技术升级起到一定的控制作用。PLC技术有很多的优点，其安全可靠性非常高，技术应用中操作快捷、流程简单，而且能够迅速反应。相比较于传统的继电器，PLC技术具有很强的抗干扰能力，即便是非常复杂的环境中，PLC技术也不会受到影响工作，并且具有很强的灵活性，可靠性非常高，且有良好的适应性。将该技术应用于电气自动化控制中，有助于提高工业生产效率，还能够控制生产成本。为了使PLC快速发展，还要对该技术实施改善并不断提高。