电气自动控制PLC应用问题分析

郭淳芳

（长沙民政职业技术学院，湖南 长沙 410004）

PLC的全称是可编程逻辑控制器，可编程的存储器内部有储存程序，能够执行一系列的逻辑运算，并且顺序控制面向用户的所有指令，使机械生产的整个过程均可以得到有效控制。作为当前一种基于继电接触控制技术和微机技术的新型技术，PLC技术的应用更为灵活，工作流程也更加高效快捷，在电气自动控制中有非常广泛的应用[1]。本文结合电气自动控制PLC应用现状，进一步探究PLC技术在电气自动控制中的应用。

1 PLC的结构

当前使用的PLC类型较为多样，但结构与工作原理没有太大的差异。PLC的结构包括硬件系统和软件系统，硬件系统主要由存储器、CPU（中央处理单元）、编程器、通信网络、电源组成。若是将PLC视为一个系统，输入变量包括外部的模拟信号和开关信号，存储至PLC内部的数据存储器之后，可以通过输出变量的形式传送到输出接口，此时可以有力控制输出设备。在PLC的硬件系统中，当前有模块式PLC和整体式PLC。以模块式PLC为例，其主要由I/O模块、CPU模块、接口模块、底板、电源模块、内存组成，用户可以结合需求自行拓展和组合I/O模块能力。对于PLC来说，CPU模块是核心部分，由存储器和微处理器组成，发挥着至关重要的作用。在操作过程中，CPU模块有四个方面的重要作用：一是检查和校验用户程序；二是接收和调用现场信息；三是接收与存储用户程序和数据；四是故障诊断，可以进行故障排查和错误纠正[2]。

在PLC的软件系统中，主要由系统程序和用户程序组成。系统程序多由PLC的制造厂所编制，安装在PLC上。当前PLC上的系统管理程序已经有多方面的功能，可以实现时间分配的运行管理、存储空间的分配管理，系统的自检程序能够对系统进行一系列的检验，及时处理所存在的风险。用户程序主要有四大程序：一是操作站系统应用程序；二是开关量逻辑控制程序；三是闭环控制程序；四是模拟量运算程序。

2 PLC技术的主要特点及功能

2.1 PLC技术的主要特点

PLC技术的主要特点有四个：一是可靠性高，具有很强的抗干扰能力；二是使用方便，通用性强；三是编程方法简单，较容易掌握；四是PLC控制系统的设计、安装、调试与维护简单有效。以编程方法简单为例，有多种科学可行的程序设计语言可以使用，可使用的编程方法也较多，主要有功能表图、高级描述语句编程、功能模块图，且都易于掌握。对于PLC技术在电气自动化控制中的应用来说，设计、安装、调试与维护均至关重要，在这些方面已经积累了较多的成功经验。在设计方面，因为设计难度较低，PLC控制系统产品较多，且性能价格比较高。在安装方面，基于软件优势，PLC安装时可以简化或取消计数器、中间继电器、时间继电器的安装，安装作业量和难度均可以减少。再从PLC的维修这一方面来说，PLC控制系统的故障率是很低的，可以及时诊断和修复，若是PLC本身的故障，则可以尽快更换模块，维修是较为简单有效的方法。

2.2 PLC技术的主要功能

PLC技术的功能显著，广泛应用在电气自动化控制中，并取得了良好的应用效果。在电气自动化控制中，PLC技术可应用在开关逻辑与顺序控制中，还可以应用在闭环过程控制、数据处理、通信联网中[3]。以开关逻辑与顺序控制方面的应用来说，其功能集中体现在三个方面：一是可以实现时间程序控制，电气自动化控制设备可以按照预定的时间执行各项操作指令；二是可以实现逻辑顺序控制，即按照逻辑的先后顺序精准执行各种操作指令；三是可以实现条件顺序控制，当条件满足便可以执行操作，反之则不能操作。以闭环过程控制为例，当前PLC技术广泛应用在加热炉、锅炉、热处理炉设备中，可以闭环控制温度、压力、流量、液位等模拟量，模拟量与数字量之间的A/D与D/A可以较容易实现。总的来说，PLC技术的功能是显著有效的，可以广泛应用在电气自动化控制中。

3 PLC技术在电气自动化控制中的应用

3.1 开关量控制

PLC技术的开关量控制能力非常强，广泛应用在化工、纺织、冶金、机械、轻工等行业中。PLC技术可以联网，控制的进出点数量不会受到限制，少则几点，多则数万点，均可以有效控制。在开关量控制方面，PLC技术的应用优势集中体现在两个方面：一是在电气自动化工程运行中，开关控制会消耗较多的电能，运行时间过长则会导致系统短路，而PLC技术可以很好地解决这一类问题，其所编辑的逻辑信息可以有效控制开关，电气系统的安全性与可靠性均可以得到保证；二是借助PLC技术可以缩短控制程序中继电器的响应时间，软件程序可以结合实际情况编制，整个控制可以变得较为灵活，能够解决开关量控制中多状态变化的问题[4]。若是有必要，还可以编制多套程序，提高开关量控制的效率，提高电气设备的生产率。总的来说，PLC技术因具有在开关量控制中方便可靠的特性，适合应用在电气自动控制中。

3.2 数控系统

为实现机电产品系统的应用效果，在控制系统、连续控制系统、线性控制系统中均广泛应用着机电一体化系统，但也存在着阻力问题。基于PLC技术的发展，当前越来越多的机械企业将PLC技术应用至机电一体化系统中，较好地解决了阻力问题。从机床加工的功能调节这一方面来说，PLC技术有较强的抗干扰能力，运行的可靠性也非常强，机床加工过程中不易受到外在因素的影响，可以始终处于稳定状态。再从机电工程智能自动化综合控制方面来说，借助PLC技术可以确保机电产品的优势得以发挥，电气改造工程的成本能够得到有效控制。具体来说，在电气工程改造中，PLC技术的改造流程简单快捷，同时具有故障判断、自动控制和远程监控的优势，有利于实现电气工程的自动化。若是电气技术应用过程中需要优化，则用户一方面可以借助PLC技术对电气设备进行编程，另一方面可以在网络上自动编程[5]。此外，在数控系统中，应用PLC技术可以简化复杂控制过程，其所使用的屏蔽技术和调频技术能够避免电磁干扰，数控系统运行过程中不易出现操作偏差、数据计算错误等问题，数控系统的安全性与稳定性能够得到保证。

3.3 模拟量控制

电气自动控制过程中，电流、电压、压力、温度的控制至关重要，若是进行连续生产，则必须有力控制这些物理量。为发挥好PLC技术在模拟量控制中的效能，PLC制造商做了较多的研究，配置了模拟量与数字量可以相互转换的A/D与D/A单元，无论是大型机还是小型机，均已经较好地实现了模拟量控制。

在A/D单元中，外电路的模拟量可以转换为数字量，并送入到PLC系统，而D/A单元可以将数字量转换为模拟量，送入到外部电路中。A/D单元中的A可能是电流、电压，也可能是温度，D/A单元中的A多是指电流或电压。如果将A/D单元与D/A单元组合至一起，则模拟量控制的能力可以大大提高，甚至在控制模拟量的过程中可以同步控制开关量，其他的控制器没有这一功能，进一步凸显了PLC技术的模拟量控制优势。目前来看，电气自动化工程中所使用的大中型PLC模拟量控制能力很强，可以开方、插值和浮点操作，所产生的输出可以由所有的计算机完成计算[6]。

3.4 顺序控制

在当前的PLC技术中，顺序控制所涉及的内容与知识较多，覆盖面已经非常广泛，比如可以实现现场感应控制和远程控制，相关的零件可以得到及时有效的优化。借助科学的组合形式和设计安排，PLC的标准化程度可以大大提高，既有利于发挥出PLC技术的优势，也有利于顺序的控制管理，无需人力干预。在电气自动化控制中，人工智能技术和云计算技术已经趋于成熟，可以应用在电气工程中，协助PLC技术共同完成顺序控制，PLC技术能够具备人脑的思考能力，灵活地控制电气工程系统[7]。比如在电气工程系统运行中存在通信协议错误的问题时，因为智能技术的加持，拥有专家数据库、模糊计算、神经网络等，所以系统可以自主选择适用的通信协议，顺利消除潜在的故障风险。

实现顺序控制时，多是在电气自动控制系统中增加传感器和主站层，甚至可以增加远程控制，电气自动控制因此可以更有序和更有效，整体效率可以大大提高。此外，控制过程中可以实现工人顺序的控制，故障发生风险大大降低，对于一些大型的电气设备来说，借助PLC技术控制顺序，能够控制和降低整体的电耗，生产成本可得到有效控制，获得更好的经济效益[8]。在后续应用PLC技术实现顺序控制时，应该更重视智能化技术的引入，可以将PLC技术与数字化技术结合起来，核心模块的功能也应该逐步完善，共同应用在电气自动化控制中，达到更为理想的顺序控制目标。

3.5 其他方面的应用

PLC技术在电气自动化控制中的其他应用体现在以下三个方面：运动控制、数据采集、信号监控。

1）除进行电气自动化工程的模拟量控制和开关量控制外，还需要做好运动控制，运动控制的有效方法以数字控制技术为主，当前有广泛的应用。在金属切削机床数控中，PLC技术有两方面的优势：一是可以通过多种方式接收脉冲，也可以接收多路脉冲；二是具有脉冲输出功能。以脉冲输出功能为例，脉冲频率往往可以达到几十个K，在此基础上配备一些传感器或脉冲伺服装置，则可以大大提高运动控制能力，同时具备数据处理能力、操作能力[9]。随着近年来PLC技术的发展，运动控制不仅可以做到点控制，也可以实现控制曲线运动，不过对PLC单元配置能力有较高的要求。

2）为应对电气自动化控制的更高要求，当前PLC的数据存储区不断加大，目前所使用的德维森PLC已经可以达到999个字，所以能够存储大量的数据。电气自动化工程的数据可以由计数器记录，定期转移至数据存储区，进行计算机处理，此时PLC能够成为计算机数据终端[10]。若是有需求，可以将PLC配备在小型打印机上，借助计算机读取相关的区域数据。

3）在电气自动化控制中，PLC的自检信号较多，同时内部设备也较多，必须实现自动化的信号监控与预警。目前使用PLC技术完全可以实现电气自动化的信号监控，或者可以监控相应的控制对象，能完成自动控制系统的自动监控和自动诊断，发现系统故障后可以发出预警信号，电气自动化控制的可靠性得以大大提高。

4 结束语

综上所述，PLC技术在电气自动化控制中发挥着十分重要的作用，可广泛用在多个方面，有助于促进电气自动化工程的健康发展。当前PLC技术在开关量控制、模拟量控制、运动控制、数据采集等方面的应用优势是显著的，后续要进一步完善和优化，发挥更大的效能。此外，应促进PLC技术与智能技术的有机融合，促进电气自动化的智能化控制和信息化控制，取得更好的控制效果。