电气自动化设备中PLC 控制系统的应用探讨

杨秀芬，赵景彩

（1.威海威高采血耗材有限公司；2.威海中玻光电有限公司，山东 威海 264200）

PLC 控制系统又称编程控制器，于19 世纪80 年代得到了广泛的应用，并且逐步进行了普及，通过长时间的发展以及在应用过程中的摸索与研究，目前PLC 控制系统有着较为广泛的发展前景。近年来随着全球化进程的不断加快，对编程控制器的研发也在逐渐加大投入，因此其应用的范围也在进一步扩大，目前所使用的编程控制器主要包括以下两个方面组成，即DCS 和FCS 两种系统。这对于电气设备的自动化运转来说，是非常重要的控制系统，PLC 的控制系统在该领域具有十分重要的发展前景。

1 PLC 控制系统概论

1.1 PLC 控制系统的工作原理

PLC 控制系统是依靠指定的程序来对电气设备进行控制的，在实际应用的过程中，主要利用计算机来实施，通过自动化处理和控制，让相关设备的工作效率得到进一步提升，提高设备整体的安全性与有效性。

PLC 实际上是一种可编程的控制系统，采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作。通过引用数字模式的输入，来对一些操作指令实施处理。PLC 系统从硬件上来说，主要包括6个组成部分，即电源部分、中央处理器部分、保存设施部分、输入输出设备部分、功能模板部分和通信部分。工作流程主要包括3个步骤：首先，输入采样，通过控制结构和其他设备上的控制信息进行共享和转换。在确保主机能够正常运转的情况下，和除主机以外的设备进行信息传递，从而实现对设备的控制。其次，程序执行，从PLC 系统的输入端，到PLC 系统的输出端，都是有线圈相对应的。在此过程当中可以实现对用户设定的程序加以扫描，并且可以开展合理的监督，进行线路核算时，要坚持从左至右的方式来实现。最后，输出更新，对PLC 系统输出的情况进行采集和验收，确保整体电路的运行效率得以提升。

1.2 PLC 控制系统的应用范围

一方面，PLC 系统能够通过电子信息技术实现对全流程的控制，同时还可以实现一些较为复杂的指令，比如定时顺序控制等。这方面主要是依托于电路的设置，应用范围也是比较广泛的，除了工业行业以外，对其他行业也是有所涉及的。比如说在电梯行业，PLC 系统也是有广泛的运用的，可以完成对电梯上下的指令和控制。在机械化操作比较多的机械领域也有一定的应用，可以自动实施流量检测，压力传导和温度检查等。这为解放人力资源、实现工业自动化生产奠定了良好的基础。另一方面，PLC 系统可以实现网络传输与控制等。在工业领域的具体应用当中可以进一步提升传输的效率以及进行自动排序和处理等等，这样可以将各分系统的数据有效的进行采集并加以分析。

这种功能的运用主要体现在大型机械设备当中，比如医疗制造行业或者精密仪器的制造等等。与此同时，PLC 系统可以通过计算机网络和其他的控制器相互连接，这样可以达到共享信息资源的目的，并且分布在各系统里面，这样可以在集中管理的同时达到分散控制的目的。这同时也为生产控制系统在工业领域的实际应用提供了有效的技术保障。

2 电气自动化设备中的PLC 控制系统的特点

2.1 反应迅速，使用灵活，通用性强

PLC 系统的反应速度快捷，借助继电器可以取消内部的一些导线，这样在运行时节点变位的效率可以进一步提高节约运作的时间。与传统形式下的继电器相比较，PLC 系统中的继电器可以将返回系数降到比较低，基本达到忽略不计的状态。因此PLC 系统在数据处理时的优势还是比较明显的。加之PLC 的产品已系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。在PLC 构成的控制系统中，只需在PLC 的端子上接入相应的输入输出信号线。当需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序。

2.2 可靠性高，抗干扰能力强，具备良好的安全性

PLC 采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高，从实际使用情况来看，PLC 控制系统的平均无故障时间一般可达4 ～5万小时。PLC 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，能适应有各种强烈干扰的工业现场，并具有故障自诊断能力。PLC 系统的运行过程中还是比较安全的，在比较复杂或恶劣的工作条件中，依然可以运转顺畅，保证可靠，在安全性方面还是有明显优势的。

2.3 接口和编程简单，维护方便，操作简便

PLC 接口按工业控制的要求设计，有较强的带负载能力。接口电路一般亦为模块式，便于维修更换。有的PLC甚至可以带电插拔输入输出模块，可不脱机停电而直接更换故障模块，大大缩短故障修复时间。PLC 的输入输出系统能够直观反应现场信号的变化状态，直观反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通讯状态、I/O 点状态、异常状态和电源状态等，非常有利于运行和维护人员对系统进行监视。大多数PLC 的编程均提供了常用的梯形图方式和面向工业控制的简单指令方式。编程语言形象直观，指令少、语法简便，利用专用的编程器，可方便地查看、编辑、修改用户程序。

3 电气自动化设备中PLC 控制系统的应用分析

3.1 利用顺序操控，提高工作效率

在电气自动化设备的运转中，可以让整个电气自动化设备按照设定的程序来进行控制，这和传统方式下的控制是不一样的，传统的方式受人力影响比较大，有时可能会出现紊乱或者失灵的情况，操作质量也会有参差不齐的现象。而PLC 系统实现顺序的方法，可以将自动化设备中的不同环节设置采用不同的操作方法，进而使得整体的方法更加便捷操作。并且可以实现在一个环节出现故障时及时终止整个系统，保证安全性的同时，根据系统的自我保护，降低故障发生的频率，从而最终提升企业的经济效益。

3.2 开关量控制中PLC 控制系统的应用

在开关量控制中，使用PLC 系统可以实现更加精准的控制，确保系统具有更强的安全性能。尤其是对于电气自动化设备来说，调控会显得更加及时，可以避免一些由于控制不及时而产生的隐患。

PLC 控制开关量的能力是很强的。所控制的输入输出点数，少的十几点、几十点，多的可到几百、几千，甚至几万点，由于它能联网，点数几乎不受限制，不管多少点都能控制，所控制的逻辑问题可以是多种多样的：组合的、时序的、即时的、延时的、不需计数的、需要计数的、固定顺序的、随机工作的等等，都可进行。用PLC 进行开关量控制实例是很多的，几乎所有工业行业都需要用到它。因此，PLC 控制系统能方便并可靠地用于开关量的控制，实现资源的整合，充分发挥信息应用的最终效益，并且以此来解决在生产过程当中出现的各种安全隐患。

3.3 闭环控制中PLC 控制系统的应用

在电气自动化设备的正常运行过程中，闭环控制也是其中一个非常重要的环节。PLC 可以用于运动闭环控制，比如伺服电机转速的闭环控制，伺服电机定位的闭环控制，变频调速电机转速的闭环控制等。在一些设备的启动方式中，PLC 系统展现的优势是比较可观的。传统的电机启动一般是通过手启动或自动启动等方式来进行的，而PLC 系统是通过系统设置来进行自动化处理的，能实时准确地与其他系统协调工作，这样就可以和机械设备的匹配性达到更强，可以避免由于系统自身运转不畅而导致较大的故障问题。PLC 系统在闭环控制中不仅仅是在安全方面效果比较好，还可以对整体的流程进一步优化。

3.4 自动切换控制中PLC 控制系统的应用

PLC 系统除了进行以上功能外，还可以开展自动切换操作。这种自动切换的控制，可以根据具体设备在运行过程当中的实施情况来达到相关的操作要求，这样可以进一步提升机械设备在运转过程当中的综合性能。比如在一些机器设备中，由PLC 系统来控制备用电源，就可以引入自动切换控制，这样备用电源的启动可以更加高效，PLC 系统可以帮助其提供切换的依据，来提升整体操作性能。

3.5 PLC 实时监控，对整个设备进行监控、分析、可视化的应用分析

随着我国交通行业发展态势迅猛，PLC 系统在电子监控领域应用范围也越来越广泛，尤其是公路交通中队运输的合理规划。这种方式在近年来也是很受欢迎的，各管理者和决策者也越来越认识到，依靠PLC 技术可以为交通带来较大的便利，确保安全性能。比方说在某一个点位发生了交通事故，此处的监控设备就可以感应到并迅速作出反应，这样可以让交通管理的效率得到进一步提升，同时可以降低人力资源的压力。对于违反交规的行为来说，PLC 系统控制的监控设备可以精准进行定位，因此可以减轻交通管理人员的压力，进一步降低人力资源成本为，让城市的交通变得更加安全有序。

3.6 变频器中PLC 自动控制技术的运用

随着信息化进程的加快，PLC 系统在变频器中的运用也在进一步推广。通过对PLC 进行设定和编程，可以实现电机设备的变频和调速，这一方面目前已经在工业领域得到推广和使用。让PLC 系统与变频器实现有效的功能连接，再运用人际交互的操作界面，可以让PLC 系统对变频器电机达到自动控制的理想状态。一旦设置比较科学之后，可以实现电机和PLC 系统联动式操作，这样可以让工作人员进一步减轻压力。往往只需在PLC 系统中进行输入就可以达到对电机系统的有效控制。同时如果需要增加功能，还可以通过PLC 系统对电机操作的情况达到实时监管动态监控的目标。

3.7 数据处理过程的应用

PLC 系统在数据处理方面的应用也是比较突出的。这主要包括数据的传输、数据的运算和实现数据的指令等几个方面，在对数据进行处理时，电气自动化设备的处理能力会直接受到数据处理效率的影响，在这个过程当中引入PLC 系统可以实现移动存储使得不同的操作主体之间进行紧密的联系，构建数据传输的路径。在路径中可以通过指令来进行相应的运算，完成数据的最终交换，这样也可以为电气自动化设备的运行提供数据处理方面的技术保障。

3.8 模块化编程的应用

PLC 系统的模块化编程在实际生产过程当中的应用范围也是比较广泛的，通过模块化编程可以实现机器设备的流程化操作，进一步提高生产的智能化水平。当然在此过程当中需要对编程模块的安全性着重进行强调，以保证整体操作系统的可靠性。此外还需要对整个自动化模块实现基于PLC 系统的实时更新，这样可以让系统更加符合当前的生产需要，具有更高的适配度和灵敏性。在模块化编程中还可以加入故障提示系统和问题报警系统，也可以安装视频探头等监控仪器或者定位仪器，这样可以降低反复检查中所浪费的人力资源，进一步提高生产设备在进行处理时的运行效率。比如说，当PLC 系统控制下的设备一旦出现故障，就可以将相关的具体情况点对点的发送到工作人员的手中，工作人员收到警报后立即前往进行处理，根据系统推送的指定位置来进行精准的识别，这样可以比较快的采取相应措施，用最短时间解决问题和故障。

4 结语

近年来，我国电气自动化领域中的信息技术应用水平不断提升，PLC 系统在工业领域的应用也愈加广泛。在当前人力成本越来越高的情况下，采用PLC 系统可以满足当前生产的需要，且在实际生产中不断改进自身功能。随着PLC 系统的逐渐运用，设备运行的效率、安全性和稳定性将进一步提升。PLC 系统将有更好的发展前景，这对于我国经济技术的创新发展有着举足轻重的影响，因此需要我们结合实际，持续加强对PLC 系统的研究。