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電氣自動化中PLC技術的運用與趨勢

時間:2020-02-21 來源:中外企業家 作者:孫傳慶 本文字數:4285字

  摘    要: 通過在實際工作經驗的總結中可以發現,PLC技術在自動化控制中的應用與普及,有效的縮短了技術人員排查故障的時間,增強了工人的工作效率,而且還大幅提高了電氣設備的自動化程度。隨著對PLC技術的不斷優化與研發,其在電氣工程及自動化控制中的應用會更加廣泛。

  關鍵詞: PLC; 工業; 應用; 自動化控制;

  自動化應用的水平彰顯著一個國家的科技與工業實力,PLC技術是電氣工程自動控制中非常重要的技術,提高了自動控制水平,而且能夠讓設備當中一些比較難處理的問題和缺陷得到有效的解決。PLC因為其具有的比較好的可靠性與很強的適應性,在自動化控制領域中得到了廣泛的應用,小到可操作一個站點,一個部件,一個設備;大到可操控一條生產線,多臺設備,甚至是整個工廠。可以說在當今的自動控制中,幾乎是離不開PLC技術的。本文將對PLC技術在自動控制領域中的應用,進行總結與探討。

  1 、PLC的概念及特點

  1.1、 PLC的基本含義

  PLC的中文釋義為可編程邏輯控制器,可以將對設備的控制指令載入其內部存儲器進行執行命令與存儲功能,其具有的微處理器功能,主要用于對自動化控制的數字運算。PLC由電源、輸入輸出接口、數字的模擬轉換器、指令數據內存等部件組成。早期的PLC功能單一,只有邏輯控制一項功能,而且設計制造周期長,接線復雜,維修困難。但隨著后來對其不斷的優化與改進,當初這些簡單的功能已經擴展為集時序控制、多機通訊、模擬控制、邏輯控制等多功能于一體的控制器。現在電氣自動控制系統上使用的PLC已經接近或相當于一臺微型電腦主機,其可靠性與可擴展性的優勢,已經被廣泛的應用在當前的多種類的自動控制領域中。

  電源通過運用整流模塊將我們常用的交流電轉化為供PLC內部運行的直流電,開關式穩壓電源的供電方式,目前在PLC電源系統中應用較廣。CPU單元(中央處理器)是PLC的大腦,也是核心元件,作用是運行和處理用戶數據,進行數學和邏輯運算,協調整個控制系統,其性能的優越決定了PLC的運行速度與處理能力。存儲器的作用是儲存用戶程序、系統程序及邏輯變量等信息。被控設備與PLC相連的稱為輸入輸出單元,輸入單元是信號傳輸進PLC的樞紐,可以起到接收檢測元件與主令元件傳來的信號。而輸出單元的作用是將PLC的控制指令,傳輸給被控設備。

  通信聯網也是PLC一項極其重要的功能,可以使PLC與PLC之間、PLC與智能設備之間,PLC與計算機之間能夠交換數據信息,形成一個完整的控制系統,實現集中控制的目的。PLC和計算機一樣具有網絡接口,通過光纜或雙絞線,可以使其在較遠的范圍內交換數據信息。數據通信可以分為串行通信與并行通信兩種方式,并行是以字或字節為單位,其傳輸速度快,但所需傳輸線根數多成本較高,適合數據近距離傳送。串行是以二進制為單位,每次傳輸只傳輸一位,所需傳輸線根數少成本較少,適合數據遠距離傳輸。

  1.2、 PLC技術的特點

  簡單高效:簡單,我們可以理解為安裝方便、組態靈活;高效,我們可以理解為運行速度快。PLC的安裝與計算機系統的安裝相比較,對安裝環境要求不高,不需要為其專門設置一個機房,也不需要屏蔽措施,使用時只要把接口端子和執行與檢測機構相連接正確即可正常工作。用戶可以通過自動控制的需要對PLC進行不同的組合,可簡單靈活的對控制系統的規模和功能進行改變,而且PLC的編程容易上手,技術人員不需要計算機的專業知識,就可以編程。PLC程序控制的執行方式,會使其運行速度更快,可靠性也能得到很大的提高,這是傳統邏輯模式無法比擬的。

  實用性強:由于PLC技術適合各種應用場合,并且其可變性與編程簡單的特點,使其具有很強的實用性。PLC的控制功能好、可靠性強,可以根據自動控制系統的要求進行擴展,體積小、功耗小、集成化高非常適用于各行各業的自動控制中。現在大多數PLC在系統設計上采用的是集成化程度高的單片微型計算機,片內面向測控系統的外圍電路的增強,使PLC技術可以方便靈活的應用于復雜的自動控制系統及設備,如工業過程控制、工業控制器、過程檢測及電氣自動化控制系統等,大多都是以PLC技術為核心的多極網絡系統。
 

電氣自動化中PLC技術的運用與趨勢
 

  抗干擾能力強:通過運用隔離與屏蔽的方式有效地提高了PLC技術的抗干擾能力。PLC的控制電源正常是由電網提供,但電網電源易受到干擾,如大型設備的啟停、整流器故障、電網短路等會對PLC的供電產生影響,可能會造成PLC的運算錯誤或程序錯誤,這將會導致自動控制設備的誤動作和失控現象的發生。對PLC的核心部件要采用集成電壓調整器分級濾波處理。要完善PLC的接地系統,一方面可以提高其安全性,避免電網中過電壓、過電流的危害,另一方面會抑制電磁干擾。在實際應用中,PLC所采用的都是一點接地方式,將相近接地點以及所有地線端子通過一點連接,以提高抗干擾能力。

  2 、PLC技術是如何在電氣自動化中應用的

  2.1 、開關量控制

  開關量控制是PLC技術中最基本的應用。開關量控制的目的是根據開關量歷史的輸入組合與當前的輸入順序,使PLC產生對應的開關量的輸出,來達到系統按照給定的邏輯順序工作。PLC在電氣控制電路中比較常見的,可以提供開關量信號開關類元件有溫度開關、行程開關、按鈕等。行程開關的作用可以用來反饋運行位置,在電氣設備指定的位置上安裝一個行程開關,行程開關的觸點接到PLC的輸入點,PLC程序就通過此輸入點的接通與斷開狀態,進行相應的輸出。我們要電氣設備完成某一項或某一系列動作,就要通過按鈕來傳輸信號給PLC完成指令操作。溫度開關給出的信號也是開關量,為了讓控制系統簡單化,將不是開關量的溫度信號處理成了開關量,當達到設置溫度時,溫度開關內的繼電器就會接通,從而會給PLC發出信號,PLC根據接收到的信號在決定是否執行命令。

  2.2 、順序控制

  順序控制應用在電氣工程中,如果將一個控制系統分解為幾個相互之間獨立的控制動作,且為了保證生產的運行正常,各獨立控制動作能不出差錯的按照給定的先后順序依次的執行任務。實現PLC邏輯控制的三個必備要素是工作任務、轉移目標和轉移條件,三者缺一不可,缺少一個,順序控制功能都無法實現,通過對三個條件的完善與優化,可以有效提升自動控制系統的穩定性與效率。實現按給定的順序執行是順序控制系統的最基本特征,可以將順序控制細分為邏輯順序、條件順序與時間順序。邏輯順序即按照預先給定的條件,按順序依次的執行命令。條件順序即執行條件是否能滿足邏輯控制要求。時間順序即執行時間,什么時間開始執行命令,什么時間停止執行命令。順序控制提升了工業領域中自動控制水平,順序控制是在工業的自動控制系統中一種比較典型的控制方式,應用廣泛,如在交通領域中對信號燈的控制,對商品包裝的生產線控制等。

  2.3、 閉環控制

  在傳統的電氣工程領域,自動化普及應用程度并不高,更多是利用人工的方式來啟停電氣設備,這樣會使得設備的安全性與可靠性得不到保障,而且還降低了工作效率,但是PLC在模擬量閉環控制中的應用,有效的解決了這樣的問題。在工業生產以及日常生活的應用中,閉環控制被廣泛的應用在自動控制系統中,如對運行中的電機進行自動控制,又如在電動機轉速控制系統,流量、液位、溫度、壓力等的控制系統等等,都是采用了閉環控制系統。閉環控制可以分為單閉環控制與多閉環控制系統。對于控制兩個過程變量比例比控制它們之間的絕對值更重要的系統來說,例如控制兩臺需要同步的設備的速度,就可以采用單閉環控制系統。而多閉環控制系統是將兩個過程數據變量之比保持為一個常數,如在對電氣設備自動調溫系統的控制等。在對閉環控制系統的選擇上,要根據需要擇優進行選擇。

  3 、電氣自動控制系統中PLC技術的應用發展方向

  目前,隨著大規模集成電路等微電子的發展,PLC技術已經非常成熟,不僅可靠性得到了提高,成本下降,控制功能得到了增強,功耗和體積減小,而且隨著圖像顯示、通信網絡、數據處理的發展,使PLC向連續生產過程控制的方向發展。一方面為適應自動控制系統向小型化發展的需要,要大力發展性價比更高、速度更快、小型的PLC。另一方面,向速度更快、容量更大、技術更加完善的大型PLC方向發展。隨著電氣自動化向著更復雜化控制系統方向的發展,人們對PLC的數據信息的傳輸與處理能力也提出了更高的要求,要求其存儲器的容量也越來越大。

  為滿足自動化控制領域中各種自動控制需要,近年來,開發了許多新模塊和新器件應用在了PLC技術當中,如智能輸入輸出模塊、用于排除PLC故障的智能檢測模塊以及溫度控制模塊等,這些新型模塊的應用和開發增強了PLC的使用功能,擴展了其應用范圍,還提高了自動化系統的穩定性。未來PLC軟件技術的發展趨勢,會向著多種編程語言的共存與互補的方向開拓,PLC的編程語言在順序功能語言、指令語言、梯形圖語言的基礎上會不斷的豐富與擴展,并向著更高的層次發展。

  隨著相關的軟硬件技術、商業模式和社會價值的發展成熟,PLC會向著虛擬化的方向發展。PLC虛擬化是利用通用標準硬件模塊和軟件的方法,模擬或仿真出行為上類似于特定的PLC硬件系統。PLC虛擬化的發展,會使任意個人和組織避免重復制造,使服務和軟件構建各個環節的效率得到提高,加速了各類應用的架構和落地,而且PLC虛擬化的應用會從根本上改變現有的自動控制系統中的安全治理模式和安全架構。

  4 、結束語

  PLC技術因為其自身擁有的特點與優勢在電氣自動化領域中發揮著及其重要的作用,保證了電氣自動化系統的安全與可靠,提升了自動化程度與工作效率,而且隨著PLC技術的不斷發展與創新,也會使電氣自動化的應用得到非常廣闊的發展空間。本文對PLC的基本含義、特點以及發展前景做了簡要概述,闡述了PLC技術在電氣自動化領域中的應用,以供相互學習之用。

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