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摘要：就当前自动化控制技术的发展与研究现状而言，PLC技术已经成为推动其迅速发展的核心技术。此外，PLC技术依其适应范围广、适应性强，而且在编程方面采用面向生产、面向用户的语言，使广大工程技术人员乐于接受和应用。PLC高可靠性、抗干扰能力强、控制功能强、编程简单、直观等优势，能够有效的解决电气自动化设备方面的诸多问题，对于电气自动化控制技术的提升有着至关重要的作用。本篇文章着重从PLC的具体定义、组成构造、以及工作原理进行剖析，简要的阐述并分析PLC技术在电气自动化控制中的具体应用。
关键词：PLC；电气自动化控制；应用
1前言
在生产过程中、科学研究和其他产业领域中，电气自动化控制技术的应用都是十分广泛的。伴随经济的飞速发展与科学技术的不断进步，电气自动化控制技术得到一定程度的发展，特别是大规模集成电路的问世和微处理机技术的应用，出现了可编程序控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，它不仅可以取代传统的继电器控制系统，还可以进行复杂的过程控制和构成分布式自动化系统，使电气自动化控制技术进入了一个新的领域。PLC在继电器控制和计算机控制的基础上，发展以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型自动控制装置。无疑，PLC在今后的电气自动化控制中将扮演重要的角色。
2 PLC的定义、组成构造及工作原理
可编程序控制器(PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令；并通过数字式或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
PLC主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几部分组成。
㈠微处理器CPU是PLC的核心器件，CPU因生产厂商各有不同，有采用市场销售的标准芯片，也有采用可编程序控制器专用芯片。例如西门子公司的S7-200、S7-300、S7-400，罗克韦尔公司的Logix5000，三菱公司的FX3GE40MT/DSS等等。
㈡存储器分系统存储器ROM和用户存储器RAM，ROM主要用于存储操作系统程序、用户指令解释程序、编译程序、系统诊断程序、通讯管理程序等等；RAM分为用户程序存贮器和用户数据存储器，分别用于存储用户程序和存储用户数据。
㈢输入和输出组件是PLC与工业生产现场交换数据的界面，与普通计算机不同，PLC的工作环境比较差，需要较强抗干扰能力，输入和输出组件既是为此设计。输入模块：用于接收和采取现场设备的输入信号，有开关量输入模块（数字信号）和模拟量输入模块。开关量输入模块如直流信号DC 24V、TTL信号5V、交流信号AC 110V等；模拟量输入模块如直流信号4-20mA,0-10V DC等。输出模块：用于向执行机构输出控制信号，有开关量输出模块和模拟量输出模块。
㈣电源组件用于提供PLC运行所需的电源，可将外部电源转换为供PLC内部与外围硬件适用的电源。
㈤编程设备用于输入、检查、修改、调试用户程序，在线监视PLC系统的工作状态。
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PLC内部工作方式一般是采用循环扫描工作方式，在一些大、中型的PLC中增加了中断工作方式。PLC系统上电并处于运行状态时，开始进行输入扫描，将输入模块的当前状态读取到CPU的输入映象表中，以备程序扫描；执行程序扫描时CPU从第一条用户程序开始，根据数据输入映象表，及其他数据状态来确定对外部设备的控制，将控制信息输送到输出映象表；执行输出扫描时，将输出映象表的状态传送到输出模块，开设下一个扫描周期。当用户将用户程序调试完成后，通过编程器将其程序写入PLC存储器中，同时将现场的输入信号和被控制的执行元件相应的连接在输入模块的输入端和输出模块的输出端，接着将PLC工作方式选择为运行工作方式，后面的工作就由PLC根据用户程序去完成。
3 PLC在电气自动化控制领域中的主要应用
3.1顺序控制中的应用
传统的生产机械自动控制系统采用的是继电器控制，继电器控制系统中主要是顺序控制和开关控制两种控制方法。随着工业生产的迅速发展，要求用新的电气控制装置取代继电器系统，以便适应迅速改变生产程序的要求，PLC技术正是因其而出现。顺序逻辑控制是PLC最广泛应用的领域，取代了传统的继电器顺序控制，这也是目前对于PLC技术运用到实践生产生活最为广泛的应用。如印刷机械、切纸机、组合机床、磨床、电梯控制及大型游乐设备的自动控制等。通常情况下，PLC技术应用于电气自动控制系统主要包括三部分内容：一是PLC技术可以对电气自动化控制系统实现远程控制和监控，二是PLC技术现场传感器部分，三是PLC对于主站层的部分控制。例如PLC技术在电力自动化系统中的应用主要通过以下三个网络结构实现：现场传感器，远程I/O站和由人机界面及PLC组成的主站层。
3.2在闭环控制系统中的应用
过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量和数字量之间的A/D转换或D/A转换，并对模拟量施行闭环PID（比例-积分-微分）控制。现代的大、中型PLC一般都有PID闭环控制功能，这一功能可以用PID程序或专用的PID模块来实现。当过程控制中某个变量发生偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上，其PID闭环控制功能已经得到广泛的应用。比如，运用PLC控制器进行电动泵全自动化的启动，主要是根据电动泵所运行的时间、运行程序等，来科学的选择动力式的开启，从而在屏幕上设定，进而来实现全自动化的启动。在电动泵全面实现启动之后，来调节运行的开关，主要方式为根据计划的时间以及运行模式，进行调节从而完成系统的开关工作。目前，主要以PLC技术结合PID闭环控制模块来进行系统的控制与调节，从而优化系统的高效、稳定、自动控制、持久的运行。
3.3数据处理的应用
现代的PLC技术具有数学运算、数据传输、转换、排序和查表等功能，可以采取、分析和处理数据。在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数字控制（CNC）设备紧密结合的趋势。如日本FANUC公司推出的System 10.11.12系列，已将计算机数据控制功能作为PLC的一部分。该公司采用的窗口软件，实现了PLC和CNC设备之间内部数据自由专递。
3.4 PLC故障安全模块在电气自动控制中的应用
在电气自动控制系统中，一旦出现系统失效或是发生故障时，将对设备及人身安全产生巨大的危害。如何减少危害及降低财产损失成为电气自动控制系统设计的一个难点，PLC故障安全模块在电气自动控制中的应用目的是当设备或系统出现故障时实现功能安全功能。以西门子公司PLC 的ET200S故障安全模块为例，PLC的故障安全模块的内部设计为两个通道，两个集成处理器互相监视，自动测试 I/O 电路，并在发生故障时将F模块设置为安全状态。专门的功能块F-CPU使用PROFIsafe的安全相关总线规约与故障安全模块进行通信。PLC的故障安全模块在故障发生时，立即使设备系统进入到一个安全模式，保障了人身财产安全和减少设备危害事故发生。PLC的故障安全自动化系统（F系统）用于具有较高级别安全要求的系统。比如，大型游乐设备的控制系统，游乐设备属于特种设备，对安全级别要求较高，当设备系统发生故障时，必须能够保障人员、设备、环境的安全。F系统用于控制中断后可立即处于安全状态的过程，也就是说，F系统用于控制这样的过程，在这些过程中发生即时中断不会危害人身或环境。总之，将PLC技术应用于电气自动控制系统中，很大程度上提高了生产效率，降低了危险系数，推进了工业自动化的发展。
4结束语
总而言之，PLC技术在电气自动控制中发挥了非常重要的作用，其能够提高电气自动控制的稳定性、高效性和安全性，推动了电气自动化控制系统的发展。随着科技的发展和进步，及工业生产改革进一步深化的需要，PLC控制系统也会不断更新与改进，PLC并将扮演着更重要角色。
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论文作者:邓境熙
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/14
标签：电气论文; 模块论文; 程序论文; 技术论文; 自动化控制论文; 系统论文; 设备论文; 《防护工程》2018年第20期论文;