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摘要：近年来，在科学技术不断发展的推动下，自动化电气控制日渐成熟和完善，相关的系统在多个行业中得到了应用，尤其是在电气工程领域中。为进一步提升电气控制系统的各方面性能，可对PLC技术进行合理运用。文章主要对PLC的组成、原理、优势、发展及其在自动化电气控制中的应用情况进行了分析，希望能够为业内相关研究及实践提供有效的参考。
关键词：自动化电气控制；PLC；应用；技术
中图分类号：TM921.5文献标识码：A
引言
PLC指的是可编程控制器，是依托计算机、控制技术以及电子通讯技术等而产生的一种由数字运算控制的电子系统，是有机结合计算机与继电接触控制的技术产物。PLC 技术在自动化电器控制中的应用优势体现在可靠性高、操作简便、适应性强及链接便利等方面。
1 PLC技术分析
1.1 PLC的组成。
经过多年来的发展，PLC不断优化、完善，并逐步形成了相对完整的系统，PLC系统主要由电源、CPU主板、显示板、内存等多个部分组成。电源是PLC的核心运转基础，必须使电源保持稳定，才能保障PLC系统的安全运行运行。内存也在很大程度上影响着PLC系统的使用效果，其是由I/O模块组成，根据具体需求，I/O模块能够有针对性地对I/O能力进行拓展。
1.2 PLC的原理。
PLC是一种先进的、科学的控制系统，目前在工业生产领域、电气设备中得到了广泛应用，其原理为：
第一，输入采样。PLC系统运行中，输入采样是起始阶段，指的是采取扫描的方法，将数据输入到系统中去，并读入状态信息，存入内存中，也就是储存在I/O映像区中的单元内。PLC系统后续工作中，I/O映像区域中的状态信息、数据不会出现改变，因此，输入脉冲信号的时候，应确保其宽度大于或等于一个扫描周期，以保证输入能够被有效读入。
第二，程序执行。PLC系统运行中，程序执行占据着重要的地位。扫描用户程序的过程中，一般遵循右下而上的原则，PLC也能自动化完成控制线路的逻辑运算，同时以逻辑运算结果为根据，刷新I/O映像区中储存的状态信息。换一句话说，用户程度执行过程中，I/O映像区域中输入点的状态不会发生改变，而其他输出点的状态信息及数据会出现一定的改变，因此在程序执行过程中，应用立即I/O指令之后，可以对I/O点进行直接存取。
第三，输出刷新。PLC系统运行中，输出刷新是最后一个环节。用户程序扫描结束后，PLC自动进入输出刷新阶段。CPU主板以I/O映像区域中的状态信息、数据为根据，对输出锁存电路的整体进行刷新，并通过输出电路驱动外接设备。
1.3 PLC的优势。
第一，易于编程。易于编程是PLC的一个主要优势，其在进行编程的时候，主要采取命令语句，与微机指令相比，命令语句明显数量较少，且梯形图比较简单，对操作经验的要求不高，初学者也能在很短的时间内掌握。
第二，可靠性较强。大部分PLC的核心为单片机，因此PLC的集成度较高，再加上PLC本身具备自诊断功能及保护电路，使得PLC具有良好的可靠性。
第三，便于安装。PLC安装时，只需要保障各部件连接正确，便可以正常运行，不需要设置专门机房、采取严格的屏蔽保护措施。
第四，组态方式灵活。PLC多为积木式结构形式，使用者可以根据自身需求简单组合，便可以灵活设置电气控制系统的功能，因此，PLC的应用范围较广。
1.4 PLC的发展。
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PLC具有工作效率高、灵敏度高、可靠性及安全性强的特点，适用范围较广，可以适应复杂环境。基于此，相信在未来PLC会得到更多的应用，并会随着计算机、控制技术以及电子通讯技术等科学技术的发展而进一步优化、完善，基于PLC的自动化电气控制系统也会出逐渐发展为一种开放式、分布式、高效的电气控制系统。
2自动化电气控制中PLC的应用
2.1在闭环控制中的应用。
对于自动化电气控制系统而言，电机的启动方式相对较多，比较常见的有手动、自动等。可在自动启动中，对PLC技术进行应用，由此能够实现闭环控制。以温控系统为例，可以通过热电偶对加热炉的温度进行检测，然后利用温度变送器将热电偶输出的微弱电信号转换为标准量程的电流，再传送给模拟量输入模块，经由A/D转换后，可获得与温度成比例关系的数字量。CPU则会将该数字量与预先设定好的温度值进行比较，并根据PID控制算法完成误差运算，随后将运算结果传给输出模块，经D/A转换变为电流信号，由此便可对电动调节阀的开度进行自动控制，从而达到控制加热用天然气流量的目的，这样便可实现闭环控制。这种控制方式最为突出的特点在于能够对闭环中各种扰动的影响进行有效抑制，使被控量无限接近于给定值。为了简化闭环控制过程，可直接对PID控制器进行应用，这是一种闭环控制器，PID本身的结构较为简单，并且不需要被控对象的数学模型，具有较强的灵活性，使用方便。
2.2在顺序控制中的应用。
在工业生产中，顺序控制系统的应用越来越多，可将此类系统理解为工艺流程能够分解为若干个顺序相连且独立的阶段，各个阶段均需要根据先后顺序执行，这样才能确保工艺过程的正常进行。PLC在顺序控制中的应用主要是通过逻辑设计的方法予以实现，具体步骤如下：可以使用不同的逻辑变量对输入和输出信号进行表示，然后按照实际的控制要求，列出状态表，再根据状态表写出相应的逻辑函数，并对函数进行化简，据此绘制出梯形图，最后上机调试即可。当PLC输出信号的状态变化存在时间顺序时，则可采用时序图的方法对控制程序进行设计，这种方法的设计步骤如下：在设计正式开始前，需要先对控制要求进行全面、系统地分析，对其中信号的输入输出数量加以明确，然后通过技术经济性比选后确定机型；对信号间的时序关系进行明确，绘制出工作时序图，将时序图划分为若干个时间区段，并对每个区段的时间长短进行确定，随后找出区段间的分界点及信号状态转换条件，分配定时器，并对PLC进行I/O分配，绘制出梯形图，最后通过模拟运行试验，对程序进行检查，看是否与控制要求相符，对于不符的程序可进行修改。以火电厂为例，在火力发电的过程中，煤炭在炉内燃烧之后会产生出大量的煤灰和煤渣，通过PLC顺序控制，可以实现固体废弃物的有效清除，不但提高了火力发电的效率，而且还达到了环保要求。
2.3在开关量控制中的应用。
所谓的开关量具体是指非连续性的信号采集与输出，其中较具代表性的有遥控输出和遥信采集。开关量的典型状态包括两种，分别为1和0，这是由数字电路中开关的基本性质所决定的。对于电器而言，开和关是最为基本的功能，通常情况下，开关量是通过装置内部的继电器实现输出。PLC在开关量控制中的应用主要是借助中间继电器来实现数据存储及智能化控制，由此使得整个控制系统的设计得以优化，提高了系统的控制效果，并且保证了开关量的稳定性。机械继电器是电气工程中较为常用的一种设备，虽然该设备具有开关控制的功能，但在实际应用中发现，反馈时间相对较长，当系统发生短路故障时，无法进行继电保护。而通过PLC的应用，对开关量进行控制，则可使这一问题得到有效解决。
结束语
综上所述，在自动化电气控制领域中，对PLC技术进行应用，能够使控制系统的功能变得更加强大，可以满足各种不同的控制要求。为使PLC的技术优势得以最大限度地发挥，应当不断加大对PLC的研究力度，通过逐步改进和完善，增强PLC的运行稳定性。
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论文作者:刘伟俊
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年11期
论文发表时间:2019/8/26
标签：技术论文; 系统论文; 控制系统论文; 闭环论文; 状态论文; 信号论文; 顺序论文; 《建筑学研究前沿》2019年11期论文;