摘要：文章对PLC控制系统的概念和结构组成，以及PLC控制系统的工作原理和特点进行介绍，在此基础上分析PLC技术在工业自动化中的应用，提出了PLC控制系统的优化设计思路和方法，以及PLC控制系统故障检测及维护优化措施，针对PLC技术在运用过程中所存在的问题及提出了相应的注意事项，以供参考。
关键词：PLC技术；工业控制系统；应用
1引言
在目前我国改革开放40年来经济飞速发展的同时，我国的工业化进程也取得了加快的发展和进步。同时在计算机信息技术的支持下也推动了工业领域中自动化水平的不断提高。使得目前在工业生产中的工业控制系统的作用越来越重要。尤其是在目前工业领域中的工业生产复杂程度也在不断增加的同时也对工业控制提出了较高的可靠性和灵活性等方面的要求。这也使得传统的单片机控制方式已经无法满足现代工业发展要求。而目前的PLC也就是可编程逻辑控制器在各个工业领域中已经广泛应用并在工业生产中发挥着重要作用。其在工业控制领域中的应用表现出具有较强的功能和可靠性，以及编程较为简单且性价比高等优点，使得其成为目前在工业控制中应用的研究重点。
2 PLC控制系统的概念和结构组成
在上世纪80年代，IEC进行PLC相关标准的颁布并且对PLC进行了定义，具体地说就是一种转为工业应用而设计的数字运算操作的电子系统，使用一类可编程的存储器存储程序，具备逻辑控制、定时、计数等功能，能够通过输入输出模拟或数字信号来控制工业生产过程。从本质上说PLC为工控机中的一种，通过总线实现机电装置和生产过程检测与控制的设备就是工业控制计算机。目前主要分为IPC、PLC、DCS、FCS、CNC等五中，而PLC根据输入输出接口的数量不同可以分为微型PLC、小型PLC、中型PLC、大型PLC、巨型PLC。
可编程控制器PLC从硬件结构上来说具有与微型计算机相同的结构组成，主要的组成部分有中央处理器CPU、存储器、内存、外设及接口等。其中的中央处理器主要就是对用户命令进行接收和对相应操作进行执行的作用。存储器则主要对系统软件和应用软件进行存放的作用。外设主要是I/O主要是对外部输入信号和输出信号进行接收。此外，在其中的ROM中还存储有一套类似汇编语言的指令系统，其主要包括基本指令和扩展指令两种，其主要作用就是调用这些指令来便于用户进行控制程序编制且来对PLC控制功能完成。外设设备则主要有计时器、寄存器、计数器、存储器、继电器等，提高了编程的灵活性。
3 PLC控制系统的工作原理和特点
PLC控制系统在工作时的一个扫描周期内分为输入采样、程序运行和结果输出三个阶段，其主要的工作范围为扫频的方式。在其中的输入采样阶段，主要是利用外设来对输入数据进行读入并且将这些数据在输入输出存储区中进行存储。而且在此存储区中的数据在之后的两个工作阶段中也不会随着不断有数据输入而发生改变。在其中的程序运行阶段中，其主要就是按照从上而下和从左到右的顺序来对用户程序进行扫描和执行，然后在程序执行完毕之后按照执行结果来对RAM或者I/O映像区中卫的状态进行刷新。在上述过程中的下个程序执行周期会对上个周期的程序造成影响，而下面的指令则只能在下个程序执行周期中对上面的程序产生影响。在第三个阶段也就是结果输出阶段，通过PLC控制系统中的中央处理器来对输出电路刷新并对相应的外设进行驱动，之后通过PLC控制系统来对程序运行结果进行输出。
PLC控制系统的特点主要表现在以下几点：一是由于编程比较方便，也使得控制系统的开发和现场调试比较简单和方便。二是性价比高，通过在其中集成上千个元件来进行分散控制和集中管理，实现复杂系统控制的实现。三是实现了标准化和模块化，可以在不同的应用控制系统中进行方便灵活的搭建和使用。四是具有较强的可靠性和抗干扰能力，降低了维护成本。五是具有自诊断功能来便于进行故障的查找和排除。
4 PLC技术在工业自动化中的应用分析
PLC技术目前在工业自动化中的应用主要表现在以下几个方面：首先是在恶劣环境下的应用。由于工业生产环境比普通计算机的运行环境也复杂很多，而PLC则具有较强的抗干扰能力，可以在工业自动化中的高温、高电磁、高湿度等恶劣环境中稳定运行，满足对其抗干扰能力的要求。这主要是由于PLC技术以及集成电路的应用可以通过集成电路芯片来进行电力载波信号的传输和处理，并且可以通过多个CPU多功能芯片的内嵌来实现大规模通信网络和自动化高效管理。其次就是可以实现便捷运行。这主要是由于PLC是通过编程器来进行程序的输入和更改，只需要通过继电器编号的接入就可以更改程序编辑，此外其还具有功能表图、梯形图等设计语言，可以在工业控制系统中出现故障时通过其自检功能中的故障代码来快速寻找故障点，节约工业生产过程中的故障寻找和修复时间。再次就是可以实现灵活运行。这主要是由于PLC自身具有功能模块图，还有功能表图、布尔助记符、梯形图等设计编程语言，因此操作编辑人员只需要掌握其中一种语言就可以与对该系统进行编程操作，这也扩大了PLC在工业控制中的应用范围和规模。而且在对其进行容量和功能扩展时可以通过增加卡件点数的方式，以及通过多台PLC通信和扩充单元等方式来实现。因此也表现出良好的编程操作灵活和扩展灵活等特点，缩减了工业控制工作中的设计工作量，也减少了工业控制系统中的编程工作量。最后就是PLC控制网络技术在工业控制中的应用。此技术具有数字通讯和数字计算的能力，可以通过将其作为控制网络节点而总线作为节点的联系束带等方式来形成数字通信并构成开放式和数字化的控制网络。此技术在工业控制中的应用可以实现多种企业能力的协调统一，整合控制、管理和经营，实现了产品开发、原料采购、产品生产加工、市场分析、物流、企业决策管理等一体化。
5 PLC控制系统的优化设计
针对PLC控制系统的优化设计重点就是针对输入以及输出电路的硬件优化设计。其中针对输入电路优化来说，可以通过在隔离变压器中应用双隔离技术来减少高低频脉冲对其造成的干扰，也减少外界环境变化对其造成的干扰。其交流输入电路图如图5.1所示。
图5.1 交流输入电路 图5.2输出电路优化图
而针对输出电路的优化，主要是通过变频器、指示灯、直流调速器等通过晶体管来进行输出以实现设备响应时间的缩短。而且通过继电器来进行输出来实现PLC控制系统的电路输出频率的提高，最终实现其抗干扰能力的提高。其优化的输出电路图如图5.2所示。而针对其抗干扰优化设计，则需要将PLC控制系统在金属柜中进行设置来避免空间辐射；还要隔离强电动力线路和弱点信号线，并且通过双绞线屏蔽电缆来作为模拟信号传输线。
6 PLC控制系统故障检测及维护优化措施
PLC控制系统故障检测主要是依靠其自身故障诊断功能，首先是电源指示。在正常供电时PLC上的电源指示灯会亮。如果不亮则需要检查其电源接线以及是否存在负载断路问题。还要检查是否用混入了导电性杂物或者是出现了保险丝熔断问题。二是出错指示。其运行出现错误时会出现错误灯闪烁并关闭PLC，此时就要检查其程序是否错误，还要对异常噪声或者导电性杂物进行检查。三是输入指示。输入单元指示灯亮或者灭时都要对信号开关的运行状态是否存在接触不良进行检查。如果使用光传感器，则还要检查发光部位是否存在污垢。四是输出指示。如果负载不显示输出指示，则需要检查过载、负载短路以及容量性负载的冲击电流等原因而导致出现的继电器输出节点粘连或者是接触不良等情况。
在工业控制系统进行PLC应用时，不仅要确保其工作温度在0~55℃以内，储存温度在-20~70℃范围内。还要避免将其安装在阳光直射的位置并做好通风散热工作。此外还要优化其抗震以及抗冲击能力，确保其清洁来避免腐蚀性尘埃和气体的影响。针对其系统维护措施的优化，主要的日常检修内容有：一是供电电源的检查。确保其电压在85~264V的标准值范围内，且直流电源电压为24V。二是工作环境的检查。就是要满足上述环境温度和清洁程度要求。三是对其电缆以及连接器的连接牢固性进行检查和固定。四是对I/O端电压是否在工作要求的电压范围进行检查。
7 PLC技术在运用过程中所存在的问题及注意事项
为了确保工业生产的正常进行，在进行PLC技术的运用时需要首先做好温度的控制。就是要保证其使用中的散热要求，通过散热快的电器元件的选用，以及在环境温度过高时进行通风或制冷装置的加装。其次是做好湿度控制。严格控制其环境湿度在85%以下来确保其元件的绝缘性能和稳定性。最后就是对振动频率的控制。不仅要尽量与振动强烈的装置保持安全距离，并且要将其振动频率保持在10~55Hz的安全范围之内，必要时采取减振措施。
8结语
在目前我国的工业控制系统自动化技术水平在不断提高的同时，PLC在其中的应用也越来越广泛，此应用不仅实现了工业控制更加快捷方便，而且也实现了企业生产管理成本的降低和企业管理能力的提高，以及机电一体化和网络通信能力的提高。因此在工业控制系统中进行PLC技术的应用时，就需要在对其技术原理进行掌握的同时，需要按照实际需求来对PLC技术进行优化和改善，实现企业工业控制和工业管理能力的提升。
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论文作者:念改生
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/4
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