西门子PLC在电气自动化控制系统中的应用

西门子PLC在电气自动化控制系统中的应用

王中振 ,陈晓业

日照钢铁控股集团有限公司   山东日照   276806

摘要：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置,它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。本文立足PLC控制系统的应用情况，为电气自动化设备的相关工作提供参考。

关键词：电气自动化；PLC；闭环控制；PID控制

引言

PLC是为工业制造、研发而规划的数字计算电子操作平台，在当前工业快速发展背景下，PLC技术凭借其精确控制的优点广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。就运行原理而言，PLC技术采用可编程的存储设备，在PLC系统中发挥基本存储作用与逻辑运算功能。PLC技术还能执行定时、计量等信号，完成特定顺序管理、算术及逻辑运算。所以PLC技术就是通过输入与输出数字量、模拟量等内容，完成各种控制信号分布下传，实现电气智能化程序管理。

1PLC基本构成

PLC从结构上分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。电源为PLC各模块的集成电路提供工作电源，在整个系统中起着十分重要的作用。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢，是PLC的核心起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器，存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。输入输出接口电路（I/O模块）是PLC与电气回路的接口。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

2.1PLC技术在数控系统中的应用

目前数控领域的许多控制系统都采用PLC技术，控制系统分为线性控制系统、点控制系统和连续控制系统三大系统.主要将三种控制系统作为一种控制面板和一种完整的功能控制方法，通过PLC技术实现两种控制方式。相比之下，功能齐全的控制装置具有综合管理的方法，但也存在成本较高的缺点，可能导致部分故障。通过单片机控制装置，具有更大的灵活性和更完善的调整方法，使企业适应每个企业的不同需求。因此，中小企业也得到了广泛的应用，PLC技术在数控方面的应用还有很多，它的调整方式很多，可以适应不同的领域应用，数控方面也有许多的应用。

2.2开关控制

电气自动化在开关控制方面的应用最开始是通过电磁继电器实现的，但事实证明此控制方式下系统反应较缓慢，灵敏度和可靠度都不好，而且容易发生触电。PLC的结构特点更适合进行开关控制，克服了传统方式的缺陷，多个接口的存在代替原来的触点和连线，轻巧便捷，耗能低且效率高，只有在使用过程中会消耗电能。技术人员只需要进行简单的合闸操作就可以发布指令，关闸操作甚至可以自动执行，对技术人员要求相对较低。开关控制的突出优势就是在故障到来的时候可以自动关闸。在开关控制还没有得到广泛应用的时候，要想判断是否接通电源只能通过实验进行。一方面浪费时间，另一方面继电器如果长期处于工作状态，可能会引发短路。这个问题严重影响自动化控制进程，PLC技术在开关控制方面的应用使该问题得以解决。未来PLC技术应用于开关控制时，工作人员要提前整理常见故障，制定好解决方案，做好风险规避。在运行操作过程中严谨仔细，做好问题记录，以便后期的分析改进。

2.3闭环控制

闭环控制操作运转时，采用的是PLC系统的基础模块，细分PID信号，进而形成有用的PID控制参数，保证主控程序可以在特定时间内实现基础设置需求，还提高参数精准度。油泵电动机的控制系统可以借助PLC技术实现，当储油罐压力值低于设定参数时主油泵会自动开启，当压力持续降低主油泵不能维持压力时备用油泵自动开启。当储油罐压力上升到设定参数时，备用油泵和主油泵按照顺序停止。水利发电机调速通过PLC技术实现，需经历设备液压型调速体系、电气液压调速体系与微机调速体系，而转速测量结构与电子调整单元是较为重要的部分，既要驱动导水结构，还要精准检测转速，保障完善调节规律。

2.4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运行效率。比如说，当PLC系统控制的设备出现故障时，可以将相关故障点发送到工作人员手中，工作人员收到警报后立即前往排查处理，根据系统推送的指定位置来进行精准的识别，这样可以快速采取应对措施，缩短故障处理时间。

结语

PLC技术具有可靠性高、抗干扰能力强，硬件配套齐全、功能完善、适用性强，编程简单易学，系统设计、安装、调试工作量小，维护方便、容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点，在电气自动化行业的应用中有极高的使用价值。由此可见，PLC技术在未来有很好的发展前景，凭借智能化和集成度高的特点，正在慢慢取代传统控制方式，使产业结构得到优化。因此我们应该充分发挥PLC的技术优势，推动电气自动化行业的进步。同时我们要深入研究学习，不断创新，使PLC技术更好的服务各个行业。

参考文献

[1]杨云.PLC控制系统在电气自动化设备中的应用探讨[J].电子世界,2021(22):64-65.

[2]袁一鸣,郑金亮.电气自动化在电力系统运行中的运用分析[J].智能城市,2021,7(20):64-65.