PLC技术在自动化控制系统中的应用分析

PLC技术在自动化控制系统中的应用分析

刘圣地

宝信软件（武汉）有限公司 湖北 武汉 430080

摘要：在自动化控制领域，PLC 技术多用于电气控制及其他领域自动化系统的开发中，该技术能够进一步完善自动化系统的功能模块，增强其智能化程度。但不同应用场景的自动化系统，PLC的技术优势有所差异，还需结合实况，详细分析PLC的数据采集、运动控制、现场控制等功能，合理开发 PLC 自动化控制系统，以提升我国电气控制、工业控制的智能化水平，助力我国社会经济的可持续发展。

关键词：PLC技术；自动化；控制系统；应用分析

1导言

PLC可定义为“可编程控制器”，是针对工业环境设计的电子装置。PLC 技术在具体应用中是利用具有“可编控制程序”作用的存储系统，执行自动化系统中的顺序运算、逻辑运算指令，根据指令输出、输入控制信号，起到控制各类设备、生产机械的作用。

2PLC技术的特点

PLC技术是利用可编程内存对逻辑控制器进行高效的编程，是一种自动控制的装置。工业控制应用中采用了数字运算，它可以执行各种逻辑指令，从而实现对机器的运动和加工过程的控制。PLC技术是当前电气系统自动化领域中的一个重要技术。PLC是一种在工业生产中得到广泛使用的逻辑控制器。该系统利用内置的数码存储器，进行一系列的逻辑操作，包括计时、计数等，并将其与数字、仿真等相结合，以达到对某些特殊的机器进行有效的控制。在开发项目中，与以前的继电器控制相比，模块的功能有了很大的变化，使得它的使用更加方便。现代 PLC厂家可以根据需要，生产出适用于不同行业的 PLC通用模组，并且可以在不同的范围内实现高效的连接。目前，PLC模块已广泛用于工业控制，如温度、位置等，并在PLC通信和人机互动等方面。

3组成结构

CPU、通信接口、存储器属于 PLC 的核心结构。其中 CPU 具有接收数据、执行程序、环境诊断等功能，主要起到指挥的作用。存储器主要用于存储用户程序和数据、系统程序和数据。通信接口能够和其他设备进行信息交换，包括输出接口、输入接口两种，其中输入接口可接收控制设备的信号，并借助输电线路、光电耦合器件控制内部电路的断开、接通；输出接口则是在控制程序运行时，控制外部负载，使其根据指令进行断开、接通。

4 PLC技术在自动化控制系统中的具体应用

4.1 开关量控制

自动化控制系统中，PLC 的开关量控制尤为灵活，可控制的输入、输出点数最高可达几万点，并且由于该系统具有联网通信功能，所以点数规模不受限制。PLC控制系统开关量的主要逻辑程序较多，包括组合程序、即时程序、延时程序、随机控制程序等。另外，PLC 的本质是可编程控制器，所以自动化系统的硬件结构、软件程序、功能模块设计非常灵活，可结合实际情况，编写多套、多组程序，满足不同领域的生产需求。比如在工业领域，PLC 可针对工业生产的实际工况、生产状态设计自动化系统的控制程序。

4.2 模拟量控制

PLC 同样可用于自动化系统内模拟量的控制，包括系统的电压、电流、温度、压力或其他物理量。PLC 可作为“控制型电子装置”，控制系统模拟量。模拟量控制过程中，PLC 技术可自动配置转换模拟量、数字量的特殊I/O单元，即A/D、D/A单元。A/D单元能够将自动化系统外电路模拟量转换成数字量，输入PLC控制程序后，使其应用D/A单元转化数字量，成为模拟量后再次输送给外电路。A/D、D/A 单元属于较为特殊的 I/O 单元，具有交换信息、灵活转换系统电路模拟量的作用，能够协助系统抗干扰、隔离内外电路。A/D单元中的A表示模拟量控制中的电流、电压、温度。D/A单元中的A一般表示电压和电流。自动化控制系统中，PLC的A/D、D/A单元对电压、电流的控制范围包括0~5 V、0~10 V、4 mA~20 mA，可以多路控制系统模拟量。一些中型、大型PLC在基础转换的前提下，还能够对模拟量展开浮点运算、下达PID指令，控制模拟量偏差。PLC 控制模拟量时，同样可联合应用 A/D、D/A的组合单元以及PID、模糊控制算法确保系统内模拟量的控制效果。

4.3 网络通信控制

PLC 具有较强的联网、通信功能，能够适应自动化系统中的新联网结构，使其和个人计算机实现通信。随后由个人计算机设备参与系统编程、管理控制，扩大PLC的使用场景。不仅如此，PLC可以对多台计算机进行控制，最多可达32台，自动化系统借助PLC和计算机系统连接后，可以更灵活、全面地管理PLC程序。也可以将PLC和2台计算机系统连接，使其在通信过程中及时交换信息，便于自动化控制系统对设备的监控和管理。基于PLC的联网通信功能，PLC自动化系统能够和智能仪器、变频器等执行装置、网络通信系统、系统数据库进行通信数据交换，使自动化系统具有“远程控制”功能，能够在 10 km 以上的范围内形成局部网络PLC，连接更多高端计算机、智能设备和PLC网络，满足自动化控制系统运行期间的通信、信息交换需求。比如，在工业生产领域、电气控制领域，PLC 的网络和通信功能可以应用在该领域的自动化控制系统中，开发计算机集成制造系统、智能工厂、智能化电气控制系统，让自动化控制从点到线再到面（Aero），从单一的设备控制到生产线、管理控制。

4.4运动控制

PLC 在自动化系统中的运动控制优势非常明显。一方面，PLC可高频率地接收“计数脉冲”，或是多路接收频率为 1 kHz~90 kHz 的脉冲。在此基础上，自动化系统可凭借 PLC 对脉冲的接收、输出功能及其数据处理、运算的能力，控制机械设备，同时配合各类传感器、脉冲伺服设备，拓展系统对各类设备的控制范围。另一方面，高、中档的PLC装置能够协助自动化系统开发 NC 单元、运动单元，使系统对某一设备进行点位控制。在运动单元的支持下，自动化系统可利用 PLC 装置的曲线插补功能，控制设备曲线运动。因此，随着自动化系统应用场景的增多，相关企业可基于 PLC 技术，配置 NC 单元、运动单元，在控制数字量、模拟量的基础上，重新开发编程语言，对设备机械进行数字控制、曲线控制。PLC 机械能在运动控制时，监控设备的不同部件，评估自动化系统以及各类机械设备的运行状态、运动轨迹。在此期间，PLC可以按照设备运行参数的变化，掌握设备状态，集成处理设备，管理设备损耗，发现设备部件受损、设备故障后快速定位，及时更新、处理设备部件。本文以 PLC 电气自动化系统为例。PLC 技术的应用有利于提升电气设备、系统的运行效率。比如在对电气设备进行运动控制时，PLC控制器可控制电气设备的曲线运动、直线运动。采集设备运行数据时，可通过电子扫描自上而下地扫描电气设备，记录电气设备数据、运行状态。将相关数据存储到系统 I/O 映像的对应单元后，由系统输出执行指令，分析 RAM存储区域内设备的实际情况。另外，由于 PLC 技术可应用在伺服电机、驱动步进电机中，所以电气自动化控制系统可利用 PLC 的运动控制功能，开发机械制造、机器人运动控制系统。

5结语

PLC技术在电气设备的自动控制方面的广泛运用，能够很有效地改善复杂的继电器逻辑，从而极大地提高了整个系统的安全性，但同时也对器件的设计做出了调整，也因此降低了整个系统的设计与使用成本。此外， PLC技术还能使员工在较短的时间内熟练掌握相关的操作技能和维护工作，具有很大的优越性。

参考文献

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