自動化技術(shù)在電氣工程及其自動化專業(yè)中的應(yīng)用

1、自動化技術(shù)在電氣工程及其自動化專業(yè)中的應(yīng)用PLC 在電氣自動化控制方面的應(yīng)用摘要：隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)以及數(shù)字化通信技術(shù)的飛快發(fā)展，可編程序控制器（PLC ）產(chǎn)品結(jié)合類計算機產(chǎn)業(yè)中最先進的技術(shù)手段以及電氣自動化控制的重要理論，在其性能指標及功能上進一步完善并豐富，打破了傳統(tǒng)的PLC 概念，在電氣控制領(lǐng)域的發(fā)展范圍越來越大。關(guān)鍵字：可編程序控制器（PLC ）； 電氣控制； 應(yīng)用；發(fā)展前景目錄1. 可編程序控制器（PLC ）的特點2. 可編程序控制器（PLC ）的基本工作過程3. 可編程序控制器（PLC ）在電氣控制中的應(yīng)用4. 可編程序控制器（PLC ）最新發(fā)展動態(tài)5. 可編程序控制器（P

2、LC ）預(yù)測發(fā)展前景6. 總結(jié)PLC 即為英文Programmable logic Controller的簡稱，中文又稱可編程邏輯控制器，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。 它采用一類可編程的存儲器， 用于其內(nèi)部存儲程序， 執(zhí)行邏輯運算， 順序控制， 定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入或輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。該種技術(shù)是計算機技術(shù)與繼電接觸控制技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物，其解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)內(nèi)接線復雜、可靠性低、耗能高以及靈活性較差等缺點，因此近年來被廣泛應(yīng)用于電氣自動化中。 PLC 反應(yīng)快。由于PLC 控制系統(tǒng)用內(nèi)部已定義的輔助繼電器替換了

3、傳統(tǒng)的機械觸電繼電器, 并去掉了原來的連接導線而代之以內(nèi)部邏輯關(guān)系, 因此, 該類繼電器的節(jié)點變位時間可以近似的認為為零, 無需考慮傳統(tǒng)繼電器的返回系數(shù); 可靠性強。該種控制系統(tǒng)的抗干擾能力遠遠高于傳統(tǒng)繼電器技術(shù), 能夠適合于較為復雜的工業(yè)環(huán)境; 操作簡單。該種控制技術(shù)采用簡單的指令形式, 往往采用些形象、直觀的簡單程序來適應(yīng)現(xiàn)場操作人員往往參差不齊的電氣專業(yè)技術(shù)。一. 可編程序控制器（PLC ）的特點1. 體積小、重量輕超小型的PLC 底部尺寸100mm ，重量150g ，其功耗僅為數(shù)瓦。由于其體積小，很容易裝入機械中，便于機電一體化的實現(xiàn)。2 實用性普遍PLC 可適用于各種規(guī)模的電氣控制場

4、合，除了基本的邏輯處理功能之外，當前大多PLC 具有數(shù)據(jù)運算能力，并可應(yīng)用于數(shù)字控制領(lǐng)域中。近年來，PLC 的功能日益完善，PLC 的應(yīng)用已經(jīng)普遍到溫度控制、位置控制及CNC 等多個控制領(lǐng)域。3. 抗干擾能力強由于PLC 采用了現(xiàn)代化的大規(guī)模集成電路技術(shù)，在內(nèi)部電路、生產(chǎn)工藝等方面均采取先進的抗干擾處理技術(shù)，具有較高的可靠性。另外，PLC 還自備硬件故障自動檢測功能，一旦出現(xiàn)故障即可發(fā)出警報。在軟件應(yīng)用中，應(yīng)用者還可編入外圍器件的自診斷故障程序，讓系統(tǒng)中出了PLC 之外的電路與設(shè)備也能獲得自我保護功能。4. 應(yīng)用簡單、普遍PLC 作為直接面向企業(yè)的工控設(shè)備，具有接口容易、編程語言易于被工程技術(shù)

5、人員接受并理解等特點，尤其圖形符號及梯形圖語言、表達方式等與繼電器電路圖基本類似，只需通過PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就能熟練實現(xiàn)在電氣控制中的應(yīng)用。5. 維護與改造方便PLC 通過存儲邏輯替代了接線邏輯，減少了控制設(shè)備外在的接線，極大減少了控制系統(tǒng)設(shè)計和建造的時間，為后期維護提供了方便，同時程序較易改變，可極快應(yīng)用于生產(chǎn)過程的改變。二. 可編程序控制（PLC ）的基本工作過程PLC 及相關(guān)外圍設(shè)備的設(shè)計原則應(yīng)滿足“與工業(yè)控制系統(tǒng)為一個整體、方便功能擴展”，所有的電氣控制系統(tǒng)的實現(xiàn)都是根據(jù)工藝要求，最終提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計PLC 控制系統(tǒng)時，應(yīng)滿足被控對象的基本要求，并對實

6、際工作現(xiàn)場進行研究、收集資料，并實現(xiàn)設(shè)計人員與操作人員的密切配合，共同擬定可操作方案，對可能潛在的問題進行共同分析、共同解決。并在滿足各方控制要求的前提下，考慮控制系統(tǒng)的簡單性與經(jīng)濟性，方便后期的使用及維修，并確保電氣控制的安全性、穩(wěn)定性。PLC 在電氣控制中的基本工作過程為：1. 現(xiàn)場信息的輸入：在系統(tǒng)軟件的控制下，按照順序?qū)斎朦c進行掃描，并讀取輸入點的狀態(tài)。2. 程序的執(zhí)行：對用戶程序中的指令按順序掃描，并根據(jù)輸入的狀態(tài)及指令進行邏輯性運算。3. 控制信號的輸出：根據(jù)以上邏輯運算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各個輸出點同時發(fā)出相應(yīng)的信號，以實現(xiàn)所需的邏輯控制功能。以上過程完成后，再重新開始，并

7、反復執(zhí)行，每執(zhí)行一次即完成一個掃描周期。 在實際應(yīng)用時，很多機械設(shè)備的工作流程可分為一系列不斷重復的順序動作，而PLC 的工作程序恰與其相似，因此PLC 程序能很好地與機器動作相對應(yīng)，且程序的編制簡單、直觀，易于修改，減少了開發(fā)軟件的費用，并縮短軟件開發(fā)周期。三. 可編程序控制器（PLC ）在電氣控制中的應(yīng)用1. 開關(guān)量邏輯的控制這是PLC 控制技術(shù)中最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。替代了傳統(tǒng)的繼電器電路，并同時實現(xiàn)順序控制及邏輯控制，既適用于單臺設(shè)備的控制，也可以應(yīng)用于自動化流水線中，如生產(chǎn)線、組合機床、磨床、鏜床和龍門刨床等。2. 控制模擬量在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中，會出現(xiàn)很多連續(xù)變化的物理量，如溫

8、度、速度、流量、液位、壓力等模擬量。這些模擬量可通過數(shù)字量之間D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換得以實現(xiàn)，確保編程器對模擬量實現(xiàn)處理。3. 集中式控制系統(tǒng)集中式控制系統(tǒng)主要采用一臺功能較強大的PLC 監(jiān)視系統(tǒng)、對多個設(shè)備進行控制，已形成“中央集中式”的計算機控制體系。在該項系統(tǒng)中，每個設(shè)備之間的連鎖、聯(lián)絡(luò)關(guān)系以及運行順序等都由中央PLC 來統(tǒng)一完成?？梢?，集中式控制系統(tǒng)比單機控制系統(tǒng)的成本低，更經(jīng)濟實惠。但如果其中一個控制對象的程序需要做出改變，就要停止中央PLC 的控制，同時其他控制對象也隨之停止運行。4. 分散控制系統(tǒng)在分散控制系統(tǒng)中，每一個控制對象都需要設(shè)置一臺PLC ，每臺PLC 之間能通過信號的

9、傳遞而產(chǎn)生內(nèi)部響應(yīng)、發(fā)令或連鎖等，或者可由上位機通過數(shù)據(jù)通信總線完成通信任務(wù)。分散控制系統(tǒng)中采取多臺機械生產(chǎn)線控制的方式，每條生產(chǎn)線之間都有數(shù)據(jù)相連接，由于每個控制對象都是由自身的PLC 來控制，所以如果某臺PLC 運行停止，對其他PLC 不會產(chǎn)生影響。隨著技術(shù)的不斷進步，目前可由PLC 承擔底層的控制任務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)連接，將PLC 和過程控制二者結(jié)合。5. 運動控制PLC 能夠?qū)A周運動或者直線運動進行控制。在控制機構(gòu)的配置中，過去進行的為直接應(yīng)用于傳感器及執(zhí)行機構(gòu)中，而現(xiàn)在則可以采取專用的運動控制模塊。例如多軸位置的控制模塊、伺服電機其單軸、可驅(qū)動步進電機等，PLC 可廣泛應(yīng)用于機器人、機械

10、、電梯、機床等多種場合。6 數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用PLC 在數(shù)據(jù)處理過程中，具備數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)學運算、查表、排序及操作等功能，并完成對數(shù)據(jù)的采集、分析與處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲于存儲器中的數(shù)據(jù)同時具備參考價值，并完成控制操作。另外，這些數(shù)據(jù)也可以通過通信功能的實現(xiàn)而傳輸?shù)街悄苎b置中，或者打印成表。目前數(shù)據(jù)處理多應(yīng)用于大型控制系統(tǒng)中，如過程控制系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)等。由上可見，在指定范圍內(nèi)，可編程序控制器以其高性能價格取勝，并憑借其適應(yīng)性強、可靠性高、使用方便等突出特點在自動化控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。再加上PLC 制造成本的不斷下降、功能的不斷加強，已成為工業(yè)企業(yè)的首選設(shè)備。四. 最新發(fā)展動態(tài)一、PLC

11、 向網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)發(fā)展。其中有兩個趨勢，一方面，PLC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌PLC 除了形成自己各具特色的PLC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成設(shè)備控制任務(wù)之外，還可以與上位計算機管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息交流，成為整個信息管理系統(tǒng)的一部分。另一方面，現(xiàn)場總線技術(shù)得到廣泛的采用，PLC 與其他安裝在現(xiàn)場的智能化設(shè)備，比如智能化儀表，傳感器，智能型電磁閥，智能型驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)等，通過一根傳輸介質(zhì)(比如雙絞線，同軸電纜，光纜 連接起來，并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息，由此構(gòu)成一個現(xiàn)場工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)與單純的PLC 遠程網(wǎng)絡(luò)相比，配置更靈活，擴容更方便，造價更低，性能

12、價格比更好，也更具開放意義。二、PLC 向高性能小型化發(fā)展。PLC 的功能正越來越豐富，而體積則越來越小。比如三菱的FX-ON 系列PLC ，最小的機種，體積僅為60×90×70mm2，相當于一個繼電器，但卻具有高速計數(shù)、斜坡、交替輸出及16位四則運算等能力，還具有可調(diào)電位器時間設(shè)定功能。PLC 已不再是早期那種只能進行開關(guān)量邏輯運算的產(chǎn)品了，而是具有越來越強的模擬量處理能力，以及其他過去只有在計算機上才能具有的高級處理能力，如浮點數(shù)運算，PID 調(diào)節(jié)，溫度控制，精確定位，步進驅(qū)動，報表統(tǒng)計等。從這種意義上說，PLC 系統(tǒng)與DCS(集散控制系統(tǒng) 的差別已經(jīng)越來越小了。用PL

13、C 同樣可以構(gòu)成一個過程控制系統(tǒng)。五. 預(yù)測發(fā)展前景1. 增強抗干擾性。如生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，或是電磁干擾異常強烈則也可造成PLC 控制系統(tǒng)的運算或是控制錯誤，導致在某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤而不能保證正常的生產(chǎn)運行，因此，提高PLC 的可靠性是其未來發(fā)展的主要方向，其一方面要提高抗干擾能力同時在設(shè)計、安裝以及使用過程中引起重視，盡量減少對其造成負面影響。2. 進一步網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化。目前用于火電系統(tǒng)控制系統(tǒng)的DCS 雖技術(shù)日益成熟但近年來其發(fā)展日趨緩慢，PLC 的產(chǎn)生及發(fā)展使其與DCS 相互吸收彼此特點，逐步同化，并逐步發(fā)展成為新的控制系統(tǒng)FCS 系統(tǒng)，其既保留了原來系統(tǒng)的特性又實現(xiàn)了工業(yè)自動化技術(shù)的

14、發(fā)展，并使數(shù)字化、智能化控制得到進一步的發(fā)展和應(yīng)用，因此其近年來在火電廠的應(yīng)用日益廣泛。PLC 產(chǎn)品還可以用于離散、制程和混合式自動化產(chǎn)品領(lǐng)域，并在各個制造行業(yè)保持穩(wěn)固增長。基于對更高自動化程度和更高能效的需要，制造業(yè)會越來越多地應(yīng)用PLC 。在制造過程中，以最低生產(chǎn)設(shè)備生命周期成本來實現(xiàn)適應(yīng)性和靈活性的日益增加的需求，給PLC 的創(chuàng)新與發(fā)展提供了不竭的動力。一些新興行業(yè)的運用以及新能源產(chǎn)生、儲存和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，無疑給PLC 帶來了巨大的機遇?？偨Y(jié)：21世紀，PLC 會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算制系統(tǒng)DCS （Distr