论PLC在电气自动化设备中的作用.pdf

自 动化 技术 与 应 用 2 0 1 2 年 第3 1 卷 第1 2 期 行 业 应 用 与 交 流 nd u s t r i al Ap pl ic a t ion s a nd COmm u n i c a t iOn s 论 P L C在 电气 自动化设备 中的作用 代 乐 荣 四川机电职业技术学院， 四川 攀枝花 6 1 7 0 0 0 摘要 本文首先对可编程逻辑控制器 P LC 的发展现状和技术特点进行介绍； 接着又对其在电气自动化设备中具体应用范围进行叙 述 ； 并通过某一型号电气设备进行P L C控制系统设计； 最后总结其发展趋势， 对于此类问题具有参考意义。 关键 字 P L C； 电子 自动化 ； 设备 中图分类号 TM5 7 1 ． 6 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 2 1 2 0 1 0 0 0 4 Th e Ap p l i c a t i o n o f PL C i n E l e c t r i c a l a n d Au t o ma t i o n E q u i p me n t DAI Le - r ong De p a r t me n t o f E l e c t r o n i c a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ， S i c h u an El e c tr o me c h a n i c a l I n s t i t u t e o f V o c a t i o n an d T e c h n o l o g y ， P anz h i h u a 6 1 7 0 0 0 C h i n a Ab s t r a c t At f i r s t ， t h i s p a p e r d e s c r i b e s t h e d e v e l o p me n t s t a t u s a n d t e c hn i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e p r o g r a mma b l e l o g i c c o n t r o l l e r P LC ； t h e n d e s c r i b e s i t s s p e c i f i c r a n g e o f a p p l i c a t i o n s i n e l e c t r i c a l a n d a u t o ma t i o n e q u i p me n t ； d e s i g n s P LC c o n t r o l s y s t e m O H a t y p e o f e l e c t r i c a l e q u i p me n t ． At l a s t d e v e l o p me n t t r e n d s o f PLC i s c o n c l u d e d ． I t h a s r e f e r e n c e v a l u e f o r t h i s k i n d o f p r o b l e m s ． Ke y wo r d s P LC； e l e c t r o n i c a u t o ma t i o n ； e q u i p m e n t 1 引言 可编程逻辑控制器 P L C 属于一种专 门为了工业 生产而研发并投入使用的基于数字运算的电子操作系 统[ 1 l 2 】 ， 并迅速 以其独特的特点在工业环境 中得到广泛 的应用 ， 涉及航天、机械、汽车 、矿业等 ， 也包括电气 自动化设备中。P LC控制技术主要采用能够编写程序 的存储器 ， 由于进行其内部的存储功能和逻辑运算功 能 ； 同时 还 能够 进 行 定 时 、计 数 、顺 序 控 制 以及 算 术 运 算 等命 令 的操 作 ； 因此通 过 对 数字 量 和模 拟量 等 数 据信息的输入和输出进行各种控制命令 的下达 ， 以此 完成 电气 自动化 的功能实现。 而在 电气工程 专业 ， 由于传统的 电气 自动化设备 通 过各种 电气连接 线进行 连接 ， 所 以存在着诸 多的 局 限 性 ， 例 如 维 护 量 大 、 可 靠 性 较 差 等 ， 尤 其 是 它 收稿 日期 2 0 1 2 0 6 2 0 的复 杂 的连接 线路和远 距离 的控 制线路 ， 均不 利于 电气 自动化设备 日常 的调试 和安 装【 。随着 科技的 发展和社会的进步 ， 以及 PLC控制技术的广泛应用 ， 其逐步 引入到 电气 自动化设备 的控制 系统当 中 ，并 发挥 着巨大的功效和优势 。在 PLC技术运用在电气 自动化设备 中， 不但节 约了众 多数量 的连接线路 ， 节 省 了经济成 本 ， 同 时还让 技术人 员从繁 重的维修和 安 装工作 中解脱 出来 ，同样节省 了人力 成本 。因此 可以说 ， 在 电气 自动化设备 中引入 P L C控 制技术 ， 具 有 重要意义。 2 P L C技术概述 2 ． 1 发 展现状 在 PL C技术投入 生产和使用初期 ， 就主要应 用 于 电气 自动化 系统 中各 类开关量 的控制 应用 中。在 这一阶段 ， PLC技术特 点还有待发展 ， 存在着诸如数 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r i al Ap pli c a t i o n s an d Com mu nic at i o ns 自动化技 术与应用 2 0 1 2年第 3 1卷第 l 2期 据处理 不强 、通讯和监控 能力较弱 以及控 制范围单 一 等不足 。然而伴 随着工 业改革的不断深入 还让 科 学技术 的不断发展 ， 就 目前来说 ， P L C控制技术完全 能够 胜 任 单独 控 制 的工 作 。例 如 在冶 金 生产 过程 中， 依据 实 际的生 产情况 、控制规 模和控 制复杂程 度 ， 已经能够合理选择 PL C控制系统并解决 了控制 问题 。而在 电气 自动化设备 的工业 生产过程 中 ， 通 过 引入 P L C控制技术 ， 不但令 系统的可靠性 大大增 加 。如今 操作人员 只需要进 行简单 的分项操作 ， 就 能够完成科学合理 的控 制 ， 并且 ， 这也大大 简化 了二 次 接 线 的过 程 [ 4 ] 。 2 ． 2 技术优势 在 电气 自动化应用的过程 中， PLC技术显示 出了 诸多 的优点和技术优势 ， 具有重要意义 。首先 ， PL C 技术具有可靠性 强、操作简单的特点 ， 其干扰能力远 远强于传统的继 电气控制技术 ， 能够适用于更加复杂 的工业生产环境 ； 同时技术人员通过简单的指令 ， 例如 形象、直观的程序段 ， 能够精确反映操作命令 ， 适应范 围广泛。其次 ， PLC控制系统的反应速度快 ， 其控制 功能也相对完善 ， 在设施齐全、实用性强方面 ， 使其成 为一个具有综合控制的整体 ， 通过对继 电器控制系统 进行替换 ， 通过 内部的逻辑关系进行控制 ， 大大减轻了 工 作强 度 3 。 不但如此， 在控制过程 中， 各种辅助继 电器的成功 使用 ， 其节点变位时间都能简化为零 ， 因此无需考虑其 固有返回系数。另外， 其简单的操作环境和操作流程使 学习过程也得到了大大的简化 ， 可以适应业务水平参差 不 齐 的各 类操 作技 术人员[ 1 】 。 3 技术应用 鉴于 P LC的技术优势和技术特点 ， 其在 电气 自动化 专业和电气 自动化设备 中得到了广泛的应用【 ， 。 3 ． 1 顺序控 制作 用 顺序控制应用属于 P L C的基础 功能 ， 在 P L C技术刚 刚被研制和开发的过程中， 其基本作用就是通过顺序控 制对各类电气 自动化设备进行控制操作。经过多年的 发展 ， 其顺序控制力度也得到了大大的加强 ， 逐步适应 了国家所提出的节能减排和提高工作效率 的要求。不 但如此， P LC技术在 电气工程应用中， 通过信息模块和 通信总线连接的作用 ， 使其成为一个综合性的整体 ， 以 完成更加复杂的控制任务。 3 ． 2 开关量控 制作用 开关量控制属于 P LC的另一种控制形式， 由于传 统的 电气控制系 统多采用 电磁继 电器 的形 式进 行开 关控制 ， 此种系统 不但维修 困难 、反应速度慢 ， 而且 常会 出现触 点降低等不可靠情 况。PL C控制技术 的 顺利应用 ， 不但克服 了上述各类缺陷 ， 还具有操作简 单的优点。工作人员通过简单的合 闸操作 ， 就能够根 据 实 际情 况 发 出 合 理 的指 令 。 即 使 在 控 制 工 作 过程 中 出现 故 障 时 ， 也 能 够 进 行 自动 分 闸 操作 ， 大 大 简 化 了工 作 流 程 。 3 ． 3 闭环控制作用 一 般来说 ，电气 自动化设备中的启动方式可 采用 自动启动和手动启动 两种。在 自动启动 和控 制过程 中， P LC内嵌控制模块能够根据实际的操作特点 ， 各运 营时间进 行主设备选择 ； 手动操作则是通过人员工作 时间进行选择 。如今在 电气 自动化设备 中的控制类部 分主要 由PLC和常规控制两种 ， 其 中PLC为控 制主 体 ， 常规回路作为补充部分 ， 并可成为设备控制的安全 回路 ， 这样就能够实现 PLC的安全性能 ， 即使 出现故 障 ， 也能够保证设备的正常使用 。 3 ． 4 自动切换 一 般来说 ， 为了提高设备的可靠性 ， 通过 P L C组成 在备用电源中的 自动投入装置 ， 能够通过各种程序段 ， 进行多种控制操作。同时还能够以正常运营时的信号 数据 作为备 用 电源起动开 关的开一 闭依据 ， 提 高 了 P LC控制系统的数据处理能力和逻辑判断能力。所 以 说 ， P LC技术既能够完成备 电自投操作 ， 还能够根据操 作过程 中的具体运行情况满足其它的操作要求 ， 提高 了设备的整体性和智能性。 3 ． 5 调速 器控 制 调 速 器 属 于 电气 自动 化 设 备 中 的重 要 部 件 ，由 于 其 设 备 需 要 进 行 各 类 不 同的 生 产 操 作 ，因此 需 要 调速器进 行调 节 ， 满足 生产需要 。在整个 调速控 制 的过程 中， PL C主要 由电子调节 单元 、电液执行 单 元及 转速测量 单元组成 ，因此 针对 不 同的参数进行 自动化 技术与应用 2 0 1 2年第 3 1卷第 1 2期 不 同的控 制。 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r i a l Ap p l i c a t ion s a n d COmmun j c a t } On s 4 在 电气 自动化 中的作用 现以某型号的电气自动化设备为例 ， 进行 P LC控制 系统设计 ， 通过实例进行说明。 4 ． 1 控制要求 在系 统设计 过程 中， 首 先需 要对其 烤制 要求进 行分 析和规划 ， 此类型 电气 自动 化设备在运 营过程 中 ， 主要对某工厂进行传送控制任务 ， 通过控制工厂 内 的 传 送 站 ，以此 完 成 对 下 一 道 工 序 的木 材 传 送 任 务 。具 体操作是在 传送站将 木料从仓 库 中取 出 ， 并 运送到 加工站进行 毛坯加 工 ； 其 中需要设置 延时信 号 ， 并 由 5秒的时间差以等待下道 工序的准备 ； 运送 运 输 返 回 原 位 。 4 ． 2 编 程设计 4 ． 2 ． 1 总体方案 在总体方案设计 中， 确定具体控制原理和基础装置 的设定。两处端点设置两个传感器 ， 用于检测。而运输 臂的气缸伸缩和伸展部分选用二位五通双控 电池换向 阀进行通电和断电控制。除此之外 ， 其它部分诸如电磁 换向阀、上位机、下位机、传感器 以及气动装置等， 均 需要严格选择 。其 中对于模 拟量 的输入 ／输 出转换原理 公 式如 式 1 所 示 。 YV ． I 图 1 气动回路图 4 ． 3 测试 PLc控制系统安装完毕， 在投入使用之前 ， 需要进 行系统 内部测试 ， 以确保其具有 良好的控制性能并能够 很好的完成控制任务。测试过程 中， 上位机通过通讯 口， 将程序传送至 PL C系统、并对各种传感器进行输 入、输出测试， 同时还包括程序运行情况、换向情况和 通气路流畅情况等执行元件工作。在模拟后 ， 一切顺利 则可进 行 上位 工作 。 测试过程 中， 对于 PLC可靠性的计算 ， 数学模型 见 式 2 尺 f R l t R 2 t ⋯ 兀R 2 i 1 其 中 ， R f ～， 表 示 单 元 可 靠 度 。 ∑ 为 i l 设备的失效率。 。 [ ‘。 一 V 一 ％|lz 一 z 1 ’ 5 P L c 发 展 趋 势 4 - 2 - 2 硬件选择 { * INNP L C控制技术在电气工程中的应用广泛 ，其 对 P L C控制系统中的硬件选取 ， 主要包括 4 个 P NP 型数字量传感器、4个电磁转向阀、3个按钮开关、一 个指示灯及报警灯等 ， 通过组装共同完成控制任务。同 时还根据实际的商场需要对 电源进行选择 。例如在此 装置中可采用 3 0 7 5 A 电源模板 ， 输入电压为 l 2 0 V／ 2 3 0 V。主机选 用 C P U3 l 4型号 ， 能够 与操作板进行连接 ； 数字量 输入 ／输 出模 块采用 S M3 2 3 型 号。 4 ． 2 ． 3 控制回路图与流程图设计 硬件选取结束 ， 需要对系统进行控制回路 图和流程 图的设计 ， 根据所选硬件 、电气规范及相关标准 ， 进行 规范安装、布线和连线操作。在操作过程中， 要注意接 地和屏蔽问题 ， 避免不必要的干扰， 如图 1所示。 发展步伐也在不断的加速 ， 其发展趋势主要包括网络数 字化 加速和 稳定性提 高[ 引 。 5 ． 1 网络数字化 随着社会的发展和科技的进步， 在 P LC系统发展过 程 中， 也越 来越依赖 计算机 网络技术 ， PLC数字化 发展 成为其主要趋势。在发展过程 中， 将逐步摒弃缓慢和 DOS语言， 并开始成立通用的硬件平台。在这一平台 中， P L C将实现与 D OS 语言系统相结合 ， 共同取长补短， 走向同化。 5 ． 2 稳定性 电气 自动化设 备 的主要 需要是具 有一定 的稳定 性 和可靠性 ， 已完成 愈加复杂的工业生产 。因此 ， 在 下转第 1 1 5页 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r i al Ap pl ic a t i o ns an d Com mun i c a t i on s 自动化技术 与应用 2 0 l 2年第 3 l卷第 1 2期 RC V V B 2 5 0 ，0 ／ ／启动温度接收区 1 0 ． 7 为焊接气缸下限位， P L C在 0 - 0 ． 0 6 秒内， 0 ． 0 9 0 ． 1 5 秒内， 0 ． 1 8 - 0 ． 2 4 秒内， 0 ， ． 2 7 0 ． 3 3 秒内 即M7 ． 0 导 通 瞬间先发数据给单片机 ， 单片机在 0 ． 3 5 0 ． 4 1 秒 内 即M7 ． 1 导通 瞬间再发数据给P LC显示 ， 永远重复上 述 运动 。 5 结束语 通过不断调试改进 ， 该系统 已经交付用户投入生 产 已经 3年 ， 工作稳定可靠 ， 操作方便 。单片机将控 制信 息 通过 串 口传 送 P LC， P LC集 中进 行数 据 处理 和 实施控制 ， 数据显示效果 良好 ， 可靠性高， 完全能满足 实时数据采集监控系统的要求 ， 极大提高了系统的工 作 效率 。 参考文献 [ 1 ]杨志刚 ， 钱俊磊 ． 西 门子P L C S 7 - 2 0 0 系g tJ P L C与单片机 之间的 自由口通信[ D ] ． 河北理 工学院学报 ， 2 0 0 7 ， 4 ． [ 2 】吴国中 ． 单片机与西 门子P L C S 7 2 0 0 的串行通信及应 用[ J ] ． 可编程控制器与工厂 自动化 ， 2 0 0 7 ， 6 5 4 -5 8 ． [ 3 】李有智， 王进． 基于P L C与单片机无协议通讯的数据传 输[ J ] ． 广西轻工业 ， 2 0 0 9 ， 1 4 2 - 4 3 ． [ 4 ]李辉 ， 郑宁 ． P L C 与单片机之间的串行通信及应用【 J 1 ． 电 工技术杂志 ， 2 0 0 3 ， 8 6 7 - 6 8 ． 作者简介窦小明 1 9 6 7 一 ， 男， 电子工程师， 从事电子工程 设 备 技 术 的研 究 。 上接第 1 0 2页 PL C技术发展过程 中， 如何提高其稳定性和操作安全 性成为此类 问题研究 的重点和热点 ， 也是一个难点 问 题 。因此 ， 在发展过程 中， 需要加强对外界 电磁 干扰 的抵 抗 ， 并 对 错 误 程序 段 或者 操作 进 行 提 示 ， 以满 足 生 产 需 要 。 6 结束语 数字化 、信息化和智能化如今 已成为 电气工程发 展 的主要方 向 ， 而通过 引入 P L C控制技 术 ， 大大 加速其 发展 ， 同时也满足 了生产 和生活 中的任务 。 技术人 员通 过直 观 、清 晰 的人机 界面 、更 加完善 的 电气设 备 ， 以及 成熟的现场总线控制， 完成对 电气设备的操作 ， 从而能 够达到理想 中的生产效果 。 参考文献 [ 1 ]叶晓晖．P L C在电气 自动化中的应用现状及发展前景 概述[ J J ． 中国新技术新产品， 2 0 0 9 ， 1 5 1 4 4 1 4 5 ． [ 2 ]田娟 ． P L C先进控制策略研究 与应 用[ D] ． 2 0 0 5 ， 6 ． [ 3 ]吴舸．刍议P L C 在电气 自动化中的应用与发展趋势[ J ] ． 中国电子商务， 2 0 1 0 ， 3 1 1 7 1 1 8 ． [ 4 】姚振龙 ．浅析 P L C在电气自动化中的应用与发展[ J 1 ． 科技创新导报， 2 0 1 l ， 2 6 l 1 4 ． [ 5 ]徐子闻． P L C在电气自动化中的应用研究f J ] ． 科技风． 2 0 1 1 ， 6 5 5 ． [ 6 ]范建忠， 刘爱琴， 吴延伟．P L C在电气自动化中的应用 现状与发展前景 ． 动力与电气工程， 2 0 0 9 ， 3 2 8 4 ． [ 7 】张君艳． 西门子P L C在电气动系统中的应用Ⅲ． 机电设 备 ， 2 0 0 7 ， 1 0 1 9 - 2 0 ． [ 8 】张宏 ． 邹凤华． P LC在电气 自动化中的应用现状与发展 前景[ AJ ． 低碳经济与科学发展吉林省第六届科学技术学术年 会论文集【 C 】 ． 2 0 1 0 l 8 0 -1 8 2 ． 作 者 简介 代 乐荣 1 9 6 3 一 ，男，学士 ， 讲 师， 研 究 方向工业 自动 化 。