PLC技术在电气工程及自动化控制中的应用

摘要可编程逻辑控制器是PLC的全称，PLC不仅仅是一种存储器并且还可以编程。通常它内部程序储存可进行为基础，在储存的同时还能控制某些指令执行与之相应的工作，当处在特定的软件系统的情况下，就拿自动化控制工程这个环节来说，在处理这个系统时PLC技术的效能就可以发挥的非常极致。关键词：电气工程、PLC技术、自动化控制电气工程

AbstractProgrammable

logic

controller(PLC)

is

a

kind

of

special

memory,

which

can

be

programmed.

Usually,

it

can

store,

based

onthe

function

of

internal

storage

program,

and

control

the

execution

of

some

instructions

and

the

corresponding

work.

Insome

circumstances,

such

as

the

automation

control

engineering,the

efficiency

of

the

PLC

technology

can

be

extremely

highkeywords：Electrical

Engineering、PLC

Technology、automatic

control

of

electrical

engineering.目录摘要 1Abstract 2PLC技术在电气工程及自动化控制中的应用 4一、PLC技术的概括 41.1PLC技术的构成 41.2 PLC技术在电气工程与自动化控制中的应用 41.3PLC技术的原理 61.4电源PLC的电源分三类： 61.5编程器 7二、电气工程自动化控制中PLC技术应用的重要性 72.1电源 82.2中央处理器 82.3输入输出接口 82.4存储介质 8三、PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用 83.1在编制程序中PLC技术的具体应用 93.2编程语言 103.3应用于控制顺序 113.4应用于开关量控制 113.5网络控制技术 123.6PLC技术的应用实例 123.7基于PLC技术的开关量控制 143.8强化电气自动化控制系统设计人员专业水平的培养 153.9建立电气自动化控制中PLC技术的应用标准 153.10PLC在电气工程自动化控制中应用的展望 163.11PLC在电气工程自动化控制中的亟待解决的问题 16结论 17致谢： 18参考文献 19PLC技术在电气工程及自动化控制中的应用高志飞电气工程及其自动化专升本2016-12班16840159一、PLC技术的概括1.1PLC技术的构成1.1.1P在采样输入系统中应用此类技术，有利于对控制机电系统进行管理，提升自动控制工作质量，保证可以发挥PLC技术的应用优势，提升数据采集工作有效性。技术人员可以通过扫描方式开展相关工作，提升内部系统的运行效率，在采样输入工作结束之后，可以完成各类信息储存活动，提升其工作可靠性。1.1.2P在电气工程与自动化控制过程中，PLC技术的应用具有一定优势。首先，具有体积小的优势，便于对其进行安装与拆卸，使用范围较为广泛，同时，还可以对各类程序进行编制处理，提升梯形图的应用质量[1]。其次，在应用PLC技术的过程中，可以有效提升编程技术的应用效率，通过内部控制方式实现各类存储工作，全面提升自动化控制工作可靠性，优化其发展体系。同时，技术人员应用PLC技术，有利于对自动化控制进行处理，减少占用的空间，提升连接工作的标准化程度对于PLC而言，主要是一种数字运算操作电子装置，利用图解法对其进行设计，最为常见的就是梯形、逻辑流程与时序流程等图法，在实际应用中。提醒突发，就是利用继电器模仿控制方式对其进行处理，可以将图形与元件名称等开展相关活动，使其形成继电器控制电路。对于逻辑流程图法而言，就是利用PLC程序等输入与输出相关突发，制作成为逻辑流程图。在此期间，相关人员可以查找故障点，可以对其进行维修与调整[2]PLC技术在电气工程与自动化控制中的应用1.2.1P在编制程序中，部分企业开始应用PLC技术，可以提升顺序控制器的应用效率，例如：某火力发电厂在清洁工作的过程中，利用自动化控制系统与PLC技术开展相关工作，可以提升其生产效率，控制生产成本，减少存在的各类问题。因此，在电气工程与自动化控制中，技术人员必须要重视PLC技术的应用，保证可以提升技术应用可靠性。首先，技术人员需要重视现场传感情况，发挥PLC技术的应用作用。其次，在主站系统应用PLC技术的时候，技术人员需要科学设置技术系统。最后，在远程控制过程中，相关技术人员需要通过PLC顺序控制方式，提升远程控制性能，增强其工作效果,。1.2电气工程与自动化控制中，开关控制系统较为重要，技术人员需要科学应用此类技术，通过数码编程方式，提升计算控制工作的可靠性。同时，电气工程自动化控制系统中传统开关控制已经不能满足其需求，无法达到自我保护的效果[3]首先，技术人员需要对开关断电系统进行控制，通过PLC技术的应用，减少机器的损耗现象，同时，还要利用定义虚拟继电器代替传统的机械化继电器，发挥虚拟继电器的应用作用，缩短开关控制的反应时间，减少对于电力工程各类机械设备的损害。其次，技术人员在应用PLC技术的过程中，必须要及时发现其中存在的技术发展问题，减少其中存在的各类故障现象，提升电力工程自动化控制系统的生产力与生产效率，带动电力企业的长远进步1.2.3电气工程自动化控制中PLC技术的电气工程自动化控制中PLC技术的应用，需要企业制定完善的战略方案。首先，要满足电气工程的发展需求，进一步研究PLC技术的应用方式，利用先进的研究行为等，促进电气自动化工程的建设质量。其次，相关部门需要建设高素质人才队伍，培养出电气工程技术人才，阶段性对其进行PLC技术的培训，使其可以全面掌握各类技术知识，并积极将PLC技术应用在实际工作中，保证可以提升技术的应用效率，增强电气工程建设效果。再次，企业需要建立PLC技术应用系统，利用完善的信息技术提升技术应用价值，并建设专门的数据信息系统，满足现代化电气工程的建设需求。最后，企业需要将PLC技术全面融入到电气工程自动化控制系统中，保证可以提升其工作质量要求.1.3PLC技术的原理

可编程序控制器的基本组成PLC的系统构成可以分为两大部分：即硬件系统和软件系统。下面分别对硬件知识和软件知识这两部分进行介绍。PLC的硬件系统构成：微处理器可以有以下不同种类1.3.1输入/输出单元（I/O单元）I/O单元是PLC与外部设备相互联系的窗口，必须与现场相连，应具有如下功能：输入单元能可靠地从现场获得有关的信号，能对输入信号进行滤波、整形、变换成控制器可接受的电平信号，输入电路应与控制器隔离。输出单元把控制器的输出信号转换成有较强驱动能力的、执行机构所需的信号，输出电路也应与控制器隔离。a、按信号的流向分：输入单元和输出单元b、按信号的形式分：开关量I/O单元和模拟量I/O单元c、按电源形式分：直流型和交流型、电压型和电流型d、按功能划分：基本I/O单元和特殊I/O单元输入单元由输入端子、输入电路和输入锁存器构成。输出单元由输出锁存器、输出电路和输出端子构成。PLC的输入、输出接口部分是PLC内部弱电与外部强电相连的部分，所以必须具有电压转换和隔离的功能，这样不需要中间继电器，PLC就能直接与传感器或执行器相连，同时还可以减小电磁干扰。1.4电源PLC的电源分三类：（1）外部电源：用于驱动PLC的负载和传递现场信号，又称用户电源。（2）内部电源：PLC的工作电源，有时也作为现场输入信号的电源，有的PLC能向外部提供24V直流电源。（3）后备电源：在停机或突然失电时，保证RAM中信息不丢失的电源。PLC一般配有开关式稳压电源为其内部电路供电，开关电源输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高，抗干扰性能好。在现场控制中，干扰侵入PLC的主要途径之一是通过电源，因此设计合理的电源是PLC可靠运行的必要条件。1.5编程器编程器用于用户程序的输入、编辑、调试和监视，可以通过键盘调用和显示PLC的一些内部继电器状态和系统参数。它经过编程器接口与CPU联系，完成人机对话。它一般都具有下列5种功能：编辑功能编程功能监视功能检查功能命令功能编程器还具有与EPROM写入器、打印机、盒式录音机等外围设备通信的功能。二、电气工程自动化控制中PLC技术应用的重要性

PLC技术在电气工程自动化控制中的应用体现了信息化技术在电气工程控制领域的全面开发。特别是大规模集成电路在电气工程自动化控制的应用，使计算机信息化技术在电气工程当中得到广泛应用，计算机具有反应速度快的优势，而电气设备中大规模集成电路的使用，提升了电气设备的产品存储量，而计算机与电气设备进行相互融合，使得电气设备自动控制具备了快速的反应能力，保证了电气设备的储存能力。PLC技术在电气工程自动化控制中的应用，使得不同电气设备自动控制具备了速度更快捷、分布更广泛、运行更智能的明显优势。

PLC控制系统，主要由电源、中央处理器、输入出接口和储存介质四个部分组成，其中最核心、最重要的技术是控制技术。PLC技术之所以能够得到各领域的广泛应用，一方面主要是因为使用者可以根据自身的实际情况，对系统的具体工作进行安排设置，另一方面是可以根据使用者需求，增添外部设备。对控制系统的四个主要组成部分的功能介绍。2.1电源

与日常生活中的设备一样，负责控制整个控制系统的开关状态，开启或闭合两种形式。2.2中央处理器

具体是接收使用者输入的数据命令，并对其进行分析处理，为系统的进一步工作做好铺垫。2.3输入输出接口是控制系统与外界联系的重要方式，并在这过程中实现信号的接收和传递作用。2.4存储介质对信息的储存影响巨大，主要是对使用者输入的信息数据进行储存，为使用者在使用时提供效率和便捷度。三、PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用

PLC技术即可编程逻辑控制技术，简单来说就是一种专用于工业环境控制的计算机，硬件结构基本上与微型计算机相同。从上个世纪70年代开始，PLC就进入了实用化发展的阶段，并且将计算机技术引用其中，提高了PLC技术的运行质量，进而使其在现代工业中得到了承认。随着相关技术的不断提高，PLC的运用也愈加成熟和广泛，已经在开关量的逻辑控制，模拟量的闭环控制，数字量的智能控制，数据采集和监控，通信、联网、及集散控制等领域熟练被运用。

PLC技术的编程语言相对简单，无需专业性较强的计算机知识，所以系统的开发时间短，现场调试相对容易，相关技术人员上手也快，同时还可以在不拆动硬件的前提下在线改变控制方案，现场进行程序修改。PLC的软件功能取代了继电器控制系统中很多器件，减少了控制柜设计、安装、接线的工作量。同时PLC产品已经实现标准化，体积较小，方便使用

PLC的软件部分代替了继电器大量中间元件，大大减少了接线的数量，当然也就减少了触点接触不良造成的故障，由此PLC技术的可靠性远高于继电器控制柜。PLC通过加强硬件和软件抗干扰能力，大大增加了运行中的无故障时间，在干扰较为强烈的生产施工现场可以正常运行，由此PLC技术在众多工业控制设备已经是公认的最可靠的技术之一。

以上所述的PLC技术的所有特点决定了其故障率很低，同时该技术利用科技完善了故障显示和自我诊断功能，无论是PLC本身还是外部接入装置，都可以根据其显示状况做出诊断，迅速解决故障[3]。

近年来，电气自动化水平不断提高和发展，PLC技术的优势也越加显现。因为PLC技术在电气工程自动化控制中的应用，使得电气设备的产品储存量增大，也因为计算机技术的提高，其运行速度加快，加上技术本身的高智能化，PLC在电气工程自动化控制中的地位愈发稳定，其技术本身的提高，也促进了电气工程的发展，加速自动化方向的转变。3.1在编制程序中PLC技术的具体应用我们国家的经济在不断的发展，科学技术水平也在不断的提高。其中PLC技术的应用也越来越广泛了，在电气工程自动化控制方面，它对于提高生产效率，促进生产力的发展具有重要性意义。就一些传统的电气工程自动化控制系统来说，其连接和处理是通过继电器来实现，继电器是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关，但在复杂的控制系统中，故障的查找和排除非常困难，不适应于工艺要求发生变化的场合。这不仅使得系统的建立需要消耗很多的人力、物力、财力，而且不利于统一管理，高效维护，各种故障短路等问题一直阻碍着系统的正常工作运行，给生产效率带来了影响。在这种背景下，对于PLC在电气工程自动化控制中的应用进行分析和探讨具有重要的现实意义。电气工程专业是一个国家产业的重要组成部分，电气工程专业的发展水平很大程度上的决定了一个国家的现代化水平。电气工程专业的发达程度也直接影响到了国计民生，因此，电气工程自解放以来就一直是我国发展的重点。电气工程目前最有前景的发展方向就是将电气工程和自动化控制工程相结合起来，因为电气工程如果能够和自动控制工程有机的结合，就能够使得电气工程的生产效率大大提高，从而降低生产成本和劳动力的成本，将有限的资源应用到更加需要的地方去。在这个过程中，PLC起到了举足轻重的作用，引入基于PLC的自动控制系统将使得电气工程迈上一个新的台阶。可编程控制器的软件系统可编程控制器是微型计算机在工业控制领域的重要应用，其软件系统可以分为系统程序和用户程序两大类。系统程序即可编程控制器的操作系统，它是由PLC生产厂家编制的，用于控制PLC本身的运行，对用户是不透明的。系统程序通常包含三个部分：（1）系统管理程序。（2）用户指令解释程序。（3）标准程序模块和系统调用。用户程序是指用户根据自己的控制需求编写的程序。由于PLC应用场合是工业现场，主要用户是电气技术人员，其编程语言要满足易于编写和易于调试的要求。通常使用梯形图语言，又叫继电器语言或电工语言，还可以用指令语句表、逻辑功能图、顺序功能图、流程图及高级语言。PLC软件系统中的系统程序是一个整体，其质量好坏，很大程度上决定了PLC的性能；而用户程序则比较灵活，根据具体需要编制。3.2编程语言3.2.1梯形图概述梯形图是一种图形编程语言，是面向过程的一种“自然语言”，它沿用继电器的触点线圈和串并联等术语及图形符号，同时增加了一些继电—接触器控制系统没有的特殊功能符号。梯形图语言比较形象、直观，对于熟悉继电器控制线路的电气技术人员来说，很容易接受，且不需要学习专门的计算机知识，所以是PLC应用中最基本最普遍的编程语言。梯形图只能用图形编程器直接编程。3.2.21）触点具有接通和断开两种状态；2）触点可以任意的串联、并联，但继电器的线圈只能并联不能串联；3）输出继电器可以使用输出继电器、中间继电器和辅助继电器；4）每一个梯级从起始母线?触点?输出继电器?母线。5）指令语句表指令语句就是用助记符来表达PLC的各种功能。它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言通俗易懂，因此也是应用很广泛的一种编程语言。可使用简易编程器来编程，在未能配置图形编程器时，只能将已编好的梯形图程序转换成指令语句表的形式，再通过简易编程器将用户程序逐条输入到PLC的存储器中。每条指令由地址(语句步）、操作码（指令）和操作数（数据或器件编号）三部分组成。编程设备简单，逻辑紧凑、系统化，连接范围不受限制，但比较抽象，一般与梯形图配合使用互为补充。大多数PLC都有指令语句编程功能。是启保停程序梯形图对应的指令表。要很多的电气知识，非常方便。

3.3应用于控制顺序

很多企业在顺序的控制室上应用了PLC技术，比如在火力发电厂中运用该项技术，能够对炉渣和炉灰进行清洁，在清洁的过程中就在顺序控制器上起到了一定的作用。如果在清理的过程中不运行PLC技术就会使整个工程的生产效率降低，企业的经济利益就会受到相应的损失。由此可见运用PLC技术就能够有效发挥顺序控制器的作用。在某种程度上就能够优化和整合自动控制系统。在进行优化自动控制的过程中，主要注意现场传感、主站层和远程控制。3.4应用于开关量控制

在电气工程自动变化中运用PLC技术是因为PLC技术在转换成存储器的形式下对虚拟继电器产生一定的影响。通常情况下，继电器在控制反应上会应用很长时间，对短路就不能进行科学有效的控制。在这样的状况下，运行PLC技术也有一定的劣势。如果把PLC技术和自动切换系统相结合，就会提升系统的反应速度，在系统反应得到一定提升的情况下，也会提升整体的运行效率，这个过程中应用PLC技术就能够合理控制开关量，使PLC技术发挥良好的效用。3.5网络控制技术

由于神经网络控制具有高性能的特点，能够在很大程度上减少及定位的时间，对于非初始速度的变化进行有效的监控，在神经网络控制中其结构具有多样性复杂性的特点，它能够进行反向和正向的学习计算，在网络控制系统中，可以根据电气参数对速度进行合理的控制及计算，能够在信号处理及其它模式识别方面进行有效的应用，具有非线性一致估计在电气工程自动化控制方面也有很大的应用，网络控制系统及神经网络技术具有较强的一致性及复杂性，在进行操控是对技术人员的要求较高，不需要网络教学模型同时对于故障也有一定的抗低抗性。这就需要企业提高技术人员的能力，加大对于技术人员的培训及专业知识能力的培养。以此来达到网络控制技术高效率的实施。3.6PLC技术的应用实例3,6.1堆垛机PLC控制系统功能堆垛机在我国当下自动化立体仓库中有着极为广泛的应用，其能够实现高层、高速、高密度自动货物存取，而对于堆垛机的出入库任务完成来说，应用PLC技术的自动化控制系统的支持必不可缺，PLC技术在堆垛机运行中负责运动控制、位置检测和定位、速度控制、安全与保护，由此堆垛机才能够为自动化立体仓库提供高质量服务。3.6.2堆垛机PLC控制系统硬件设计结合堆垛机工作实际，笔者选择了S7-300系列的PLC用于堆垛机控制，这一系列的PLC采用了节省空间的模块化结构设计，由于不需要考虑槽位规则，这就得其适用于各种机械控制任务，该PLC的CPU为315-2DP，这一型号的CPU在浮点数和二进制数处理中表现较为优秀，由此就能够较好为堆垛机提供服务。

3.6.3PLC输入/输出模块的选择

S7-300型号的PLC最多可以扩展四个机架，而每个机架可以最多连接8个模块，基于此在PLC输入/输出模块的选择中，笔者选择了SM321输入模块、SM323输入/输出模块、SM322输出模块、SM331输出模块，而结合PLC输入/输出模块具体选择所反映的耗电量，堆垛机PLC控制系统选择了PS3075A电源。

3.6.4变频器选择

变频器主要负责堆垛机的水平与垂直方向速度控制，而在变频调速技术的支持下，驱动简单、无需电动机启动与减速的附加装置得以淘汰，堆垛机由此就能够在PLC控制系统支持下实现在线无级调速。值得注意的是，笔者将变频器的直流侧电压上限设置为850V，超过这一上限变频器将通过关断输出强行停止堆垛机运行。

3.6.5异步电动机的选择

异步电动机的选择中，笔者选择了我国工业领域应用较为广泛的三相异步电动机，这一选择主要是由于三相异步电动机具备较为优秀能量变换特性，当然运行性能优秀、节省材料也是选择三项异步电动机的原因。

3.6.6测速机的选择

测速机主要负责堆垛机距离与运行速度的测量，其能够实现机械转速向电压信号转换，考虑到PLC控制系统提出的体积小、重量轻、结构简单、可靠性高、无线干扰小等要求，笔者就交流测速发电机和直流测速发电机进行了深入比较，最终选择了交流测速发电机中的空心杯转子异步测速发电机作为测速机，由此堆垛机PLC控制系统就将真正得以实现。

PLC、PLC输入/输出模块、变频器、异步电动机、测速机五方面属于PLC控制系统的主要硬件构成，虽然鉴于篇幅原因笔者未能对PLC控制系统的软件设计进行详细描述，但该系统整体设计思路已经在文中有着直观描述。3.7基于PLC技术的开关量控制

在传统的电气设备自动化控制中，电磁性继电器承载着开关量的控制工作。开关量的控制工作容易受到众多触点和接线复杂性等外界因素的影响，不能保证系统的可靠性，给维修工作带来了麻烦，容易出现运行慢、不准确等状态。应用PLC技术的自动化控制系统后，对继电器和触点都进行了改进和取代，减少了触点的故障发生率，提高了设备的运行效率，也提高了工业自动化系统的质量。应用PLC技术的自动化控制系统，实现了对开关的集中控制，工作起来更加简单方便，既节省了大量的人力和物力，又减少了工作量，开关数量的减少也方便了控制和维修工作。在电业局生产中已经广泛使用备用电源自动投入装置，应用PLC技术对程序进行重新录入，减少了对外界的干扰，极大地提高了系统的可靠性和电力系统的运行效率。在运输系统中安装PLC技术，可以提高运输控制效率。

3.7.1P在对PLC的应用中，PLC被大多企业当做顺序控制器使用。如：火力发电厂在清除飞灰和炉渣的过程中，PLC被当做顺序控制器使用，因为自动化控制系统效率的高低，对电能的生产有着直接的影响。所以，为提高火力发电厂生产效率，企业应该重视自动化系统，对其进行科学的、合理的、规范的设计。企业应了解自动化系统的分层式结构，还有自动化系统的主要部分：远程控制、现场传感、主站层，为PLC技术能够促进电气工程发展做出铺垫。

3.7.2PLC技术中的闭环控制

在电气设备自动化控制系统之中，系统中的泵类电机启动有多种方式进行启动，通过应用PLC技术的自动启动方式，PLC内的顺控模块可在泵开机时，根据泵的总共工作时间来进行对用泵的选择，并对泵工作的时间来决定泵的启动或关闭。目前，电力自动化系统是将PLC技术和常规控制系统结合在一起使用，常规控制系统是在PLC技术出现问题时，作为备用系统使用的。是为了保证企业能够不停产，能够处于持续运行状态，以免影响企业的生产。

3.7.3电气工程及自动控制中应用PLC技术的方案分析

在电气工程及自动化控制中应用PLC技术可以有效提高企业的生产效率，但同时也要制定完善的应用方案。第一，要根据企业的电气工程自动化需求，选择针对性的PLC技术应用方式，以此促进电气自动化控制的运行效果；第二，要加强对高层次人才的引进，加强对PLC技术的管理，全面掌握相关技术知识，推动PLC技术在实际工作中的应用；第三，企业要构建完善的PLC技术应用系统，完善相关信息技术，提升应用价值，最终促进PLC技术全面融入到电气控制及自动化控制中，为企业创造更大的效益。

3.7.4

信息化时代的到来为人们的生产生活提供了智能技术的支持，推动了快节奏生产工作的到来。在PLC技术今后的发展研究中，要紧跟时代发展步伐，大力研究自动化控制技术的应用，将电气工程自动化技术的发展推向新高度，有效地指导生产工作，推动行业发展，带动经济增长。3.8强化电气自动化控制系统设计人员专业水平的培养

企业应着重电气工程自动化控制中对系统设计人员的重点培养，提供多种形式的技术培训措施，提升系统设计人员的专业水平与自身素养，使这些系统设计人员能够更好地掌握PLC技术的相关理论知识，并能很好地对这些理论知识进行深入研究，使PLC技术的应用思路得到不断拓展，并依据