浅析PLC在电气自动控制系统中的应用_吴云龙.pdf

第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 202365收稿日期：2022-12-10通讯作者：浅析 PLC 在电气自动控制系统中的应用吴云龙（广东石油化工学院，广东茂名525000）摘要：PLC 技术的出现为电气自动控制系统的发展提供了强有力的动力，为了让读者们更加了解 PLC 及其在电气自动控制系统中的应用，文章从系统设计原则，技术的优点及存在的一些问题，结构与软硬件算法实现作出了浅显的分析，并在应用理论作出了基于 PLC 的手表表链打孔系统的设计。关键词：PLC 技术；自动控制系统；应用中图分类号：TM76；TP273 文献标识码：A 文章编号：1003-7551(2023)01-0065-030引言时代的发展会不断推动行业的技术革新，尤其是与电气自动控制相关的制造业。自 1968 年美国通用汽车公司 GM 提出十条招标要求以来，PLC 逐渐登陆世界的舞台。如今，PLC 技术因为其软件的编程简单，因功能性比同价位的其他技术强，抗干扰能力良好及可靠性高等诸多特点被各大制造行业所重视。本文从 PLC 的各个方面进行论述，并且在文章末尾设计了一个基于 PLC 的自动控制系统以供参考。1PLC 的认识及系统设计原则1.1认识 PLCPLC，是一种可通过编制程序来实现控制的仪器。它是在计算机控制技术和电气控制技术基础上开发出来的工业控制装置，并且渐渐通过发展形成了以微处理器为核心，将通信技术，自动化技术，计算机技术结合起来的新型集成控制装置。目前，中国市面上的 PLC 产品有很多，比较流行的有西门子 S 系列，三菱 FX 系列等。应用领域横跨食品产业、制造业、娱乐业等中国大部分产业。1.2PLC 控制系统的设计原则因为传统的电气控制系统技术水平相对不高，所以其系统运行时需要大量的维护，导致运行成本较高，工程繁琐。对此，设计者在设计 PLC 控制系统时，需要考虑如何简化控制流程，合理减少运维成本，确保更高的经济效益。PLC 控制系统的设计应该考虑系统的安全性，尽可能降低系统的安全隐患，确保其能够安全稳定地运行。PLC 控制系统设计时应当考虑设备，技术的质量，使其与传统的电气控制系统有较高的竞争力。此外，在设计时需要结合当前实际情况使用更合适的中央处理器及其他配套设施，绘制完善相应的流程图和接线图，并完成调试，为设计系统做好充分准备3-4。2PLC 技术的优点及存在的一些问题2.1技术优点2.1.1软件的编程简单PLC 技术能够在近年来快速发展，并且应用在各大领域，很大程度都归功于其本身的软件编程工作简单，容易上手操作，方便设计者在短时间内掌握编程的方法，大大减少了公司学校的学习成本。2.1.2功能性强与传统的自动化控制系统相比，PLC 技术优势就体现在其具有很强的功能性，并且应用领域广泛，不但第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 202366可以完成传统的逻辑运算，更可以兼顾顺序，计算，监控等各个领域。2.1.3抗干扰性与可靠性强PLC 技术最突出的优点是其自身具有强大的自我诊断功能，一旦在系统运行时发生数据错误或缺失等状况，能够第一时间进行自我检测并指出发生问题的位置。不但如此，PLC 技术自身还拥有极高的抗干扰能力，对一些错误的信息进行抗干扰2。2.2一些问题表现标准化普及率低现阶段的电气自动化控制系统问题还未出现完善的标准化管理，导致运行成本不断增加，许多信息共享需求无法完成，许多企业无法实现有效的沟通，不利于自动化系统的市场发展。通过市场调查显示，很多企业对自动化系统进行人机交互的过程中，时常会遇到视频卡顿、模糊、画面不连贯等问题，画面显示不准确，导致实时的信息收集错误，从而导致企业或个人的经济损失。对于一个产品来说，质量就代表市场的竞争力，而设计和操作人员的素质就很大程度影响了产品的质量好坏。因为我们国家 PLC 自动化技术发展较晚，还处于追赶阶段，系统标准化的知识仍需要加以补充，导致目前专业人才良莠不齐1。3基于 PLC 技术的电气设备自动控制系统3.1系统整体结构想要使用 PLC 技术设计一个电气设备自动控制系统，就需要了解“模块化思想”，所谓“模块化思想”就是其利用主程序，子程序等描述主要结构和系统流程的方式。电气设备自动控制系统结构内，由模拟量输入，数字量输入/出模块和 PLC 可编程控制器组成。模拟量输入模块包括，温度传感器与压力传感器。并且可以将收集到的温度，压力通过 PLC 模拟扩展子模块传输到可编程控制器内。同理，数字量输入模块将收集到的开关状态信号通过检测电路传输到可编程控制器内。而 PLC 可编程控制器则可以利用不同信号属性控制设备运行，并可以将相关信息传输到数字输出模块，完成人机交互功能。3.2PLC 软硬件结构与电气设备控制系统的思想相似，同样采用模块化思想进行设计。PLC 硬件结构示意图所展示那样，整个可编程控制器具备包括本地 I/O 接口，RS-232 接口和 RS-485 接口，分别将传感器收集到的位置温度等信息输入控制器。输入储存器后再将信息经过 CPU 计算处理后传输到互联网等输出端，实现与计算机相交互的过程。3.3触摸屏配置及算法实现对于触摸屏，我们可以将其理解为实现人机交互的那块显示板，使用者可以在应用程序内打开诸如图形界面与管理，数据存储与管理，通信控制与管理和设备控制与管理界面进行实时操作，并且通过接口与系统硬件相连实现交互。因为大多数闭环系统，所以关于那些连续变化的模拟量，经常使用 PID 控制器进行控制。控制过程：令Y（t）表示输出值，Y0表示稳态输出值，则表达式如下（1）式：Y tKe tTtTttYpi()ddedd=()+()|+10 （1）其中，Kp，Ti，Td分别表示增益比例系数，积分比例系数和微分比例系数，e表示输出的偏差量，d t表示时间的增量。如果对（1）式进行离散处理，将设备运行采样周期设为T，当控制器采样时间符合t=mT时，微/积分公式如（2）式：（）-|=001teje tTjete mdddT()()其中j为设备，且设备可以取到n。就此我们可以将（2）式的输出值用公式求出，表达式如式（3）：Y kKe mKe je me mYpiim()=()+()+()-()+=Kd100（）第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 202367其中，Ki，Kd分别表示微积分常数。为使数据更加准确，减小误差，可以对（3）式进行增量计算如下：()=()-()=()-()-()+()+()-Y mY mY mKe me me mK e mKe me mpid112-()+-()11e m （4）最后我们可以得到以下表达式：Y mY mY m()=-()+()1 （5）就此，按照上述步骤可以完成算法的实现5。4仿真实例（基于 PLC 的手表表链打孔系统）这次仿真实例使用的 PLC 型号为三菱 Fx3U，接线原理图，IO 列表及部分软件程序如图 1、图 2 所示：图 1接线原理图图 2IO 列表及部分软件程序5结论文章从 PLC 的简述，系统设计的原则，技术的优点及存在的一点问题开始逐步递减剖析 PLC 在电气自动控制设备应用方面的诸多疑问和解决方式，并且在系统结构，软硬件结构和算法实现等方面提供了一个运用PLC 设计电气自动控制系统的方法，在随后的仿真实例中取得了不错的应用效果。参考文献1 金鑫.简析 PLC 技术在电气自动控制中的应用 J.中国设备工程,2022(24):14-16.2 郭淳芳.电气自动控制 PLC 应用问题分析 J.南方农机,2022,53(23):166-168.3 欧娟娟,段向军,王春峰.基于 PLC 技术的电气设备自动控制系统 J.淮阴师范学院学报(自然科学版),2022,21(02):132-137.