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1、机电控制与可编程控制器技术课程专题报告PLC在电气自动化控制系统中的应用摘要信息技术、网络技术、微电子技术等新兴技术为现代化工业开展注入 了新的活力，提高了工业在我国国民经济开展中的地位，使工业成为我国 社会经济快速开展的重要推动力。在工业电气自动化领域，传统的电气自 动控制系统由于多使用电气线路的实际接线方式，导致其存在变更困难、 耗时耗力的问题。PLC针对这一问题，只在输入端与输出端使用较小的接 线量，且具有高可靠性、高抗扰能力、维护变更方便等优势，在电气自动 化 领域极具开展前景、本文对PLC在电气自动化控制系统中的应用方向与 应用前景进行了探索与分析，对提高工业电气自动化水平具有一定参
2、考意 义。关键词：PLC电气自动化控制系统顺序控制1引言工业是我国经济开展的支柱性产业，是推动中国经济高速增长的重要力 量，自改革开放以来，工业在中国国民经济中占有举足轻重的地位。随着 我国社会经济的快速开展与信息化程度的提高，信息技术、网络技术、微 电子技术等新型技术都得到了长足的开展，在提高我国工业自动化水平方 面具有重要积极意义。工业电气自动化是工业现代化的重要标志与核心技 术，在现代工业体系中发挥着非常重要的作用，在世界工业开展史上具有 划时代的意义。工业电气自动化是工业现代化的重要标志与核心技术，在 现代工业体系中发挥着非常重要的作用，在世界工业开展史上具有划时代 的意义。工业电气自
3、动化可以改善劳动者的劳动环境条件，提高工业生产 的白动化水平，进而提高工业生产的效率与工业生产的经济性，因此，积 极探讨与深入研究国家工业电气自动化的新技术及其应用实现具有十分 深远的现实意义。传统的电气自动控制系统之间多用电气线路进行实际连 接，这种实际接线的连接方式使得仪器设备的维护工作变得复杂繁琐，一 旦系统控制内容有所变化，需要大量变动电气线路，极耗人力与物力。可 编程逻辑控制器(ProgrammableLogic Controller, PLC)的出现解决了传 统电气白动控制系统存在变更困难的问题，在提高工业自动化水平的同 时，为电气自动化控制的应用与维修变更带来了更多的便利，因而在
4、工业 电气自动化领域广泛使用。本文以PLC为研究对象，探讨PLC在气自动化 控制系统中的应用，对我国工业电气自动化的开展具有重要促进意义。2 PLC及其特性PLC是一种数字运算操作的电子系统，其采用一类可编程的存储器用于内 部存储程序与控制逻辑，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操 作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机 械或生产过程。PLC的工作原理是，在系统程序的管理下，通过运行应用 程序，对控制要求进行处理判断，并通过执行用户程序来实现控制任务。 PLC的基本结构组件包括电源、CPU、系统程序存储器、用户程序存储器、 接口电路、功能模块以及通信模块，电源为
5、PLC系统的运行提供稳定的交 流电压；CPU是PLC系统的核心，负责判断系统的状态，并根据实时状态 控制数据的处理与数据的传输发送；系统程序存储器用于存放系统软件； 用户程序存储器用于存放编写好的应用软件，是所有操作命令的集合：接口 电路用于系统输入输出数据与信号：功能模块包括定位功能、计数功能等 模块；通信模块用于在PLC系统的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶 段的联网通讯。PLC的工作流程为，首先根据本扫描周期输入采样阶段所 处的状态输入映像区中的数据，在程序执行阶段和输出刷新阶段，输入映 像区中的数据不会因为有新的输入信号而发生改变；接着将程序输出指令 的执行结果输出为映像区中的数据，
6、在输入采样阶段和输出刷新阶段，输 出映像区的数据不会发生改变：最后，将输出状态寄存器中的数据作为控 制信号，经由与外部负载连接的输出端向各输出点传达，以控制工业设备 的运转状态。PLC在电气自动化控制系统的应用方面具有独特的优势，具体优势与特性 如下：2.1 高可靠性与高抗干扰能力工业电气设备的可靠性是影响设备质量的重要因素，也是工业领域密切关 注的关键性能。现今多通过用大规模的集成电路制造并形成PLC的内部电 路，在设计与制造的过程中也有详细完善的生产工艺作为生产指导，因此，制 造出的PLC具有高可靠性与极强的抗干扰能力，能够保障PLC连续工作 20000小时以上而不发生故障，具有其他电气设
7、备所不能相比的。2. 2编程语言简单易用 PLC采用的编程语言种类丰富，如梯形图语言、布尔助记符语言、功能表 图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等，这些语言简单易学，极 易理解与掌握，相关工程技术人员可以在较短的时间内精通PLC的编程语 言，并将其编写成指令，实际应用于工业电气自动化控制中。2. 3多样化、高适用性目前PLC种类多样、功能多样，但是PLC的工作原理与组成结构基本类似， 因此其多样的产品系列已经完善而齐全，用户可以根据的自己的需要与自 动化控制的规模大小，灵活地组合PLC的模块，实现PLC系统的可定制、 可配置，使其在工业电气自动化中具有较强的适用性。止匕外，PLC具有较
8、强 大的计算能力，在工业电气自动化控制中，PLC可以利用其强大的逻辑处理 功能模块实现对数据的快速正确处理，满足自动化控制中大数据量的计算 需求。3. 4维护工作简单方便由PLC的工作流程可知，PLC只在输入端与输出端有实际的电气线路，系 统内的其他线路那么是通过软件进行连接，减少了系统需要的接线。止匕外，PLC 具有很强的自我诊断能力，PLC能够在自身发生故障时，及时将其所诊断 出的故障信息传递给相关工程技术人员，助技术人员快速判断与识别故障 信息，尽快找到故障发生的原因与故障发生位置，提高故障的检修率与时 耗。3 PLC在电气自动化中的应用方向与应用场景在工业电气的自动控制领域，PLC具有
9、极为广泛的应用前景，本文从顺序 控制与开关量控制两个应用方向分别进行阐述。3.1 PLC在顺序控制中的应用顺序控制是工业生产过程、工程机械设备等领域中的一种典型控制方式， 顺序控制是指按照工业生产的预先设置好的工艺顺序，各个执行机构依次 有序地执行相应的操作，执行操作的先后顺序应当严格按照生产工艺的顺 序，以保证整个工业生产过程的正常运转。顺序控制在工业领域应用甚广，例 如包装生产线、搬运机械手的运动、火力发电厂除灰系统的运作等。以火 力发电厂的除灰系统为例，除灰系统以压缩空气为除灰的动力源，通过密 封管道除去粉煤灰并以压缩空气为载体将粉煤灰传输运送到灰库中，经由 灰库向外无污染排灰，保证锅炉
10、系统的正常运转。除灰系统的运行流程是 串行的，首先将化石燃料燃烧后产生粉煤灰从锅炉中清除并排入到仓泵中 ,然后不断向仓泵中输送压缩后的空气，通过空气的流动带动仓泵内的粉 煤灰的流动，实现粉煤灰的加压流化，接着将流态粉煤灰与流动气体经出 灰阀排出到灰库中，最后通过持续的进气，不断吹扫仓泵与输灰管道中残 存的粉煤灰，实现电厂的除灰过程。因此，通常都是使用PLC来控制如除 灰系统这类顺序控制系统。系统的运行管理人员通过在控制室内对电脑进行操 作，远程控制气力除灰系统的进灰阀、进气阀、出灰阀等，实现对除灰系统进 灰、加压流化、送灰、吹扫这一串行流程的远程运行控制，减少除灰系统的人 工操作，提高除灰系统
11、的自动化程度与正确运转机率。监控人员通过操作监控 室中的电脑，对除灰系统所在现场的传感器进行远程控制，实时获取现场传感 器发送回的现场视频等信息，实现对除灰系统运行状态的远程监控，降低电厂 人员值班的本钱支出。4. 2 PLC在开关量控制中的应用“开”和“关”是通电设备的最基本、最典型功能与状态，开关量用于反 映开和关两个状态，用0和I来表示，要不就是开的状态，要不就是关的 状态，通常来说，只有开和关两种状态的物理量都可以称之为开关量，如继 电器的接通或断开等。开关量可以分输入开关量和输出开关量，输入开关量 一般都是指获得某个设备的开关状态的反响，开关量控制指的是对于某些设 备的开关进行指令控
12、制，通常开关量控制是通过内部继电器实现开关量的输 出。开关量控制系统是热工自动化应用当中使用的一种程序控制系统，PLC 通过用虚拟的继电器取代实体机械继电器，在电路断路器的控制应用中， 由于虚拟继电器的反响时间极短，几乎可以忽略不计，虚拟继电器可以在 极短的反响时间内控制电路的断路与开关，解决了机械继电器反响时间较 长，不同电路的断路存在时间差的问题。尤其随着机组的容量越来越大， 系统越来越复杂，参数越来越高，例如一台500MW发电机组的主机控制设备 约1600个，从启动到并网开关量操作有400600个，在对这些设备进行 同时操作时必然存在指令与执行延误的问题，会对设备与器材造成一定的损耗 ,而采用PLC进行开关量控制，那么可以实现大量设备与机械器材的同时、方 便、可靠的运转，实现对大量设备开关量的统一控制。4结论PLC是在系统程序的管理下，通过运行应用程序，对控制要求进行处理判 断，并通过执行用户程序来实现控制任务。由于其可靠性高、抗干扰能力强 、变更维护方便等特性与优势，PLC在工业电气自动化领域具有较广的发 展前景。本文以PLC为研究对象，分析PLC在电气自动化的顺序控制与 开关量控制中的应用场景，对提高PLC在电气自动化控制系统中的应用与普及具有重要的积极意义。