PLC 技术在电气工程及其自动化控制中的运用分析

引言

电气控制系统朝着精准化、稳定化、灵活化发展得益于工业自动化水平的提升，PLC 因编程灵活、抗干扰能力强等优势成为电气自动化控制的主流选择，不过在复杂工况下传统PLC 控制系统往往存在控制逻辑冗余、响应速度不足等问题从而制约生产效率，研究PLC 控制系统的设计与优化方法对提高工业自动化水平、降低能耗、保障生产安全有重要现实意义且能让工业生产高效稳定运行。

1PLC 技术的控制原理

PLC 技术的控制过程建立在工业级实时计算架构之上，核心是通过“循环扫描－执行机制”来达成确定性控制，具体可分为以下几个阶段。第一阶段，输入采样。该阶段，PLC 以扫描方式依次读入所有输入端子的通断状态，并将其存入输入映像寄存器之中。第二阶段，程序执行。该阶段，PLC按照用户编写的程序顺序（梯形图、ST 语言程序等），从第一条指令开始逐句执行，并将结果存入输出映像寄存器中。第三阶段，输出刷新。该阶段，PLC 将输出映像寄存器中的内容一次性传送到输出锁存器之中。通过输出端子驱动外部负载，使外部设备的状态发生相应改变。第四，循环扫描。当所有用户程序执行完毕后，按照上述循环，开启下一个扫描周期。

2 电气自动化控制系统的现状与PLC 应用需求

2.1 传统电气控制系统的性能局限

现代工业场景中，传统电气控制系统性能局限明显，继电器控制系统靠硬件接线达成逻辑控制，线路繁杂故障率又高，要修改控制逻辑就得重新布线，灵活性极差，早期单片机控制系统虽简化了些接线，但可编程复杂，抗干扰能力弱，在工业强电磁环境下程序容易跑飞，并且传统系统大多是独立控制单元，没什么数据交互能力，多设备协同工作和集中监控很难实现，而且其控制精度不高，满足不了现代化生产对参数调节的高精度要求，响应速度慢，不能及时应对工况变化。

2.2 工业生产对自动化控制的功能需求

自动化控制被工业生产提出多维度功能需求，在控制精度上，系统被要求精准调节温度、压力、速度等关键参数以确保生产过程稳定可控，并且在流程协同方面，多台设备要按预设逻辑有序联动保障生产节拍一致、防止工序脱节，数据采集与分析功能不可或缺，需要实时记录生产参数和设备状态给生产优化提供数据支持，系统要有故障自诊断与报警功能，异常时及时停机并提示故障位置以削减故障排查时间，还得支持远程监控与参数修改来提高生产管理灵活性。

2.3PLC 技术在控制系统中的适配性优势

在控制系统里，PLC 技术有着很明显的适配性优势，其硬件为模块化设计，输入输出模块、模拟量模块等能根据控制需求灵活配置，扩展性强且系统升级改造方便，并且编程时采用梯形图、指令表这种贴近电气控制逻辑的直观编程语言，工程师容易掌握，程序修改时不用改硬件接线，灵活性相当高，而且其抗干扰能力极强，经光电隔离、电源滤波等技术处理后在工业强电磁环境里也能稳定运行，还支持多种通信协议，能和触摸屏、变频器、传感器等设备无缝对接以实现数据共享和协同控制，从而适配工业复杂控制场景。

3PLC 技术在电气工程及其自动化控制中的运用

3.1 用于开关控制

在电气自动化控制工作中，PLC 技术的应用并非单纯局限在逻辑设备转换控制模式，而是可以通过程序逻辑的灵活使用，以此对各项控制节点进行精细化、智能化的管理。PLC 能够在各种执行任务的过程中，凭借其编程语言简洁性以及编程操作的灵活性特征，针对之前形成的复杂控制逻辑进行转化处理，使得系统中的功能模块程序变得更加简洁，这也代表在控制节点处理工作能够有效避免因为控制器功能方面的限制而产生的性能问题。PLC 技术能够通过使用模拟量输入以及数字量输出两种模块，在电气自动化控制系统运行期间，实时搜集诸如温湿度等方面的关键数据，根据外界环境以及生产要求下达控制指令，保障电气自动化控制系统能够对于外界环境的各项参数变化有着较高的敏感性，第一时间作出改变。在电气自动化控制系统中，PLC 技术不仅能够单纯地针对物理开关进行控制，同时各项智能算法也能够在实时收集并反馈数据结果的前提下，根据外界的环境变化进行自主调节。因为PLC 技术在数据分析处理等方面有着明显的能力优势，可以在系统的操作界面执行各种较为简洁且完善的指令，系统运行流程能够基本处于正常状态，各项节点的运行效率明显提升。在电气自动控制系统中，为了保证控制工作效果能够达到最佳状态，PLC 技术通常会在整个系统架构中进行集成使用，能够与传感器、执行器等相关设备建立协同关系。

3.2 用于顺序控制

在电气自动化控制系统中，PLC 技术同样能够在顺序控制方面发挥相应的作用，代表产品的生产过程有着明显的协调性优势。在顺序控制过程中，PLC 技术的应用同样需要与电气设备的自动化系统建立联系，又是以现场的传感器、主战层和远程层作为核心组成部分，在编程以及各项功能模块有机组合的前提下，电气设备的PLC 自动化控制系统能够根据外界的环境变化，优化已有功能模块，进行远程的顺序控制，电气产品的生产效率和质量能够得到保障。在PLC 技术应用期间，相关人员针对现场传感器、主站层以及远程层合理进行调控以及分析，可以在实时搜集以及反馈相关数据的前提下，根据外界环境变化以及产品的生产要求，主动调整控制指令，使得电气自动化控制系统能够根据外界环境变化实时进行调整，其运行变得更加稳定。

3.3 用于模拟量控制

随着外界环境的变化以及运行时间的不断延长，产品生产过程中的各种设备电流、电压、温度等参数也会出现明显的变化。因为这些物理量正处于随时变化的状态，也被人们称为模拟变量。在电气自动化控制系统中，PLC 技术的应用能够通过使用现代化传感器，针对模拟量这类外部信号实时进行采集以及分析。考虑到控制系统只能够针对数字量进行计算以及处理，可以借助PLC 技术中的转换器将其转化成对应的数字量。在系统后台得到对应的数字结果之后，可以通过转换器再次将其转化为模拟量进行输出。从整个电气自动化控制系统的模拟量控制层面来看，控制效果必然会受到信号转换速度以及内容精度等多种因素的影响，因为PLC 技术已经表现出了数字处理等方面的优势，可以在完成转化之后进行数字的基础加减乘除等运算，并且开方、浮点这类高级运算也能够根据实际状况自主运行，信号转换的速度和精度能够满足现有标准的要求，使得模拟量控制工作能够达成预期的目标。

结束语

综上所述，PLC 技术在电气工程及其自动化控制中的应用，可实现对电气自动化控制系统功能的有效提升，促进电气工程及其自动化控制系统的进一步发展。因此。在实际应用中，应对PLC 技术进行科学、合理地选择，以实现其功能的最大限度发挥。

参考文献

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