PLC 技术在电气工程自动化控制中的应用

引言

随着工业时代的到来，电气工程自动化控制正朝着智能化、高效化方向加速发展，对控制系统的稳定性、灵活性和精准性提出更高要求。传统的继电器控制、单片机控制等技术，在面对复杂多变的工业场景时，暴露出接线复杂、扩展性差、抗干扰能力弱等局限性，难以满足现代工业生产对自动化控制的需求。

一、PLC 技术概述

1.1PLC 的定义与发展历程

PLC 即可编程逻辑控制器，是一种专为工业环境设计的数字运算操作电子系统，通过内部存储程序执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等指令，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。其发展历程可追溯至 20 世纪60 年代末。1969 年，第一台 PLC 诞生，初期的 PLC 仅具备简单的逻辑控制功能，替代继电器实现顺序控制。随着微电子技术和计算机技术的发展，PLC 逐渐融入了数据处理、通信联网等功能，应用领域从最初的汽车制造业扩展到化工、电力、机械制造等多个行业。

1.2PLC 的工作原理与结构组成

PLC 的工作原理基于循环扫描机制，分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。在输入采样阶段，PLC 将所有输入端子的状态读入输入映像寄存器；程序执行阶段，按梯形图顺序逐条执行程序指令，根据输入映像寄存器和其他元件状态进行逻辑运算，结果存入输出映像寄存器。输出刷新阶段，将输出映像寄存器的状态传送到输出锁存器，驱动外部负载。其硬件结构主要由中央处理单元（CPU）、存储器、输入 / 输出接口、电源模块和编程设备等组成。CPU 是 PLC 的核心，负责数据处理和程序执行。

2.2 PLC 技术的特点与优势

PLC 技术具有显著的特点与优势。灵活性高是其核心优势，用户可根据不同控制需求，通过编程软件修改程序，无需改动硬件线路即可实现功能调整。可靠性强体现在其采用了抗干扰设计和冗余技术，能适应高温、潮湿、粉尘等恶劣工业环境，平均无故障时间长达数万小时。PLC 编程采用梯形图等直观易懂的语言，易于掌握，降低了技术门槛；安装调试简便，可缩短工程周期；维护方便，通过故障指示灯和诊断程序能快速定位故障点，减少停机时间。

二、电气工程自动化控制的内涵与需求

2.1 电气工程自动化控制的基本概念

电气工程自动化控制是指在电气工程领域，利用先进的控制理论、技术和设备，对电力系统、电气设备的运行过程进行自动监测、调节、控制与保护，以实现生产过程的高效、稳定、安全与智能化。它涵盖了从发电、输电、变电、配电到用电的全流程自动化管理，通过减少人工干预，提高系统运行效率和可靠性。例如，在工业生产中，自动化控制系统可根据生产工艺要求，自动调节电气设备的运行参数，确保产品质量稳定。在智能建筑中，通过自动化控制实现照明、空调、电梯等设备的智能联动，提升能源利用效率与用户体验。

2.2 电气工程自动化控制的关键技术与系统组成

关键技术层面，传感器技术是自动化控制的 “眼睛”，通过电流传感器、电压传感器、温度传感器等，实时采集电气系统的运行参数；通信技术实现数据的高效传输，现场总线、工业以太网等技术保障设备间稳定通信；计算机技术则是控制中枢，利用算法和软件对采集数据进行分析处理，生成控制指令。系统组成方面，通常包含控制对象、传感器、控制器和执行机构。

2.3 电气工程自动化控制对 PLC 技术的需求分析

由于电气工程自动化控制系统对于控制系统有较高的灵活性、稳定性、适应性要求，而 PLC 技术恰恰满足了这两个条件。在灵活性上，对于电气系统控制逻辑复杂多样的情形，通过编程就可以迅速调整其控制系统，而无需对控制系统硬件重新设计，满足生产环境下的调整生产的要求。在稳定性上，由于电气系统在工业环境中会出现较多的电磁环境干扰、温度变化等原因，控制系统会产生不稳定的性能，而 PLC 具有极强的抗干扰性能与可靠性结构，在恶劣环境条件下控制系统仍能稳定运行，并降低控制系统停机频率。

三、PLC 技术在电气工程自动化控制中的具体应用

3.1 顺序控制应用

顺序控制按预先规定的条件，通过时间顺序或逻辑顺序控制生产过程中的各环节，PLC 利用其逻辑判断功能，使得各个环节的联动处于精准控制中。在汽车组装流水线PLC 根据程序设定，利用机械手按照顺序准确执行抓取零部件、定位零部件、安装零部件，等待前一工序完成信号输入后，触发光触发命令，进行下一工序执行，保证生产节拍。在饮料灌装线上，PLC 完成对灌装、盖帽、打标的顺序控制，通过各种检测传感器捕捉到灌装瓶子位置、状态信号，使 PLC 输出相应信号控制对应设备启、闭时间、动作顺序，保障生产，提升质量。

3.2 开关量控制应用

开关量控制是 PLC 应用最基础的一个领域，它是通过控制电路的通断来完成对设备的启停操作。传统继电器控制系统处理相对复杂的开关量逻辑时接线复杂、可靠性低，而 PLC 使用软接线替代了复杂的硬连接，大大简化了控制电路。通过定时器设置及逻辑判断完成在工作时间段自动开启照明，在非工作时间段或者光照充足的情况下关闭照明，从而起到节约能源的作用。

3.3 闭环控制应用

闭环控制是指根据反馈环节中对控制参数的实时调节使系统的输出保持在设定值。温度控制系统中利用 PLC 接收温度传感器输出的实际温度值和设定值比较，通过 PID算法计算输出控制量，调整加热或冷却装置的功率来使温度值保持在一定范围之内。电机速度控制系统中 PLC 利用编码器接收电机的输出速度与设定值对比之后，通过调节变频器的输出频率来实现电机速度的控制。

3.4 运动控制应用

PLC 在高精度设备上的运动控制应用，利用 PLC 控制电机的运动轨迹、速度，实现位置精准控制。PLC 在数控机床上与伺服系统相配合，根据加工程序控制刀具的运动轨迹和进给速率，完成复杂零件的加工。PLC 在自动化仓储系统中，控制堆垛机水平方向和垂直方向运动，控制根据货物存储位置信息，精确控制堆垛机到达指定点，实现货物自动存储和检索。

结语

PLC 技术凭借高灵活性、强可靠性等优势，在电气工程自动化控制多场景应用中发挥关键作用，显著提升控制精度与生产效率。尽管面临通信兼容、数据处理等挑战，但随着智能化、网络化技术的融合发展，PLC 技术将持续革新，进一步拓展应用边界，为电气工程自动化迈向更高水平注入强劲动力，推动工业自动化领域实现新突破。

参考文献

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[2] 张 晓 强 .PLC 技 术 在 电 气 设 备 自 动 化 控 制 中 的 应 用 [J]. 工 程 技 术 研究，2024，9（21）：76-78.