PLC的工作原理及應(yīng)用

一、引言

在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）扮演著至關(guān)重要的角色。PLC是一種專門設(shè)計(jì)用于工業(yè)環(huán)境的計(jì)算機(jī)，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備和過(guò)程的自動(dòng)化控制。本文將詳細(xì)闡述PLC的工作原理，并探討其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，以期為讀者提供全面而深入的了解。

二、PLC的工作原理

PLC的工作原理可以概括為“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式。具體來(lái)說(shuō)，PLC的工作過(guò)程可以分為以下幾個(gè)階段：

輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)。這個(gè)過(guò)程是逐點(diǎn)進(jìn)行的，即先將所有外部輸入開(kāi)關(guān)量、模擬量的狀態(tài)和數(shù)據(jù)讀入，并存入PLC內(nèi)部對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新，接著進(jìn)入用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入的是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

用戶程序執(zhí)行階段

在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算；然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)，或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)，或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。

輸出刷新階段

當(dāng)用戶程序掃描結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。

通過(guò)以上三個(gè)階段的不斷循環(huán)，PLC實(shí)現(xiàn)了對(duì)外部設(shè)備和過(guò)程的自動(dòng)化控制。

三、PLC的應(yīng)用

PLC作為一種高效、可靠的工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。以下是PLC的幾個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域：

工業(yè)自動(dòng)化

PLC在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中廣泛應(yīng)用，如生產(chǎn)線控制、機(jī)器人控制、物流系統(tǒng)控制等。通過(guò)編程，PLC可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化監(jiān)控、調(diào)整和優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。例如，在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，PLC可以根據(jù)生產(chǎn)需要控制各個(gè)工作站的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和智能化。

建筑自動(dòng)化

PLC可用于控制建筑系統(tǒng)，如照明控制、通風(fēng)控制、樓宇安全控制等。通過(guò)編程，PLC能夠?qū)崿F(xiàn)建筑設(shè)備的智能控制和調(diào)整，提高能源利用效率和舒適性。例如，在智能樓宇中，PLC可以根據(jù)室內(nèi)光線和人員活動(dòng)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)的亮度和色溫，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和舒適的效果。

交通運(yùn)輸

PLC可用于交通信號(hào)燈的控制、車站、機(jī)場(chǎng)的行李輸送系統(tǒng)控制、自動(dòng)化貨物運(yùn)輸系統(tǒng)控制等。通過(guò)編程，PLC能夠根據(jù)交通流量和需求實(shí)時(shí)調(diào)整信號(hào)燈的時(shí)序和配時(shí)，優(yōu)化交通流量和減少交通堵塞。例如，在智能交通系統(tǒng)中，PLC可以根據(jù)實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)調(diào)整交通信號(hào)燈的配時(shí)方案，提高道路通行效率。

電力系統(tǒng)

PLC可用于電力系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，包括變電站的控制和保護(hù)、輸電線路的監(jiān)測(cè)、電網(wǎng)調(diào)度等。通過(guò)編程，PLC可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)整，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。例如，在智能電網(wǎng)中，PLC可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)并自動(dòng)調(diào)整電力設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)以平衡電力供需。

污水處理

PLC可用于污水處理過(guò)程中的自動(dòng)化控制，包括調(diào)節(jié)水流、調(diào)節(jié)壓力、控制水位、污水處理流程控制等。通過(guò)編程，PLC可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理過(guò)程的自動(dòng)化監(jiān)控和調(diào)整以提高處理效率和水質(zhì)。例如，在污水處理廠中，PLC可以根據(jù)水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整處理設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

四、總結(jié)

PLC作為一種高效、可靠的工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其工作原理基于“順序掃描不斷循環(huán)”的方式通過(guò)輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備和過(guò)程的自動(dòng)化控制。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高和工業(yè)4.0的推進(jìn)PLC的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛和深入為工業(yè)自動(dòng)化控制帶來(lái)更多的可能性和機(jī)遇。