摘要：为了能将嵌入式PLC更好地应用于电气自动化领域,介绍了嵌入式PLC的概念、工作原理及特征,分析了嵌入式PLC在当前电气自动化领域的应用现状,提出了嵌入式PLC应用的注意事项,以期对嵌入式PLC在电气自动化领域的应用研究提供一些参考。
关键词：电气自动化,嵌入式,PLC,应用研究
国家经济的快速发展离不开各领域的持续进步,工业生产近年来发展迅速,对生产条件和生产设备的要求也越来越高,尤其是针对工业生产中的控制系统。控制系统影响着整个工业生产效率,在工业生产中的重要性不言而喻,所以,各部门也在积极创新和研究相关技术。目前,在电气自动化领域应用相对较多的是PLC技术,但其应用方法和应用体系方面还不够完善,这导致PLC控制系统的使用优势没有得到充分发挥。如何在电气自动化中应用嵌入式PLC,已经引起了相关部门的广泛关注。
1 电气自动化中嵌入式PLC的概念及特点
1.1 嵌入式PLC概念
嵌入式PLC是为了更好地进行工业生产,以工业生产的特点和生产需求为指导设计的可编程控制器。自动化嵌入式PLC采用的可编程存储器,可以进行逻辑运算和顺序控制,同时还可以实现定时、计数、算数运算等操作指令。PLC之所以能控制生产器械和生产过程,是因为其作为数字计算操作电子系统,可以通过数字量和模拟量实现输入和输出。PLC的设计理念是将计算机技术和原有继电接触控制技术相结合。相比较其他控制系统,嵌入式PLC优势主要有:可以根据生产环境进行相关调节,灵活性高;对于环境的依赖性较低,通用性高;功耗低;接线简单。除此之外,嵌入式PLC控制系统能结合微处理器的优势,促进工业生产系统的正常运行[1,2,3]。
1.2 嵌入式PLC的特点
(1)反应速度快。这主要是因为嵌入式PLC将传统的机械触电继电器换成了辅助继电器,这种改变可以有效提高PLC系统运行的可靠性。(2)抗干扰性强。PLC的抗干扰性能远远高于原有继电器技术的抗干扰性能,可以适应复杂的生产环境和生产条件。(3)操作简便。嵌入式PLC使用方式灵活,输入相应的操作指令就可以实现对PLC控制系统的操作,且这些指令也较为简单。现场对PLC控制系统进行操作时,可以借助形象、直观、简单的程序来进行操作。总的来说,嵌入式PLC控制技术的操作对于操作人员的专业技能要求不太高,使用更为简便灵活。
2 嵌入式PLC在电气自动化领域的工作原理
PLC在电气自动化领域的实际应用过程中,要经过三个流程。(1)嵌入式输入采样阶段。在这个阶段,PLC会扫描输入信息状态和相应数据,再将PLC扫描到的信息输入相应的I/O映像区单元内。完成输入采样阶段后,系统就会自动进入下一个阶段,即用户执行阶段。需要注意的是,输入采样阶段扫描输入的数据和相应状态不会对I/O映像区内的相应单元造成影响。(2)嵌入式PLC用户执行阶段。用户可以依据PLC扫描梯形图,扫描顺序为从上到下,同时掌握控制扫描程序的各连接触点。在此基础上,依据空间结构的分布,按照规则逻辑化运算各连接触点的线路,并且运算出的结果也会重新刷新存储区的状态,再按照梯形图中的规则指令执行相应的程序[4]。(3)嵌入式输出刷新阶段。在这个阶段,PLC的CPU会依据扫描形式I/O映像区内的信息状态和相应数据,重新刷新一次整体的锁存电路,最后通过电路输出实现对应外设的驱动。经历这三个阶段,PLC系统就可以实现输出了。
3 嵌入式PLC在电气自动化领域的应用现状
最早应用PLC进行生产时,工业生产自动化系统已初步形成,所以将PLC应用于自动化系统中的开关量控制方面,有效提高了工作效率,但使用效能较低。比如在冶金生产过程中,针对控制系统模拟数据,PLC的处理能力相对较低,监控以及通信能力也相对较差,PLC对于复杂生产过程的系统控制水平不高,所以难以应用到生产环境较为复杂的大规模生产中。为了适应社会的快速发展,工业生产也在不断进行创新和改革,通过引入新技术来实现节能生产,长期以来对能源的消耗使能源已经出现紧缺现象,国家以及社会各生产领域也都在积极寻求降低能源消耗的方法。因此,PLC控制系统也要不断适应工业生产需求,改进PLC的最终目标是为了让其实现更佳的控制作用,并应用于工业生产活动中。目前这个目标也已基本达成,PLC已被应用于各种生产活动当中。当前的PLC控制系统,不仅可以控制整个生产工作中的单个生产活动,还可以控制整个生产系统中的所有生产流程。
积极创新PLC控制系统在工业生产中的应用方法,完善相关应用措施,可以很大程度上缩减人力成本,有助于工业生产人员操作流程的简化,自动化的控制原理也有效提高了工业生产效率,对于工厂生产地点的环境也能起到优化作用。例如,传统的电气系统中最常使用的是电磁型继电器元件,将这种类型的元件运用于实际生产中,会因为自身触点过多影响系统的可靠性,再加之系统整体接线复杂,一旦系统出现了故障,维修就会极其麻烦。而嵌入式PLC控制技术可以有效解决这一问题。PLC系统将传统系统中的实物元件使用大量的软继电器代替,有效提高了系统运行的稳定性,同时也简化了控制程序,进而提高了生产的效率[5]。除此之外,因为PLC系统中的线路能在不同的公共端进行接线,所以也能有效避免二次接线的麻烦,规避错误接线情况的发生,同时也不必再配套相应的闪光电源,系统功耗降低,实现了生产过程的节能,能有效降低企业的生产成本。
虽然PLC技术在经历不断的改革和创新后,可靠性和便利性逐渐提高,但在实际应用中还是存在着一些问题,比如PLC系统在对多层环节进行控制和整合时,会由于PLC技术不成熟,造成PLC无法良好的应用于实际的工业生产工作当中。另外,PLC作为封闭设备,后期使用过程中如果要进行拆卸修改是非常困难的,所以针对PLC的修改只能由其生产厂家完成,同时PLC的性能必须配套相关的硬件芯片才能实现,而且其硬件系统还会影响PLC的功能实现,这些都在一定程度上影响了PLC功能的发挥[6]。
4 电气自动化中嵌入式PLC应用应注意的问题
4.1 增强嵌入式PLC的稳定性
嵌入式PLC在实际使用中,要将环境温度控制在0～55℃,所以在安装电气自动化系统的硬件时,要让嵌入式PLC远离发热量较大的元件,并确保PLC四周可以通风散热。嵌入式PLC的绝缘性能对空气的湿度也有所要求,所以在使用时要保证空气的相对湿度小于85%。嵌入式PLC运行稳定性的提高,还需要尽量避免嵌入式PLC受强烈震动,在实际使用过程当中,采取防震动措施预防嵌入式PLC出现高强度震动,防止PLC的某些内部零件因为强烈震动而脱落,影响正常生产工作的进行。总而言之,嵌入式PLC在实际的电气自动化应用中,要确保嵌入式PLC的稳定性,保证嵌入式PLC使用环境符合规定标准,才能进一步提高其工作性能,进而更好地开展生产工作。
4.2 增强嵌入式PLC的抗干扰性
PLC属于二次开发,是在开发已完成的嵌入式系统上进行的二次编程,所以生产环境也较为复杂,一旦出现强电磁干扰,便会影响嵌入式PLC在实际应用过程中的控制运算能力,造成数据错误,影响生产进度。因此,在实际应用中,要注重其抗干扰能力的提升,保证嵌入式PLC在电气自动化控制中充分发挥作用,进而提高生产效率和生产效果。
4.3 扩大嵌入式PLC的应用影响范围
相比较PLC开发工程师,嵌入式PLC用户的技术基础相对薄弱。除此之外,嵌入式PLC产品需要由应用的开发商来进行开发。与PLC产品相比较,嵌入式PLC产品在实际应用中也不常见,这造成嵌入式PLC通用性不高,应用影响的范围具有局限性,需要在今后的应用中不断改进提高。
结束语
电气自动化嵌入式PLC目前正处于向个性化和差异化转型的新阶段,PLC在根据生产的实际需求,不断进行改革和创新,同时也在进一步细化市场需求。在实际的应用过程中,嵌入式PLC具有超强的信息运算和信息处理能力,应用较为方便,且应用和维修成本也较低,具有明显的应用优势。电气自动化技术中嵌入式PLC的应用打破了传统电气的控制方式[7]。但嵌入式PLC易受环境因素和其他条件因素的限制,导致其优势没有得到充分发挥。在这种情况下,相关技术人员应该加强电气自动化嵌入式PLC的相关研究,持续完善和改进嵌入式PLC的技术应用方法,在实际应用中注意PLC的温度、湿度以及震动方面的问题,从而提高其稳定性和抗干扰性,并不断扩大应用范围,充分发挥嵌入式PLC的作用,以便满足工业不断变化发展的需求。
参考文献
[1]史春笑.基于嵌入式软PLC技术的智能控制器设计[J].计算机测量与控制,2020,28(4):126-130.
[2]孙丽娟,唐伟强,黄小丽,等.嵌入式系统在起重机吊具防摇控制中的应用[J].兰州理工大学学报,2020,46(2):97-102.
[3]刘霞.基于PLC的嵌入式数控机床控制系统设计[J].科技创新与应用,2020(6):107-108.
[4]朱伟,王虹,李首滨,等.基于嵌入式软PLC的掘进机控制系统设计[J].工矿自动化,2020,46(2):100-106.
