应用技术 ｌ■ Ｃｈｉｎａ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ 基于Ｐ Ｌ Ｃ在电气控制中的技术应用之我见 张立 王晓殉ｚ杜坚 （１．杭州娃哈哈集团有限公司，２．浙江杭州３１０００９） ［摘要］在工业生产中，电气控制技术应用十分广泛，特别是在机械设备的控制方面，电气控制比其他控制方法使用得更为普遍。随着科学技术的发展，以 可编程控制器（ＰＬＣ）为主体的新型电气控制系统，已广泛应用于各个生产领域。可编程序控制器（ＰＬｃ）电气控制系统与其他工业控制系统的比较，由于它具有功能 强、可靠性高、使用灵活方便、易编程以及合适工业环境下应用等一系列优点。本文阐述ＴＰＬＣ的基本工作过程、ＰＬＣ内部运作方式，探讨ＴＰＬＣ在电气控制中的应 用。 ［关键词］ＰＬＣ；工作过程；内部运作；电气控制 中图分类号：ＴＵ８５５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１３）１４～０１６４—０２ 前言 在现代电气自动化研发与制造领域中，ＰＬＣ控制技术的应用范围日趋广 泛，而且发挥了重要的作用。与传统的电气化控制装置相比，ＰＬＣ控制技术的应 用以微处理器为基础，而且综合了自动控制技术、计算机技术、继电器控制技 术、通讯技术的优势，有效促进了其应用领域的不断拓展。ＰＬＣ以其可靠性高、 灵活性强、使用方便，与ＣＡＤ／ＣＡＭ和工业机器人一起被称为现代工业生产自 动化的三大支柱。 １．ＰＬＣ的特点 １．１极高的可靠性 由于工业生产的环境条件远比通用计算机所处的环境差，因此要求ＰＬｃ具 有很强的抗干扰能力，并且应能在比较恶劣的运行环境中∞高温、过电压、强 电磁干扰和高湿度等 期可靠地运行。 １．２使用方便 （Ｉ）操作方便：对ＰＬｃ的操作包括程序输入的操作和程序更改的操作。大多 数ＰＬＣ采用编程器进行程序输入和更改的操作。更改程序的操作也可直接根据 所需的地址编号继电器编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。 （２）编程方便：ＰＬＣ有梯形图、布尔助记符、功能表图多种程序控制设计语 言可供使用。 （３）维修方便：当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可 根据有关故障信号灯的指示和故障代码的显示，或通过编程器和ｃＲ 旱幕的 显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。 １．３灵活性高 ＰＬＣ的灵活性表现在下列三方面。 （１）编程的灵活性：ＰＬＣ采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、 功能模块图等，只要掌握其中一种语言就可进行编程。 （２）扩展的灵活性：ＰＬＣ根据应用的规模的不断扩展，它不仅可以通过增加 输入、输出卡件增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可通过多台ＰＬＣ 的通信来扩大容量和耽能。 （３）操作的灵活性：撰作的灵活性指设计的工作量大大减少，编程的工作量 和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。 １ ４机电一体化 ＰＬＣ是专门为工业过程控制而设计的控制设备，它的体积大大减小，功能 不断完善，抗干扰性能增强，机械和电气部件被有机地结台在一个设备内，把仪 表电子和计算机的功能综合在一起。 ２．ＰＬＣ的基本工作过程 在设计ＰＬＣ控制系统时，应满足被控对象的基本要求，并对实际工作现场 进行研究、收集资料，并实现设计人员与操作人员的密切配合，共同拟定可操作 方案，对可能潜在的问题进行共同分析、共同解决 并在满足各方控制要求的前 提下，考虑控制系统的简单性与经济陛，方便后期的使用及维修，并确保电气控 制的安全性、稳定性。 ＰＬＣ在电气控制中的基本工作过程为： （１）控制信号的直接输人：在系统软件的控制下，按照顺序对输入点进行扫 描，并读取输入点的状态。 （２）程序的执行：对用户程序中的指令按顺序扫描，并根据输入的状态及指 令进行逻辑性运算 （３腔制信号的输出：根据以上逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各个输 出点同时发出相应的信号，以实现所需的逻辑控制功能。 以上过程完成后，再重新开始，并反复执行，每执行一次即完成—个扫描周 期。在实际应用时，很多机械设备的工作流程可分为一系列不断重复的顺序动 作，而ＰＬＣ的工作程序恰与其相似，因此ＰＬＣ程序能很好地与机器动作相对应， 且程序的编制简单 直观，易于修改，减少了开发软件的费用，并缩短软件开发 周期。 １６４｝科技博览 ３．ＰＬＣ内部运作方式 虽然ＰＬｃ所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器 等名称，但ＰＬＣ内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做 逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减 少控制器所需之硬件空间。实际上ＰＬＣ执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先 将阶梯图程式码以扫描方式读入ＣＰＵ中并最后执行控制运作。在整个的扫描 过程包括三大步骤，“输人状态检查”，“程式执行”、“输出状态更新 说明如下： 步骤一“输入状态检查”：ＰＬＣ首先检查输入端元件所连接之各点开关或传 感器状态（Ｉ或ｏｆ 表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Ｘｎ 步骤二“程式执行”：将阶梯图程式逐行取入ＣＰＵ中运算，若程式执行中需 要输入接点状态，ＣＰＵ直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内 存中对应之位置，暂不反应至输出端Ｙｎ。 步骤三“输出状态更新”：将步骤二中之输出状态更新至ＰＬＣ输出部接点， 并且重回步骤一。 此三步骤称为ＰＬＣ之扫描周期，而完成所需的时间称为ＰＬＣ之反应时间， ＰＬＣ输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行 后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式 为输出输入端 程式结束再生 ４．ＰＬＣ应用中需要注意的问题 ＰＬＣ是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施， 就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能 力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能 造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的 失控和误动作，从而不能保调ＰＬＣ的正常运行。要提高ＰＬＣ控制系统可靠性，一 方面要＂￣ＰＬＣ生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使 用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干 扰性能。因此在使用中应注意以下问题： ４ １工作环境 ４．１．ｉ温度 ＰＬＣ要求环境温度在０￣５５ｏＣ，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周 通风散热的空间应足够大。 ４．１．２湿度 为了保证ＰＬＣ的绝缘性能，空气的相对湿度应小于８５％（无凝露）。 ４．１．３震动 应｛￣ＰＬＣ远离强烈的震动源，防止振动频率为ｌｆｆ＇５５Ｈｚ的频繁或连续振动。 当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。 ４．１．４空气 避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘 或腐蚀性气体的环境，可将ＰＬＣ安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。 ４．１．５电源 ＰＬｃ对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电 源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备 与地之间的干扰 —般ＰＩ，ｃ都有直流２４Ｖ输出提供给输入端，当输入端使用外接 直流电源时，应选用直流稳压电源。 ５．ＰＬＣ在电气控铺中的应用 ５．１开关量逻辑的控制 这是ＰＬＣ控制技术中最基本、最广泛的应用领域。替代了传统的继电器电 路，并同时实现顺序控制及逻辑控制，既适用于单台设备的控制，也可以应用于 自动化流水线中，如生产线、组合机床、磨床、镗床和龙门刨床等。 ５．２控制模拟量 在实际工业生产过程中，会出现很多连续变化的物理量，如温度、速度、流 量、液位、压力等模拟量。这些模拟量可通过数字量之间Ｄ／Ａ转换和Ａ／Ｄ转换 应用技术 Ｃｈｉｎａ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ ●ｌ 浅谈地震勘探中Ｇ Ｐ Ｓ定位测量技术的应用 宋惠军 （中国地震局第一监测中心３００１８１） ［摘要】随着ＧＰＳ／￣术的不断发展，其在地震勘探测量中得到了越来越广泛的应用。本文从分析ＧＰＳＺ￣位测量的技术特点和基本定位模型人手，对ＧＰＳ技术 在地震勘探测量工作中的应用进行了深入探讨。 ［关键词］地震勘探ＧＰＳ定位应用 帕分类号：ＴＵ４７８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１３）１４—０１６５—０１ 精密定位技术分为单点定位和相对定位两类。单点的精密技术主要通过计 算卫星轨道参数和卫星钟差，再根据计算结果进行校正处理，得到精确坐标。而 随着ＧＰＳ定位、计算机数据分析和远程传输等技术的发展与普及，ＧＰＳ定 位测量在地震勘探中起到了越来越重要的作用。而地震勘探技术在我国能源勘 探领域的运用也是越来越广泛，对提高能源产量、保证经济快速健康发展具有 精密相对定位技术是将精密星历及ＩＧ 点联测作为起算数据，对空间卫星应 深远意义。因此，文章基于现阶段地震勘探技术的发展情况，Ｘ￣ＧＰＳ定位测量的 采用精密星历进行定轨。 ：应用做了简要论述。 ３．２信标差分技术 １ ＧＰＳ定位测量技术的特点 地震勘探工作中导航的精确度非常难以把握，而此技术利用已有的海上无 ＧＰｓ定位测量技术是基于ＧＰＳ－０星全球定位系统的广阔平台，通过发送导 线电信标台，在发射的信号中加入了一个副载波调制，对ＧＰｓ信号进行了差分 航定位信号，进行静态定位、动态定位和速度测量等工作，并通过卫星向用户提 修正，使其精确度可达到米级精度。 供实时的、全天候的、全球性的导航服务。正是凭借信息面广、信息层次丰富、信 ３．３广域差分技术 息采集方便快捷等特点，ＧＰＳ定位测量技术在地震勘探测量中得到了广泛的应 此技术是在广阔的地域空间内，通过设立ＧＰｓ跟踪站对ＧＰｓ基准网进行差 用。 分，并对ＧＰｓ观测量的误差源进行区分，从而对每种误差源都模型化。通过这种 ２ Ｇ】 定位测量技术的基本定位模式 技术，可是更正用户ＧＰｓ观测量，削弱误差源，使定位精度得到极大改善。 ＧＰＳＳ￣位测量技术的基本定位模式分为静态定位功能和动态定位功能。一 ４ ＧＰＳ技术在地震勘探中其它领域的使用 ｊ 般认为，在进行ＧＰＳ观测资料的处理过程中，当待测地点的坐标系是固定位置， ４．１安全生产监控 ’ 不发生变化时，确定的待测点的位置称为静态定位。而通过Ｇ 言号实时地测 随着科技的进步和企业管理理念的不断提高，安全生产越来越受到企业的 得相对于地球运动的用户天线的状态参数，从而实时确定ＧＰｓ信号接收天线的 重视，而地震勘探工作往往环境恶劣，安全监控难度极大，特别是车辆及设备转 所在位置称为动态定位。 运过程中的安全管理更是十分困难。而如今，随着ＧＰＳ全球定位系统的发展，企 ２．１静态定位 业对勘探队伍的监控有了强有力的保障，为安全生产打下了良好基础，创造了 在实际的地震勘探工作中，静态定位主要是用来建立工区内的ＧＰｓ控制 更多的价值。 网，并通过利用ＧＰＳ＇Ｉ￣速静态定位的方法建立相应的检查点或者加密、延伸控 ４．２水深测量 制点等。工作中，当进人新探区后，选取新的控制点位置，进行 制网的设 随着 术的发展，其在特殊作业环境勘探工作中的作用越来越明显。 计，完成工程的基本设计要求。在这些工作的基础上，利用快速整周模糊度解算 ＲＴＫ技术作为在陆地上已经比较成熟的测量和放样方法，其在海上勘探中也 法原理，在接收基准站和卫星的同步观测数据的同时，实时解算整周未知数和 得到了广泛应用。如今，工程人员采用ＲＴＫ技术和测深仪相结合的方式，使得 用户站的三维坐标，得到实时观测数据，达到进行临时检测和加密控制的目的。 海上无验潮方式测量工作模式成为可能。 ２．２动态定位 通过对ＧＰｓ定位测量技术的特点和应用的分析，我们可以看到ＧＰＳ定位测 动态定位的实现主要是通过在运动载体上安设ＧＰｓ信号接收机，从而实时 量技术在地震勘探中凭借快速、灵活、高效和高精度的特点发挥了越来越重要 地测得ＧＰｓ信号接收天线的位置。而实际的野外勘探测量工作中，要想在野外 的作用，而其实时的、全天候的、全球的服务特点也得到了工程人员的广泛亲 实地上实现接受点和激发点的准确放样，必须运用ＲＴＫ￣ＴＤ技术对流动站 睐。并且，随着技术的发展和进步，其在勘探测量中的应用面将越发广泛，定能 Ｇ 言号接收天线的位置进行实时测定。主要的技术有实时动态载波相位差分 为能源勘探事业做出更大贡献。 技术（简称ＧＰｓ ＲＴＫ）和实时动态伪距差分技术（简称ＧＰＳ ＲＴＤ）。前者主 参考文献 要是进行两个测站载波相位观测量的差分进行处理的方法。后者更是由于效益 …１赵百学．ＧＰＳ￣Ｉ量技术在勘界测绘中的应用［Ｊ】．测绘与空间地理信息， 高、数据传输稳定、信号抗干扰能力强等特点，在海洋、沙漠等特殊位置、环境下 １９９４（Ｚ２）． 的地震勘探测量工作中发挥了一定作用。 ［２】丁翔宇．实时动态ＧＰｓ测量技术在石油物探三维地震勘探测量中的应 ３ ＧＰＳ定位测量在地震勘探运用中的新兴技术类型 用［Ｊ】．测绘技术装备，２００３（４）． ３．１精密定位技术 得以实现，确保编程器对模拟量实现处理。 模块。 ５．３集中式控制系统 ５．６数据处理的应用 集中式控制系统主要采用一台功能较强大ｉ￣ＰＬＣ监视系统、对多个设备进 ＰＬＣ在数据处理过程中，具备数据传送、数据转换、数算、查表、排序及 行控制，已形成“集中式 的计算机控制体系。在该项系统中，每个设备之间 操作等功能，并完成对数据的采集、分析与处理。这些数据可以与存储于存储器 的连锁、联络关系以及运行顺序等都由ＰＬｃ来统一完成。可见，集中式控制 中的数据同时具备参考价值，并完成控制操作。另外，这些数据也可以通过通信 系统比单机控制系统的成本低，更经济实惠。但如果其中一个控制对象的程序 功能的实现而传输到智能装置中，或者打印成表。目前数据处理多应用于大型 需要做出改变，就要停止中￣：ＰＬＣ的控制，同时其他控制对象也随之停止运行。 控制系统中，如过程控制系统、柔性制造系统等。 ５．４分散控制系统 ６．小结 在分散控制系统中，每一个控制对象都需要设置一台ＰＬｃ，每台ＰＬＣ之间 随着我国经济建设的不断发展，电子技术也取得了飞速的进步，其中具有 能通过信号的传递而产生内部响应、发令或连锁等，或者可由上位机通过数据 代表性的是可编程控制器（ＰＬＣ）的快速发展，成为了当前微电子领域中具有代 通信总线完成通信任务。分散控制系统中采取多台机械生产线控制的方式，每 表性的产品。在指定范围内，可编程序控制器（ＰＬＣ）以其高性能价格取胜，并凭 条生产线之间都有数据相连接，由于每个控制对象都是由自身的ＰＬＣ来控制， 借其适应性强、可靠性高、使用方便等突出特点在电气自动化控制领域广泛应 所以如果某台ＰＬＣ运行停止，对其他ＰＬＣ不会产生影响。随着技术的不断进步， 用。再加上ＰＬＣ制造成本的不断下降、功能的不断加强，已成为工业企业电气控 目前可由ＰＬＣ承担底层的控制任务，通过网络连接，将ＰＬＣ和过程控制二者结 制中的首选设备。 合。 参考文献 ５． 运动控制 ［１刘小春．１】《电气控制与ＰＬＣ技术应用》．电子工业出版社。２Ｏ１ｏ－０５—０１． ＰＬｅ能够对圆周运动或者直线运动进行控制。在控制机构的配置中，过去 【２】李金航．Ⅸ可编程序控制器（ＰＬｃ）在电气控制中的应用 《数字技术与 进行的为直接应用于传感器及执行机构中，而现在则可以采取专用的运动控制 应用》．２０１２年第０６期． 科技博览ｌ １６５
