兰州现代职业学院城市建设学院 刘成山

本文从PLC技术基础概述入手，介绍了该技术的运转原理，分析了PLC技术应用于电气工程及其自动化中的优势，分别从信息数据采集与控制、闭环控制、顺序控制三个方面入手，总结了PLC技术在电气工程与自动化系统中的应用，以期为电气工程的自动化控制技术发展提供参考。

1 PLC技术简述

1.1 PLC技术

PLC技术的实现是依靠程序的编写、顺序的控制以及算法的应用，完成对电气工程控制器的操作，可实现一些企业特定的功能，具有较强的应用特性。在可编程控制器内核的选择上，通常使用性能强大、兼容性强、响应快的32位ARM Cortex-M3处理器内核，其内部是STM32系列中具有64引脚、128K字节闪存存储器的STM32F103RBT6嵌入式微控制器芯片，在数据传输功能下，将电气工程相关参数通过计算机终端和薄膜晶体管显示屏展示出来。功能的实现主要涉及到例如摄像头模块的外部设备、STM32F103最小系统、晶体管显示屏模块与扩展接口模块。PLC系统的正常运行需要5V电源供电。电气企业相关设备进行图像采集过程时利用的是图像传感器类的摄像头，采集到分辨率为320×240像素的图像，之后通过薄膜晶体管显示屏，显示出三原色图像。STM32单片机中央处理单元具备对数值进行仔细分析的功能，读取图像时也会对图像进行一系列的预处理，例如灰度化、二值化等，以保证电气工程相关设备的工作效率。

1.2 PLC技术运转原理

PLC运行工作过程分为三个阶段，首先是输入采样阶段，摄像头通过循环扫描的方式读入信息，例如按钮、开关等输入设备的状态与数据，并将这些数据存在I/O扩展单元内；其次是程序执行阶段，PLC按顺序扫描相关技术人员已经编写好的程序，完成对程序和算法的识别，记录相关数据和状态；最后是输出刷新阶段，在程序扫描完毕后，中央处理器CPU会按照程序要求对相关输出设备进行状态与数据方面的更新，再经外部设备接口驱动相应的外部设备，例如监控设备、打印机、条码读入器等。PLC技术的运转原理图，如图1所示。

由图1可以看出，PLC技术对照用户程序设定，更新设备状态和开关来实现对相关存储设备的自动化控制。PLC技术运转系统主要构成有供电电源、CPU中央处理器、输入设备、输出设备以及外接设备等，这些组成是最基础的构成，不可或缺，系统的自动化控制调动各组成的运转。

图1 PLC技术的运转流程

2 PLC技术应用于电气工程的优势

2.1 高性能

上述介绍了PLC控制器内核的选择，其内部芯片为STM32F103RBT6嵌入式微控制器芯片，具有快速响应的优势，因此PLC技术的应用使得电气工程设备具有超强的实时性。芯片中指令的传输与数据的传输不是同一条数据线，因此提高了电气工程设备的工作效率。另外此技术支持16位或32位的程序编写，降低了程序员的编写难度，提升了电气工程设备的兼容性。该技术cortex处理器内核自带位带（Bit-band）操作，因STM32不允许对某个端口的某个I/O口进行直接的控制，那么在位带操作下可以用一个32位的地址空间访问单独的一位空间，对某一位进行直接的访问与存储，达到快速控制，且位带操作在电气工程设备的使用中容错性良好。

2.2 丰富的片上资源

可编程控制器芯片具有的资源和可开发的资源较为丰富。芯片具有64引脚，可以同时实现较多功能的设计，同时具有12个为中央处理单元减轻负担的直接存储器存取通道，多达16个输入通道，包含3个通用定时器和一个PWM定时器，有13个通信接口，通过外部设备接口连接一些设备实现多种功能，具有丰富的开发资源，且处理器和芯片的兼容性较强，可应用到很多电气工程设备上。

2.3 超低能耗

PLC技术的应用使得电气工程设备更加智能化，在设备日常运转过程中，根据芯片的使用数据和状态进行综合判断，选择合适的工作模式，及时切换运转状态，以节省电力资源。该芯片不仅每兆赫兹的效率较高，且能耗较低，在超低能耗工作状态下，0.18mV/MHz的消耗就可达到芯片对电量的需求。STM32F103RBT6芯片内部设计了三种工作模式，分别是睡眠、停机和待机模式，电气设备在不同状态下使用相对应工作模式，进一步展现了其超低能耗的优点。

3 PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用

3.1 信息数据采集与控制应用

电气工程设备的信息数据采集与控制关系到自动化控制的执行，PLC技术的应用是这一环节必不可少的步骤。PLC技术可通过编写电气设备可识别的程序，对信息数据进行筛选，再利用例如摄像头等相关图像采集设备，按照从左到右、从上到下的扫描顺序，快速扫描梯形图，获取数据后经处理器在特定程序的执行下实现对海量信息数据的整理和处理。PLC技术的应用增强了企业对信息数据的采集和控制能力，也提升了风险控制能力。

3.2 闭环控制应用

闭环控制是针对某一被控对象，通过PID控制器对检测到的数据和设定数据进行比较，将数据差值反馈给输入控制，不断进行纠正的过程。在电气工程的控制中，存在不规律变化的量，例如，温度、流量、压力以及速度等，都是模拟量。在电气设备中的识别与控制上，需要将数字量和模拟量进行转换。因此，可编程控制器生产厂家都会配套A/D和D/A转换模块，使PLC对模拟量进行顺利控制。电机闭环控制的工作流程如图2所示。

图2 电机闭环控制的工作流程

PID反馈回路使得电机系统稳定性增强，将PLC控制技术应用于电气工程自动化控制系统中，可以借助反馈闭环回路，实现对电力输入和输出设备以及电流调节的智能化控制。电气工程相关技术人员在PLC技术不断对被控对象实现动态平衡的过程中，可观察并计算出相关动力泵的启动与关闭时间，这一数据有利用电气企业准备功能强大的动力泵作为备用设备，为闭环控制和电气工程自动化控制提供后勤硬件保障。

3.3 顺序控制应用

PLC技术在程序的编写和算法的应用上，可实现对电气工程相关设备的顺序控制，大力提升了电气工程自动化控制性能。在PLC编程过程中，可采用合适的算法和编程方法，实现对程序执行顺序的高效安排。在PLC顺序控制技术下程序结构清晰、逻辑明确，简化了执行流程且具有一定的规律性，顺序程序的执行有较强的完整性和严谨性，不会因无效的重复性操作导致资源的浪费和成本的增加，顺序控制在程序的编写上可采用循环的算法，提高了程序运行效果和电气设备的运转效率，促进了电气自动化控制系统的可靠度、安全度提升。

结语：综上所述，PLC技术有着可靠性高、适用性强、程序编写简单、能耗低等显著优势。将PLC技术应用到电气工程的信息数据采集与控制、开关控制、顺序控制以及闭环控制等过程，可综合提升电气自动化系统的运行性能和智能化控制程度，以促进电气企业的生产效率。因此，电气领域相关技术人员应不断学习电气工程新技术与新知识，拓展PLC技术的应用前景，推动电气工程自动化、智能化和现代化发展进程。