從電氣自動化安全的角度分析西門子工業控制的PLC應用

田忠賀

【摘 要】隨著通信技術、計算機技術的飛速發展，計算機控制技術在眾多工業領域得到廣泛應用。為了促進工業的發展，降低工作強度，提高工作效率，工業生產中對自動化控制技術提出了更高的要求，自動化控制技術應該擁有高可靠性與高靈活性，西門子PCL的出現滿足了這一要求，使PLC系統在電氣自動化工業中廣泛地運用。論文闡述了PLC的基本構成及其特點，探究了PLC在電氣自動化工業中的應用和注意事項，并對PLC的應用提出了建議。

【Abstract】With the rapid development of communication technology and computer technology， the computer control technology has been widely used in many industrial fields. In order to promote the development of industry， reduce work intensity， improve work efficiency， the industrial production of automation control technology has put forward higher requirements， the automation control technology should have high reliability and high flexibility， the SIEMENS PCL meet this requirement， the PLC system used widely in electrical automation industry. This paper expounds the basic structure and characteristics of PLC， and probes into the application and matters needing attention of PLC in the electric automation industry， and puts forward some suggestions on the application of PLC.

【關鍵詞】電氣自動化；PLC；應用

【Keywords】electric automation； PLC； application

【中圖分類號】TP273 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）03-0082-02

1 引言

傳統的自動化控制技術容易受到許多因素的影響，如設備、技術等，在實際的工業生產過程中，發生了一些故障，對我國自動化工業的發展產生了影響。科學技術的進步，使PLC技術在電氣自動化控制中運用的有利形勢在逐漸加大，可以克制自動化控制技術中某些缺陷，如短路控制等，進而加強生產效率，節約了物力、人力資源，促進自動化工業的發展。

2 PLC技術簡介

“Programmable Logic Controller”簡稱為PLC技術，也就是可編程控制器，它是組成計算機的重要部分之一，主要功能是設計工業控制邏輯[1]。

2.1 PLC的基本結構

PLC主要是由CPU模塊、電源模塊、數字量、模擬量輸出輸入模塊、接口模塊、通信模塊和編程設備幾個模塊組成。①CPU模塊。它包括了微處理器、存儲器這兩個部分，主要的工作任務是不斷采集輸入信號，更新系統的輸出信號，用戶程序的執行、用戶程序及其數據都是由存儲器來儲存的。②電源模塊。其功能是把220V交流電轉換成24V直流電，并提供5V直流電給背板總線，通過背板將5V直流電供給網線。③數字量、模擬量輸出輸入模塊。數字量輸出模塊管理和控制著閥體、接觸器、報警裝置等設備。模擬量輸出模塊則控制著變頻器與電動調節閥。輸入模塊主要功能是收集輸入信號，如數字量與模擬量、采集開關、電位器、變送器、按鈕、測速發電機、壓力繼電器等的輸入信號。④接口模塊。其作用是擴展PLC的容量，同時向擴展模塊提供電源。⑤通信模塊。它的功能是完成PLC與其他設備間的通信。可以在工業以太網、PROFIBUS、MPI、AS-I中接入PLC。⑥編程設備。西門子PLC選擇的編程設備是安設了STEP7編程軟件的計算機，既可以在計算機顯示器上開始編輯文本程序、圖形程序，又能把程序上傳到編程設備中或將程序下載到CPU內，通過網絡技術可以遠程編輯PLC[2]。

2.2 PLC的特點

PLC技術所具有的特點主要有以下幾個方面。①較高的性價比，在PLC中，應用了許多編程元件，使控制功能較為完備。②抗干擾性強，PLC技術中應用了抗干擾的辦法，讓系統具備了抗干擾的功能。③簡單、便捷，PLC技術的編程較為簡單，在短時間內即可完成開發過程，使用起來相當便捷。④完善的設備，現階段的PLC硬件設備是比較完備的。

3 PLC技術工廠中的應用及其注意事項

3.1 PLC技術在工廠中的應用

PLC是控制電氣系統的主要應用，它主要的表現為以下幾個方面。①應用在數據處理內，因為PLC應用時具備許多功能，能都完成存儲數據、處理數據、運算數據等多項操作，把采集到的數據傳輸到系統內，利用相關軟件開始處理與分析，能夠達到大型化控制，此功能廣泛運用到了冶金工業、食品工業的領域中。②控制運行閉環結構的過程，此應用主要是控制某些不斷產生新狀態的模擬量，如溫度、流量、液位及壓力等。控制閉環需要利用到模擬量轉換和數字量轉換，并且使用CPU來處理模擬量，完成聯網對接，連接計算機和數字控制設備能達到遠程監控的目的。③應用在開關量的控制邏輯中，此控制部分能從數字量與次序這兩方面來控制。

3.2 PLC技術在應用中的注意事項

PLC技術應用在工業控制時，對周圍的環境條件具有一定要求，如濕度、震動、溫度和空氣等。①溫度方面：一般情況下，PLC的工作環境溫度需要維持在0～55℃內，因此在安裝PLC設備時，需要考慮安裝地點的通風情況和散熱情況，不可以裝設在具有較大發熱量的元件或設備的上方；擴充單元、基本單元兩者間需要保持間隔距離不可以小于30mm；在PLC設備上下兩個部位，分別設計百葉窗，不僅能起到通風的作用還可以免防止陽光直接照射；若是工作環境內溫度大于55℃，則需要裝設電風扇來強制散熱、通風。②濕度方面：空氣相對濕度不能高于85%，才可以確保PLC的絕緣性能最好。③震動方面：遠離震級高的震動源，防止相連接續的震動或者10～55Hz多次的震動。若安裝的位置無法避免而定要出現震動，則可以選擇有效的減震措施，如增添震動膠等。④空氣方面：防止接觸易燃性氣體和腐蝕性氣體，若是安裝地點有腐蝕性氣體、粉塵，則可以在密封的控制柜或控制室內安裝PLC，并配置空氣凈化器[3]。

3.3 在工業控制中PLC的故障分析及處理

PLC主機系統中通常電源系統是故障的高發區，在電源長期不斷的工作中，不可避免地就會受到電流、電壓的波動沖擊。大多數PLC均為插件結構，這是導致系統總線破損的主要原因，在濕度變化、溫度變壓、壓力變化等條件下，插拔模塊使用的時間過久導致插件接觸口、底板、印刷板等位置的總線損壞，接點氧化、總線老化等這些因素都能造成總線耗損[4]。因此，在設計與處理系統故障的過程中，應該對空氣、紫外線、粉塵等問題綜合考慮。當下，PLC選擇的主存儲器具有擦寫ROM的功能，影響它使用壽命的因素主要有制作工藝水平、CPU模塊工藝以及底板供電。而中央處理器都選擇性能較高的處理芯片，較少了故障發生概率。預防與處理PLC主機系統故障的主要措施是加強控制室管理水平，安設降溫裝置，粉塵定期清除，以達到PLC工作環境的標準要求；在維修系統的時候，要嚴格遵守操作要求來開始工作，以免損壞主機系統。

4 PLC技術應用建議

為達到自動化工業生產，設計出PLC技術，想要加強其自動化控制效果，就一定要確保PLC在任何環境下，都能夠正常運行。然而，在實際的工業生產過程中，所需面臨的情況十分龐雜，具有許多的影響因素，在某種程度上影響了PLC的正常運行。通常情況下，難以采用有效的保護措施，這就會導致在運行過程中發生故障，所以將PLC技術應用到工業控制中的時候，必定要采用有效措施進行預防并處理，以此來確保PLC的可靠與安全。例如，改進生產工藝的系統，以原有系統為基礎，持續加強PLC的抗干擾功能；設計和安裝系統的時候，對各方面影響因素進行綜合考慮，通過多方面協調一致的運行，來加強PLC技術的安全性。另外，在維修系統時，既要恢復系統的功能，也要對發生故障的原因進行分析，防止同類故障的發生[5]。

5 總結

在電氣自動化工業中，PLC技術本身具有的有利形勢，例如，高性價比、設備周全、高抗干擾性、方便快捷等，使其得到了廣泛的運用。PLC在運用到電氣自動化工業中的時候，需要從各方面著手，如安裝、維修、設計等，選擇有效的措施來加強PLC系統的可靠與安全。以后，需要加強對PLC的研究，歸納經驗，從而使自動化控制水平更進一步地提高。

【參考文獻】

【1】張平.從電氣自動化安全的角度談西門子工業控制的PLC應用及干擾[J].山東工業技術，2014（22）：37-37.

【2】陳云.西門子工業控制的PLC應用及干擾探討及預防措施[J].商品與質量，2016（9）：306-306.

【3】徐渠.化工裝置電氣自動化控制中PLC技術的應用分析[J].西昌學院學報：自然科學版，2014（4）：45-47.

【4】周曉娟.電氣自動化控制中PLC應用問題分析與探討[J].房地產導刊，2014（8）：322-322.

【5】梁成鵬.基于西門子PLC控制網絡的配置與應用[J].可編程控制器與工廠自動化，2014（4）：56-59.