基于PLC的電源終端控制設(shè)計(jì)

包瑋萌，玄子玉

（佳木斯大學(xué) 信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007）

0 引 言

近年來，電源控制技術(shù)被相關(guān)學(xué)者廣泛關(guān)注。然而，以PLC為基礎(chǔ)進(jìn)行電源終端控制設(shè)計(jì)的活動(dòng)較少，在一定程度上會(huì)限制電源控制技術(shù)的應(yīng)用范圍，不利于提高電源系統(tǒng)的工作效率。本文對“基于PLC的電源終端控制設(shè)計(jì)”這一論題展開，以期能夠使設(shè)計(jì)人員在了解電源控制終端運(yùn)行原理的前提下，制定合理的設(shè)計(jì)方案。

1 PLC基本介紹

PLC全稱為可編程邏輯控制器。該設(shè)備適用于工業(yè)環(huán)境，借助可編程存儲(chǔ)器逐步執(zhí)行操作指令，以此完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)程序，如圖1所示。西方國家最早應(yīng)用PLC進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，并取得了良好的生產(chǎn)效果。隨后，日本、德國等相繼研制可編程控制器，并不斷擴(kuò)大其使用范圍，以此監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)過程。可編程邏輯控制器經(jīng)歷了初期階段、實(shí)用化階段、成熟階段、快速發(fā)展階段，能滿足工業(yè)在不同階段的發(fā)展需要，以此提高工業(yè)發(fā)展速度、加快生產(chǎn)步伐，大幅提升工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)我國社會(huì)持續(xù)發(fā)展[1]。

圖1 PLC組成部件

2 原理分析

要想全面掌握終端控制原理，應(yīng)具體了解電源控制思想、方案要求和方案特點(diǎn)，使人們在了解電源終端控制的基礎(chǔ)上，為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作奠定良好的基礎(chǔ)，同時(shí)提供理論支持。這不僅符合論文探究目的，而且能優(yōu)化電路控制效果，以此提高電源在不同系統(tǒng)中的分配效率，全面提高電源管理質(zhì)量，確保電源管理技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

2.1 基本思想

電源控制即指根據(jù)事先確定的程序完成接線操作，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整電阻數(shù)值完成電動(dòng)機(jī)的有效操控。其中，受操控的對象主要為速度、方向、運(yùn)行狀態(tài)和制動(dòng)等。電動(dòng)百葉窗組成部分主要有控制器、玻璃片、窗框、玻璃夾和電機(jī)等。其中，玻璃夾內(nèi)部增設(shè)玻璃片，窗框上方預(yù)留長軸位置，連接片左右連接短軸和偏心軸。電動(dòng)百葉窗具有多樣性、美觀性，且結(jié)構(gòu)優(yōu)化，啟動(dòng)便捷，設(shè)計(jì)成本較低。此外，它的玻璃片圖案美觀，適用場合不受限制[2]。

2.2 方案要求及特點(diǎn)

方案要求。電源終端控制工作開展前，應(yīng)制定合理的方案，然后在所制定的備選方案中優(yōu)選適合的設(shè)計(jì)方案，確保所選方案能夠滿足基本的通信需要，且方案具有簡單化特點(diǎn)，符合控制邏輯要求。

方案特點(diǎn)。可編程邏輯控制器的核心部件即微處理器。它以自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過技術(shù)融合獲取發(fā)展空間。如今，它被成功設(shè)計(jì)為自動(dòng)控制裝置，并在相關(guān)行業(yè)廣泛應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。可編程邏輯控制器具有編程簡單、控制效果顯著、易拓展和配置靈活等特點(diǎn)。它的終端控制單元面板如圖2所示。

圖2 終端控制面板

3 具體設(shè)計(jì)

以PLC為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)電源終端控制系統(tǒng)，應(yīng)圍繞電磁兼容完成設(shè)計(jì)任務(wù)，并遵循可靠性設(shè)計(jì)原則，以此提高電磁終端控制實(shí)用性，確保電源系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行。下面將重點(diǎn)闡述它的具體的設(shè)計(jì)分析。

3.1 電磁兼容設(shè)計(jì)

了解電磁兼容設(shè)計(jì)效果，能為分機(jī)的功能發(fā)揮起到基礎(chǔ)性作用。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)掌握設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

信號屏蔽設(shè)計(jì)。通過光電隔離監(jiān)督控制狀態(tài)，引導(dǎo)ACU輸入和輸出。借助屏蔽線組織模擬信號傳輸，速度指令信號也會(huì)間接受到影響。這一信號組織同分量干擾時(shí)，往往利用差分放大器接口電器的輔助作用。

電源濾波設(shè)計(jì)。在適當(dāng)位置增設(shè)銅膜板，能夠有效消除靜電耦合現(xiàn)象；適當(dāng)增設(shè)變壓器，能夠?qū)崿F(xiàn)電源隔離目標(biāo)。為了避免應(yīng)用電源濾波器進(jìn)行電源干擾阻止，應(yīng)調(diào)節(jié)相關(guān)數(shù)值，最終實(shí)現(xiàn)防干擾目標(biāo)。

瞬態(tài)電壓抑制。瞬態(tài)電壓作為干擾主體，常用阻容吸收電路預(yù)防干擾。需注意，瞬態(tài)電壓產(chǎn)生于直流接觸器、直流繼電器等設(shè)備的電流流通或者關(guān)閉過程。

接地設(shè)計(jì)。這項(xiàng)設(shè)計(jì)工作主要是為了減少噪聲電壓，盡可能削弱磁場影響。常用的防干擾措施主要為：安裝功率地、數(shù)字地、弱信號地于電源分機(jī)電子設(shè)備內(nèi)，之后對開關(guān)電路、多樣電源、基礎(chǔ)漆等部件獨(dú)自引出地線，使其單點(diǎn)接地。此外，系統(tǒng)內(nèi)部回路信號需有效隔離，以減少阻抗耦合現(xiàn)象。同時(shí)，還能降低信號回路現(xiàn)象發(fā)生機(jī)率，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和系統(tǒng)間回路的順利分離。在此期間，還應(yīng)減少公共回路現(xiàn)象的發(fā)生。個(gè)別芯片的引腳有序連接，此時(shí)公共點(diǎn)應(yīng)近距離接觸信號源。

3.2 可靠性設(shè)計(jì)

一方面，合理分配可靠性指標(biāo)。在這一過程中，構(gòu)建合理的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用特定公式計(jì)算得知可靠性指標(biāo)。其中，電源分機(jī)由馬達(dá)、ACU、電源、變壓器、誤差顯示器、保護(hù)開關(guān)等組成。電源系統(tǒng)內(nèi)增設(shè)可靠性指針于組成部分，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性分配目標(biāo)。另一方面，提供可靠性保證措施。在此期間，應(yīng)全面了解可靠性指標(biāo)要求，并做好分機(jī)單元的預(yù)計(jì)工作，對比分析可靠性設(shè)計(jì)效果。分析設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可知，分機(jī)可靠性指標(biāo)具有較高設(shè)計(jì)要求。只有強(qiáng)化可靠性設(shè)計(jì)，才能大大優(yōu)化設(shè)計(jì)效果，提高電源終端控制系統(tǒng)應(yīng)用率。

具體措施分析如下。優(yōu)選適合的元器件，是保證可靠性設(shè)計(jì)工作持續(xù)推進(jìn)的基礎(chǔ)，對整體設(shè)計(jì)效果優(yōu)化具有重要影響。選用進(jìn)口組件能夠全面優(yōu)化可靠性指標(biāo)，其中常用組件主要為電機(jī)、硬盤功能接口板、計(jì)算機(jī)主板、可控硅放大器和PLC等。關(guān)鍵組間選用進(jìn)口產(chǎn)品能夠提高集成度，且可靠性較高。優(yōu)選元器件參數(shù)時(shí)，執(zhí)行降額設(shè)計(jì)工作。如果系統(tǒng)要求的可靠性水平較低，這時(shí)應(yīng)進(jìn)行儲(chǔ)備設(shè)計(jì)，借此提升設(shè)計(jì)可靠性。元器件性能與溫度緊密聯(lián)系，溫度超過設(shè)定的數(shù)值，將會(huì)降低元器件的使用效果。因此，優(yōu)化熱設(shè)計(jì)能夠合理掌握環(huán)境溫度，增強(qiáng)其可靠性。具體地，可借助機(jī)殼引導(dǎo)熱量疏散，優(yōu)化布局結(jié)構(gòu)，應(yīng)用高效能元件，優(yōu)化設(shè)計(jì)風(fēng)道，減少電路熱量，控制環(huán)境溫度等。通過電壓適當(dāng)抑制、接地回路合理設(shè)計(jì)、屏蔽較弱信號等，完成電磁兼容的設(shè)計(jì)工作。

3.3 維修性設(shè)計(jì)

維修性設(shè)計(jì)的重要性不低于可靠性設(shè)計(jì)工作，不僅能夠優(yōu)化維修設(shè)計(jì)效果，增強(qiáng)產(chǎn)品適用性，還能優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。保證維修性設(shè)計(jì)，意味著將會(huì)逐漸加快維修速度，保證維修工作安全進(jìn)行，且同步挺高了維修準(zhǔn)確率。

3.4 其他設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)工作開展時(shí)，應(yīng)制定設(shè)計(jì)目標(biāo)，即確保維修人員工作的安全性和工作的便捷性。不同位置的導(dǎo)線應(yīng)以差異顏色為區(qū)分依據(jù)，導(dǎo)線接頭應(yīng)隱蔽防護(hù)，同時(shí)合理布置指示燈位置，使其與水平視線保持同一水平。此外，應(yīng)妥善隔離，以免因隔離不當(dāng)導(dǎo)致操作人員受到傷害，從而全面保護(hù)維護(hù)員工的安全。電源控制器由信號電路、電源變換電路和微控制器等設(shè)備組成，在電機(jī)控制、位置檢測等方面發(fā)揮著重要作用。因此，適時(shí)監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，合理控制其方向、速度和位置，能夠起到保護(hù)電機(jī)的重要作用。另一角度來講，這能高效解決電機(jī)監(jiān)控不及時(shí)、監(jiān)控失準(zhǔn)等問題。

故障診斷設(shè)計(jì)工作開展時(shí)，合理設(shè)置測試點(diǎn)，以此監(jiān)督電流反饋、測速反饋，全面了解狀態(tài)邏輯下的故障指示情況。其中，狀態(tài)邏輯檢測工作細(xì)分為直流電源狀態(tài)、馬達(dá)過熱狀態(tài)、主交流接觸器狀態(tài)、天線開關(guān)狀態(tài)和可控硅放大器工作狀態(tài)等。各個(gè)狀態(tài)的運(yùn)行情況有指示燈提示。如果指示燈不斷閃爍，則說明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性受到了影響，邏輯編程工作出現(xiàn)了故障。這時(shí)操作人員應(yīng)及時(shí)了解故障發(fā)生的原因，在短時(shí)內(nèi)確定故障點(diǎn)，以此縮短故障處理時(shí)間，優(yōu)化故障處理效果。最后，通過巡檢操作，將巡檢結(jié)果顯示于界面[3]。

4 結(jié) 論

綜上所述，以PLC為基礎(chǔ)探究電源終端控制設(shè)計(jì)工作，能使人們?nèi)媪私釶LC——可編程邏輯控制器，在此基礎(chǔ)上掌握終端控制原理，分析電磁兼容設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、維修性設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)和故障診斷設(shè)計(jì)，為電源終端控制系統(tǒng)優(yōu)化提供思路和實(shí)踐指導(dǎo)，同時(shí)有利于豐富控制系統(tǒng)功能，不斷優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果，也能細(xì)分處理電源管理工作。電源有效分配能夠提高電能資源利用率，避免電能資源閑置或者浪費(fèi)。相關(guān)設(shè)計(jì)人員能夠以此為鑒，參照理論基礎(chǔ)進(jìn)行深入探究，以全面提高系統(tǒng)信息利用率和系統(tǒng)工作效率。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 朱吉然，唐海國，龔漢陽.配電自動(dòng)化終端后備電源選型探討[J].供用電，2014，31（5）：64-69.