電氣工程自動化控制中PLC 技術的應用

帥寶珍

云南省玉溪工業財貿學校 云南玉溪 653100

1 PLC 技術的相關概述

1.1 PLC 概述

（1）PLC 發展史。在20 世紀60 年代初期，生產線的控制主要采用繼電器控制裝置，其可靠性、安全性、經濟性等都較差。隨著經濟的發展，人們對PLC 技術（可編程序控制器）有了啟蒙，并于60 年代末成功研制了一臺可編程序控制器且通過試驗。直到目前，PLC 不僅僅是起初所提到的可編程序控制器控制繼電器回路那么簡單，還可以做邊緣計算、運動控制等，而且仿真也前進了一大步，由MATLAB/Simulink 建模仿真，自動代碼生成的程序可以下載到PLC 存儲器上，實現硬件環境測試[1]。

（2）PLC 的特點：①學習PLC 編程容易，其界面和程序看上去比較直觀，容易理解；②控制系統簡單，而且修改起來比較容易，所使用時間較短；③系統維護方便。

（3）PLC 組成。市面上PLC 種類繁多，例如通用品牌有西門子、歐姆龍、三菱等，每個品牌旗下又有很多型號的PLC，但其主要內部結構大致是相通的，主要有五個部分組成，其組成原理圖如圖1 所示。

圖1 PLC 的組成

①中央處理器CPU。主要用來邏輯運算及數學運算等，并且協調整個系統的工作。

②存儲器。用于存放系統編程程序及監控運行程序、用戶程序、邏輯及數學運算的過程變量及其他所有信息。

③電源。包括系統電源、備用電源等。

④輸入/ 輸出單元。輸入單元用來進行輸入信號的隔離濾波及電平轉換；輸出單元用來對PLC 的輸出進行放大及電平轉換，驅動控制對象。

⑤通信接口。是PLC 與外界通信的通道。

1.2 PLC 在電氣自動化中的作用

在電氣工程自動化控制中，PLC 技術具有非常重要的作用，具體體現在如下幾個方面：

①有利于電氣設備數據存儲量的增加。由于PLC 的核心部件是CPU，所以可將其視作為計算機中一個具有強大邏輯控制功能的應用系統，其通過邏輯運算可快速完成相關程序的編輯，并實現軟件存儲。在電氣自動化控制中應用PLC 后，能夠使電氣設備的數據存儲量隨之增多，由此可以為運行檢修提供可靠的參考依據[2]。

②有利于促進電氣設備智能化。常規的電氣設備智能化程度相對較低，隨著PLC 技術的應用，可使電氣設備的操作實現全程自動化控制，通過對CPU 中存儲的相關數據進行提取，并與預設值進行比較，能夠快速判斷出電氣設備的運行狀態，大幅度提升了電氣設備的智能化程度。

1.3 核心技術

PLC 技術的涉及范圍廣，使用率也比較高，在電氣工程中有著不可替代的作用，它最主要的核心技術就是控制技術。PLC 技術的控制系統由四部分組成，其中包括中央處理器、電源、存儲介質以及輸入輸出口。組成的四部分不能單獨進行運轉，它可以直接影響控制系統的運行。另外，PLC 技術自身是有很多利用價值的，針對一定的需求進行相應的調整，根據現場實際情況可以隨時增添合適的外援設備，使PLC 技術的控制性能能夠發揮其最大的作用。電源部分是負責PLC 控制系統的開關和閉合過程的。輸入輸出端口是與外部設備的連接點，建立外部和內部的聯系，實現數據和信息交換的目的。中央處理器就是接受并且分析用戶的命令。存儲介質最主要就是可以為用戶帶來最方便的服務，在短時間內找出有效數據供用戶使用[3]。

2 電氣工程自動化控制中PLC 技術的應用研究

2.1 在汽車制造中的應用

隨著科學技術的發展，汽車制造產業的進一步擴大，對自動化技術的要求越來越高，而PLC 技術的發展推動了汽車制造產業的進一步擴張，該技術包含了運動控制、現場總線、機器視覺等方面的控制。

汽車生產線主要有四大工藝，沖壓、焊裝、涂裝、總裝，每道工序中都會有機械手、傳輸控制等。例如焊裝、總裝等工藝中生產線需要從上一道工序傳到下一道工序當中，對于這種流水線生產，PLC 無疑是最好的控制方式；在焊裝、涂裝工序中利用機械手進行操作，不僅降低了涂料對人所帶來的危害，而且增加了質的提升。操作人員只需要通過人機界面就可以觀察機器設備是否正常及操作，工件通過多道工序后，由質保部門進行檢測，檢測工件或車身涂裝是否有瑕疵，以確定是否要進行設備檢測與維修。

2.2 開關量控制系統

開關量控制其實就是數字量控制，即是“0” 和“1” 的控制。通過引入開關量的控制概念，可以對以往繼電控制模塊進行改進，例如電機正反轉的控制，如果通過繼電器控制，在安全、控制精確度和穩定性上均比不過PLC 進行控制。

通過PLC 開關量控制方式可以對系統進行啟停狀態操控時可精準的完成工作狀態。以往的設備在進行啟停過程中時，通過傳統的繼電器來進行傳輸信號并完成指令，傳統繼電器是利用機械式的原理進行工作，在進行信號傳遞過程中，易發生系統內無法傳輸狀態，導致無法對設備發出指令。故引入PLC 控制概念，以及通過傳感器可以將模擬信號轉換成電信號的應用，來控制繼電器線圈的吸合與斷開，有效代替了傳統的控制方法，提高了精度。電子型控制器通過指令可迅速完成對信息的識別并進行相應動作，具有高靈敏性、高速度性、高精確性等優點[4]。

2.3 控制變配電工程

目前，PLC 技術在我國電氣工程的行業當中得到了廣泛的應用并且取得了一些有效的成果，其中最典型的應用案例就是我們可以通過PLC 設計變電站主回路和控制回路電路，利用組態王WINCC 進行軟件監控界面設計。通過上述兩個設計方式聯合，可以實現工作人員不需要靠近變電站，在一定的距離下就能完成監控和操作，免去了工作人員靠近電站的危險和輻射。上述案例說明PLC 技術可以對我國變配電工程方面進行自動化控制和管理，它不僅可以通過程序編碼設置對機械設備進行規范化的管理，而且可以在一定程度上減少電力企業的資金支出。因為在變配電工程的控制管理過程中是存在著一定危險性的，工作人員只有具備非常專業的理論知識和豐富的實踐能力才能夠充分保證自身的人身安全。因此，如果通過PLC 技術對其進行自動化控制，就可以完全規避這些風險，而且PLC 技術具備的功能非常廣泛，除了可以實現變配電工程進行自動化控制和管理，更重要的是可以對其進行全方位的實時監控和關注跟蹤，而工作人員只需要通過電腦終端對其進行監察就可以使我國的電氣工程管理系統穩定有效地運轉，這極大地提高了我國電氣工程行業發展的工作效率和科學性。PLC 技術可以利用企業自身的先進性有效避免這些問題，大大減少了電氣工程出現安全隱患的幾率，促進我國電力資源企業公司的快速發展。

2.4 在自動切換中的應用

通過對大量實際應用進行分析后發現，部分電氣控制系統發生故障問題后，基本上都需要較長的時間才能使故障消除，并使系統恢復正常運行。在故障修復這一過程中，可能會使故障逐步擴大，從而引發其他問題，嚴重時會對系統造成不可逆的損壞。如果應用PLC 技術后，在發生故障的同時，PLC 系統的自動診斷功能會自行啟動，此時可以通過大數據分析，將分析結果反饋給操作人員，由此可在相對較短的時間內對故障進行排除。PLC 具備的可編程功能，使程序的改寫變得非常簡單，在實現功能的同時又能滿足企業對經濟性的要求。

2.5 在電氣自動化控制中的應用

隨著技術的發展進步，PLC 技術和操控系統更加趨向于人性化，使得與電氣工程的契合度不斷提高。第一，在電氣工程數控系統中的應用。將PLC 技術應用在數控系統中，可以實現精準定位，將誤差概率降低到零；第二，在交通控制系統中的應用。過去的交通控制系統因為操作不夠規范、誤差比較大，極易導致交通控制出現問題，例如信號燈反應遲緩、紊亂等。PLC 技術不僅可以應用在交通信號燈中，信號燈的反應速度會更加快速和精準，確保道路交通暢通有序，還可以將PLC 技術應用在道路系統監控設施中，可實現24h 無人監管，真正實現降本增效；第三，在中央空調自動化控制中的應用。通過PLC 與傳感器結合，可以實現自主控溫，從而保證建筑物內部環境的各項數據能滿足固定式值的要求，使得人類在逛商場或居住中獲得最佳的舒適感。

2.6 在民用電梯中的應用

隨著城市化進程的加速推進，在未來發展中，PLC 技術將會有越來越多的應用。目前，高樓大廈的不斷涌現，電梯作為有效的交通設備，在人們的生活中起著較為重要的作用。但是對于電梯的安全性和時效性還有待加強，隨著生活節奏的加快，電梯的安全性和智能時效性顯得格外重要。從而以新型PLC 為控制核心的電梯控制程序得到了發展。原因在于PLC 具有程序修改方便，而且隨著時代進步的發展，控制器也是在不斷升級，但是其替代品更換也相對簡單。

當乘坐電梯時，經常會遇到一種現象，電梯樓層很高或離你較遠，每次都需要一定時間的等待，這遠遠增加了我們的出行時間。我們可以通過PLC 的智能控制功能—大數據分析，或者開發一款手機APP（可以用來和PLC 之間進行通訊以及出行預約）。通過大數據分析可以得出整棟樓層每天每個關鍵時間節點的工作負荷狀態；通過APP 我們可以提前控制電梯或預約，然后當我們走到電梯口時電梯就在你的樓層等待。那么安全性，我們可以利用PLC智能化程序識別加速度突然超出預留值，通過電梯控制程序快速計算，并及時做出反應，避免不必要的安全事故發生。我們還可以設置電梯內部特殊按鈕，當按鈕被按下時，監控控制器與電梯控制器之間進行通訊，識別乘客是否發生了意外事件，確認后可以通過互聯網直接傳送給控制中心、醫療機構或相關執法機關，這樣當乘客在電梯中發生威脅生命的安全問題時，相關機構在接收到信息時可以快速定位乘客所在位置，并及時做出相應的動作。而目前電梯呼叫主要是發生故障時和控制中心進行溝通，讓控制中心聯系電梯維護相關工作人員前來維修和解救被困乘客。隨著人工智能的快速發展，PLC 技術的更多應用將會越來越廣，從剛開始PLC 只是代替了傳統的繼電控制系統開始，到目前，通訊、仿真、服務等有了越來越多的進步與發展，相信不久的將來，我們所幻想的情景通過技術的發展都能在現實中實現。

3 PLC 技術在電氣工程自動化控制中的應用建議

3.1 提高集成度

對于PLC 自動控制而言，想要實現集成管理的目標，就必須逐步增強電氣設備的兼容性。因此，對系統進行設計的過程中，在電氣接口的選擇上，應當盡量以相同接口為主，這樣便于系統集成。為使子系統之間的聯動性能獲得進一步提升，可在統一的平臺下對系統進行開發。通過上述措施，能夠為系統集成目標的實現奠定基礎[5]。

3.2 強化管理

PLC 在電氣工程中的合理運用，為自動化控制目標的實現提供了條件。當電氣設備實現自動化控制后，人為操作失誤可以大幅度減少，在自動化控制模式下，還可以完成對現場電氣設備的遠程控制，操作人員的工作量隨之減輕。想要使PLC 的技術優勢在電氣工程中得到全面發揮，有必要對管理進行強化，通過對技術人員進行專業培訓，使他們了解并掌握PLC 的功能，增強應用效果。

3.3 重視培養技術人才

對于推廣和應用PLC 技術的相關人員，應注重PLC 技術的理論知識和實踐技能的培養。對于企業而言，其應該積極的開展PLC 技術操作人員的專項培訓，包括技能培訓和經驗交流等。從職業教育層面來看，我們應大力推進校企合作，聯合企業開發實用型教學課程，甚至可以聘請優秀企業技術人員去學校上課，促進職業教育更高層次的發展，也為學校培養更多的職業教育師資與學生。

3.4 建立并完善PLC 技術的應用標準

從PLC 技術的實際應用來看，其在應用上表現得十分廣泛，適用于各個行業。但是從各個行業的應用要求來看，其中表現出較大的差異性，這也使得PLC 技術在應用中的標準出現一定不同。因此，電氣企業在對PLC 技術進行應用的過程中，還應當注重對應用標準的優化與完善，使PLC 技術與電氣自動化控制表現出更高的匹配度，切實使其更加完善，應用更加科學合理。由于使用的標準適用于大多數電力公司，它們可以作為整個電力行業的適用標準，并為相關標準制定提供參考，促使整個電力行業自動化控制的快速發展。

4 發展前景分析

在電氣工程及其自動化控制的發展過程當中，借助PLC 技術以結合電氣工程產品，不斷完善其應用環境，且能夠加強設計工作，以充分協調機器與人之間的關系，進而加快電氣工程及其自動化控制的發展進程。PLC 技術的應用范圍較廣，在實際的應用過程當中則需要充分考慮到其應用的專業性，以將計算機應用和系統控制進行有效的融合，在保障電氣工程工作效率及質量的同時，能夠有效降低員工的工作強度。通過電氣工程設備的動態跟蹤，以此實現電氣自動化控制系統的智能化和安全化。

5 結語

在這個快速發展的社會背景下，我國的科學技術水平有了較大的提高和飛躍。目前利用國外發達國家的先進科學技術的基礎上根據我國電氣工程行業發展的現狀研發出了先進高端的PLC 技術，為我國電氣工程行業的發展提供很大的便利。但是，這項技術在具體使用過程中仍然會出現一些問題，需要不斷對其進行深入的研究，了解其中蘊含的技術原理，熟練掌握操作技術，加強我國電氣工程自動化管理水平，最大限度地減輕工作人員的負擔，提高工作效率，這是社會發展的必然趨勢，也是我們應該努力的方向。