基于PLC實現的自動化電氣控制應用的研究

陳彥彬

【摘要】隨著我國電力行業的發展，電氣控制難度越來越大，傳統人工模式依舊不滿足當前控制需求，必須實現自動化電氣控制模式。這一條件下，如何實現自動化電氣控制就成為了業界相關人員重點關注的問題，隨之PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）受到了廣泛關注，利用PLC可以實現自動化電氣控制。對此本文為了了解如何使用PLC實現自動化電氣控制的方法及控制應用將展開分析，闡述PLC概念、特點，論述PLC自動化電氣控制實現方案，最后提出PLC自動化電氣控制應用方式。

【關鍵詞】PLC;自動化電氣控制;電力行業

0.引言

自動化電氣控制是現代電力行業建設中必須實現的控制方式，可以將其視為一種邏輯，但作為一種邏輯就必須建立在可控基礎上，這時PLC就能為自動化電氣控制邏輯提供可控基礎。總體上，相關人員可以將自身設想的自動化電氣控制邏輯輸入PLC，這樣在PLC中就出現了各種控制指令與指令定義，實現自動控制邏輯化，再借助相關技術保障PLC能接收到電氣反饋信息，根據反饋信息PLC將根據邏輯進行識別，確認信息定義，最后根據識別信息定義在邏輯中找到定義相符的指令對電氣進行控制。由此可以看出，PLC是實現自動化電氣控制的根本因素，沒有PLC電氣自動化控制無法落實于實際工作中，因此有必要進行相關研究。

1.PLC的概念與特點

1.1概念

在概念上可以將PLC視為一種自動化控制系統，這個系統包含了計算機技術、網絡技術、信號技術、物聯網技術等，因此具有較強的綜合性，且這些技術在實際工作中可以自由組合，形成多種PLC控制方案，目前在自動化電氣控制中主要使用兩種PLC控制方案，分別為集散型控制方案、總線型控制方案。集散型控制方案主要以PLC系統為終端，利用信號技術將終端與現場所有控制目標分別建立信息交互關系，這樣終端就能通過信號技術獲取反饋信息，并根據反饋信息發送對應控制指令到控制目標，這種方案能夠實現精細化控制，但因為PLC要對所有信息進行單獨控制，所以成本、效率等方面稍弱;總線型控制方案脫胎于“現場總線”技術，即在現場布置總線，將所有控制目標的反饋信息全部集成到總線，再將PLC與總線連接，統一接受所有反饋信息，再進行逐步分析，明確控制需求，最后發出指令實現控制目的，該方式具有控制范圍廣、效率高的優勢，但控制精度上相對較弱[1]。這兩種方式各有優劣，因此在自動化電氣控制中要根據實際情況來選擇，否則可能造成適得其反的效果。

1.2特點

PLC作為一種可實現自動化控制的系統，較于其他同類系統具有四大特點，即可操作性強、電氣設備維護便捷、靈敏度高、抗干擾能力好，各特點表現如下。

（1）可操作性強

任意可實現自動化控制的系統的可操作性體現于控制邏輯語言的兼容性，即某些系統只能使用少量編程語言來編制邏輯，而不同的編程語言能編制的邏輯有限，因此有時候需要使用到多種編程語言來實現目的，這時只能使用少量編程語言的系統就存在可操作性上的限制，是可操作性弱的表現。但反觀PLC，其能夠兼容大量邏輯編程語言，可以使用圖形、符號來進行編程，這種方式不但能全面實現電氣自動化控制目的，還便于相關人員觀察，可見PLC的可操作性較強，有利于電氣自動化控制質量。

（2）電氣設備維護便捷

電氣設備維護是一項繁瑣的工作，需要相關人員去觀察設備狀態，再根據狀態開展專項維護工作，這樣就必然會導致人工工作負擔較大，且在人工誤差性的影響下，有可能出現維護質量問題，這種現象在傳統電氣設備維護中非常常見，經常受人詬病。但在PLC應用下，因為PLC能夠將電氣設備狀態下的各類數據以邏輯方式儲存，此舉可以大幅度降低儲存空間需求，減小維護數據量，這時人工只需要對小量數據進行查閱分析，并在較短的時間內設置自動維護程序，由此實現維護目的，可見這個過程更加便捷，較于人工或其他維護模式，其不但降低了人工工作負擔，還有利于設備維護成本、電氣安全穩定。

（3）靈敏度高

因為電氣設備在運作中經常出現瞬時性故障，且某些故障會導致設備出現隱性損傷，所電氣自動化控制應當具備較高的靈敏度，如果靈敏度低，就很可能發現不了瞬時性故障或隱性損傷，使得電氣設備狀態逐漸下滑，最后可能出現一系列的電氣安全事故。這一條件下，利用PLC來實現電氣自動化控制能夠保障靈敏度水平，即PLC的使用能夠對傳統控制機制中的繼電器進行更換，突破機械觸電繼電器限制，借助高靈敏度繼電器可以有效對瞬時性故障或隱性損傷進行監測與處理。根據現代PC電氣自動化靈敏度的表現可知，高靈敏度繼電器基本可以實現零延遲反應，且同步進行信息傳輸，整個過程的延遲率也幾乎為零。

（4）抗干擾能力好

電氣自動化控制中信號技術、網絡技術是最基本的兩項基礎，而這兩項技術在實際應用中存在易受干擾的問題，即假設現場存在干擾因素，就有可能導致信號傳輸出現中斷、斷續等質量差的表現，而自動化控制質量也會受此影響出現問題，因此電氣自動化控制應當具備良好的抗干擾能力。而PLC具備抗干擾電路、自動報警功能等抗干擾裝置，這些裝置能夠有效抵抗內外環境中的干擾因素影響，盡可能保障電氣設備穩定運作，且如果出現無法抵抗的干擾影響，則借助自動報警功能與應急機制可以將干擾影響降至最低，并通過人工實現快速處理，即當出現無法抵抗的干擾影響之后，PLC會啟動應急機制，對受干擾部位的受控目標進行停機控制，這樣可以避免干擾影響下產生的問題惡化，同時啟動自動報警功能，通知人工前來處理，并將受干擾部位的信息發送給人工，幫助人工進行定位與診斷。

2.PLC自動化電氣控制實現方案

2.1方案要點

雖然在不同場合下，電氣自動化控制需求存在差異，使得PLC自動化電氣控制實現方案也存在差異，但無論差異如何變化，方案中有三個要點是一致的，這三個要點就是構建自動化控制方案的基礎，分別為數據采集、指令設定與執行、指令執行結果信息獲取與反饋。圖1為PLC自動化電氣控制實現方案拓撲圖。

根據圖1，在PLC自動化電氣控制實現方案中，數據采集是獲取受控目標信息的步驟，人工需要根據這些信息來設定指令，由此對控制邏輯運作起到支撐作用;設定與執行是根據受控目標當前信息，由PLC進行識別后選擇人工設置的對應指令，并執行該指令來實現控制目的的步驟;指令執行結果信息獲取與反饋是對當前執行指令的執行情況進行信息采集，并反饋給人工用于最終檢測的步驟，即獲取指令執行是否順暢、受控目標在指令執行后的狀態（指令執行情況），人工對此進行最終檢測，若指令執行不順暢或受控目標狀態依舊未恢復正常水平，則需要介入。

2.2方案實現方法

根據圖1方案，下文將對各方案要點的實現方法進行論述。

（1）數據采集要點實現方法

數據采集步驟分別與受控目標、PLC終端連接，需要起到信息采集作用與信號傳輸作用，因此要使用物聯網技術、信號技術或網絡技術來實現。首先在物聯網技術層面上，主要使用傳感器來實現信息采集作用，人工需要根據各類電氣設備的類型來分析控制指標，再根據控制指標來選擇對應類型、型號合理的傳感器，將傳感器與電氣設備連接即可，如某些電氣設備運作會產生較高的溫度，且自身容易被高溫影響而出現損壞，這時就要使用溫度傳感器來采集溫度信息。其次為了將傳感器獲取信息發送到PLC終端處，需要采用信號技術網絡技術來實現信息發送，其中信號技術一般用于集散自動化控制方案中，通過信號發出/接受裝置可實現目的（市面上很多傳感器都具備信號發出功能，若選擇此類傳感器可以不設置信號發出裝置，安裝通信格式匹配的接受裝置即可）;網絡技術一般用于總線自動化控制方案中，如Symotion10/100M以太網，利用canopen協議可以構建完善通信渠道，借助網絡與傳感器連接即可[2]。

（2）指令設定與執行要點實現方法

指令設定有兩種方式，其一人工根據以往經驗，將電氣設備控制中比較常見的控制方法流程化，隨后將控制流程以編程的方式融入PLC系統終端的數據儲存中，由此生成控制指令，其二根據數據采集信息可知電氣自動化控制實際需求，再依照需求來設定針對性的控制指令，方法同上。這兩種方法在指令設定中均可使用，相互并無沖突，但指令設定要盡可能的完整，否則會導致PLC自動化控制能效低。指令執行同樣依賴于信號技術或網絡技術，且需要以采集數據為基礎來選擇正確指令，即根據數據采集可知受控目標的當前狀態，如果狀態存在異常則對異常信息進行識別，起到異常診斷作用，根據診斷結果可以對異常信息進行定義，再圍繞定義對控制指令進行正確選擇，隨后依照所選指令的流程一步步執行，執行過程中會向每個流程對應的控制設備發送信號或網絡信息，促使控制設備運動或進行參數調整，但所有流程全部被執行，則指令執行完畢，如當發現某電氣設備溫度過高時，PLC系統會根據“降溫指令”向該設備的功率控制裝置、開閉裝置進行控制，降低設備當前運作功率或者直接讓設備閉合停機，這樣能起到降溫效果，待溫度恢復正常水平后，恢復原有狀態。此外，為了保障指令能順暢執行，在PLC指令執行邏輯中應當設置執行環境掃描功能，該功能主要對所有涉及當前指令的控制裝置進行掃描，如果其中某個控制裝置存在異常，則說明執行環境不佳，指令無法正常運作，這時會替換其他指令，若沒有其他有效指令或其他指令執行后未起到效果，再執行原有指令。

（3）指令執行結果信息獲取與反饋要點實現方法

無論PLC最終執行了哪一種指令，其都會利用傳感器對指令對應的控制裝置情況進行信息采集，了解控制裝置運動軌跡、參數變化、當前位置等信息，再將這些信息與指令各流程標準進行對比，可知指令執行情況，若某控制裝置無法與對應流程所有指標標準符合，則說明指令執行情況不佳，隨后將這一情況發送給人工端，由人工前來處理，實現指令執行結果信息獲取與反饋。此外，PLC向人工端發送指令執行反饋信息的動作一般由網絡技術來實現，如局域網或互聯網，其中局域網能夠在封閉式網絡環境中將PLC終端與人工手持終端連接（智能手機或筆記本電腦等網絡設備），人工與相關設備只要處于局域網環境，就可以在第一時間內接收到這些信息，這種反饋方式延遲率很低，能讓人工第一時間對問題處理，但缺陷在于通信范圍較小，而采用互聯網來實現執行信息反饋（實現方法同上），則可以有效提高通信范圍，但可能存在較大延遲率或外界干擾的現象，兩種方式需要相關人員根據實際情況進行選擇。

3.PLC自動化電氣控制應用方式

PLC在自動化電氣控制中有很多應用方式，其中較具代表性的為模擬量控制、開關量控制，各方式具體表現見下文。

3.1模擬量控制

PLC在控制應用中能發出兩種模擬信號，分別為模擬量電壓信號、模擬量電流信號兩種，信號標準一般為（1-5）V、（4-20）mA、（0-10）V等，這些信號可以通過模擬的方式對控制裝置進行操控，再通過控制裝置來執行指令，使受控目標產生對應的變化，即電壓或電流變化。這種控制方式常用于遠傳壓力表、模擬電位器、壓力變送器、溫度變送器、熱電阻等電氣設備控制當中，具體模擬量會根據PLC識別、診斷、環境掃描成果來決定，可起到維護電氣設備狀態的作用。

3.2開關量控制

PLC開關量控制是一種比較直接的控制方式，其控制邏輯只分為兩種，即開啟、閉合，決定邏輯走向的是PLC診斷成果，即假設PLC診斷故障需要通過閉合來進行控制，則會控制開關進行閉合，如果診斷結果顯示受控目標已經恢復正常，則進行開啟控制。這里需要注意的是，PLC之所以能夠對開關裝置進行開啟、閉合控制，是因為其控制指令中存在“量級”概念，即在閉合控制中，直接讓開關裝置通電電路為零，則實現閉合，相反將開關裝置通電電路提高到合適量，則實現開啟。

4.結語

綜上，本文對基于PLC實現的自動化電氣控制應用進行了研究與分析，提出了PLC概念與特點、闡述了PLC自動化電氣控制實現方案、論述了PLC自動化電氣控制應用方式。通過分析可知，PLC是實現自動化電氣控制的基礎，較于其他有同類功能的系統更具優勢，在應用中能起到精確控制、快速控制的作用，使電氣設備運作穩定、安全。

【參考文獻】

[1]陽曉昱，關寧.基于PLC實現的自動化電氣控制應用分析[J].科技風，2017（19）：125-126.

[2]吳俊杰.基于PLC自動化技術的農業機械的電氣控制應用[J].南方農機，2018，049（004）：130.