PLC技術(shù)在電氣工程自動化控制中的運(yùn)用

孫源

（中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院信息與電氣工程系 江蘇省徐州市 221008）

PLC技術(shù)對傳統(tǒng)技術(shù)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)行了有效融合，尤其是在計算機(jī)技術(shù)的支持下，可以根據(jù)實際生產(chǎn)需求進(jìn)行編程，進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率。同時，還可以實現(xiàn)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)信息的分析，及時發(fā)現(xiàn)存在的故障隱患，經(jīng)過快速處理避免故障進(jìn)一步發(fā)展產(chǎn)生更大損失。在PLC技術(shù)的支持下，電氣工程自動化控制功能更加完善，除了上述優(yōu)點以外，還能夠為機(jī)電設(shè)備檢修維護(hù)提供重要支持。

1 PLC技術(shù)運(yùn)用原理

1.1 PLC技術(shù)原理

PLC技術(shù)是以電氣控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，聯(lián)合自動化技術(shù)與通信技術(shù)實現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的自動化控制與實時監(jiān)測，為高效生產(chǎn)和運(yùn)維管理提供重要支持。PLC技術(shù)的運(yùn)用是通過梯形圖語言編程和邏輯控制運(yùn)算實現(xiàn)的，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行需求，利用專業(yè)軟件進(jìn)行編程，完成對現(xiàn)場電氣設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的自動化、智能化控制。如圖1所示。

圖1：PLC在電氣自動化中的應(yīng)用

傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)裝配的繼電器電磁干擾性比較強(qiáng)，在傳輸期間因為電流較大更容易形成強(qiáng)電磁場，會對系統(tǒng)內(nèi)的其他電磁信號產(chǎn)生干擾[1]?；赑LC采用的連接方式是輸入、輸出兩種方式聯(lián)合控制電磁信號干擾，很好的杜絕了接觸不良的問題。

PLC技術(shù)系統(tǒng)編程比較簡單，可根據(jù)需求與計算機(jī)聯(lián)合遠(yuǎn)程控制，電氣工程自動化管理水平進(jìn)一步提升，減少了人力、物力投入，而且技術(shù)人員對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)把控更加準(zhǔn)確。相比以往機(jī)電設(shè)備的編程程序，PLC技術(shù)編程難度大大降低，能夠自動識別多種信號和程序，無需操作人員輸入大量的指令便可完成系統(tǒng)的指揮[2]。例如傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)是通過USB接口進(jìn)行編程，待系統(tǒng)識別完成后才可繼續(xù)后續(xù)的操作，而PLC技術(shù)可以做到自動識別相應(yīng)信息和指令，相關(guān)斷口的自動化驅(qū)動與控制得以實現(xiàn)。

1.2 PLC架構(gòu)分析

PLC架構(gòu)主要包括電源系統(tǒng)、終端處理器、存儲設(shè)備、傳輸設(shè)備以及交換機(jī)多個部分，如圖2所示，其中終端處理器主要負(fù)責(zé)處理各種數(shù)據(jù)信息，并通過傳輸設(shè)備對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和傳輸，交由交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)解密，最后按照需求發(fā)送到控制中心或存儲設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高效利用。PLC控制系統(tǒng)的傳輸設(shè)備多是進(jìn)行二進(jìn)制加密處理，系統(tǒng)指令是未加密的明文，傳輸設(shè)備會自動將相關(guān)信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并做壓縮、打包等處理后進(jìn)行傳輸[3]。交換機(jī)可以自動識別相關(guān)信息，并做進(jìn)一步處理，保證可以滿足設(shè)計生產(chǎn)加工要求。PLC技術(shù)架構(gòu)中的存儲設(shè)備能夠?qū)?shù)據(jù)信息進(jìn)行可靠存儲，并且可以根據(jù)需求進(jìn)行信息調(diào)取、傳輸和分析等操作。而電源系統(tǒng)則是確保PLC系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，可以根據(jù)運(yùn)行要求和狀態(tài)對電流強(qiáng)度進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

圖2：PLC結(jié)構(gòu)圖

2 PLC技術(shù)運(yùn)用特點

2.1 反應(yīng)速度快

PLC技術(shù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的核心是輔助繼電器，去除了內(nèi)部一部分連接導(dǎo)線，這樣繼電器的運(yùn)行便可以忽略節(jié)點變?yōu)闀r間。相比以往所應(yīng)用的機(jī)械繼電器，PLC的運(yùn)用無需考慮返回系數(shù)，確保運(yùn)行過程中能夠更加快速的處理內(nèi)部信息，相應(yīng)的自動化控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度也更快。

2.2 操作便捷

PLC技術(shù)的應(yīng)用使得電氣控制系統(tǒng)的自動化水平進(jìn)一步提升，對人為操作的要求降低，電氣設(shè)備與機(jī)械設(shè)備的控制難度大大降低。PLC技術(shù)下的電氣工程自動化控制是以簡單、直觀的指令來完成各項工作，控制系統(tǒng)的操作難度大大降低，工作人員可以利用更短的時間學(xué)習(xí)掌握，不僅可以提高操作熟練度，還可以減少人為失誤導(dǎo)致的設(shè)備故障，電氣設(shè)備的運(yùn)行效率大大提升，更好的滿足高效穩(wěn)定生產(chǎn)的要求。

2.3 功能完善

現(xiàn)在PLC技術(shù)在電氣工程自動化控制方面的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定成效，對生產(chǎn)作業(yè)有著重要影響，可以確定其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，并且配套設(shè)施齊全，功能更加完善。PLC控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，主要依賴于集成電路開發(fā)的芯片，不僅做到了設(shè)備電氣的微型化設(shè)計，而且還具備低能耗、輕便等特點[4]。并且因為較高的集成度，能夠與電氣設(shè)備自動化控制系統(tǒng)融合成一個整體，實際應(yīng)用優(yōu)勢更加突出。

2.4 抗干擾強(qiáng)

PLC自動化電氣控制化集成電路具有較強(qiáng)的抗干擾性，電路的加工與設(shè)計，應(yīng)用了多種抗干擾工藝，以及還對控制器安裝了自動檢測與報警裝置，不僅可以有效抵抗外界因素對PLC硬件的影響，而且可以在故障出現(xiàn)后第一時間采取措施處理，提高綜合控制效果。與傳統(tǒng)繼電器相比，PLC自動化電氣控制技術(shù)抗干擾性更強(qiáng)，能夠適應(yīng)不同生產(chǎn)條件，這也決定了其自身的強(qiáng)適應(yīng)性。

2.5 應(yīng)用廣泛

通過翻譯可以實現(xiàn)PLC語言與計算機(jī)編程語言的轉(zhuǎn)化，電氣工程應(yīng)用和操作更加便捷，工作人員可以根據(jù)生產(chǎn)需求完成相應(yīng)的程序編寫，且無需學(xué)習(xí)計算機(jī)語言，簡單的PLC編程語言能夠更好的滿足電氣設(shè)備操作要求。同時，PLC技術(shù)還具有良好的開放性，可與計算機(jī)系統(tǒng)完美融合，通過連接和操作控制實現(xiàn)多元化操作管理，系統(tǒng)運(yùn)行周期進(jìn)一步縮短，杜絕了不兼容情況的出現(xiàn)，為電氣設(shè)備的高效穩(wěn)定運(yùn)行提供支持[5]。

3 PLC技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用

3.1 開關(guān)量控制

將PLC技術(shù)作為可編程存儲器運(yùn)用于虛擬繼電器運(yùn)行過程方面，可以達(dá)到良好的應(yīng)用效果。PLC控制系統(tǒng)完成繼電器通斷控制需要花費(fèi)比較久的時間，這樣短路保護(hù)期間之內(nèi)就無法對繼電器進(jìn)行有效控制，這是PLC技術(shù)運(yùn)用必須要解決的問題之一。將PLC技術(shù)與自動切換系統(tǒng)結(jié)合，以此來提高系統(tǒng)反應(yīng)速度，進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，而這一點在開關(guān)量控制方面具有非常明顯的優(yōu)勢。開關(guān)控的能耗大，基本上均要保持長時間運(yùn)行的狀態(tài)，這樣出現(xiàn)故障事故的可能性也比較大，一旦發(fā)生異常必定會對整個控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生影響。將PLC技術(shù)應(yīng)用到開關(guān)量方面，能夠有效減少短路故障的發(fā)生，通過編輯信息來為電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。如圖3所示。

圖3：常見PLC輸入信號（開關(guān)量）

目前在開關(guān)量方便的應(yīng)用雖然獲得了一定的成果，但也仍然存在一些不足，仍需要深入研究電氣工程自動化控制系統(tǒng)特點和要求，調(diào)整PLC技術(shù)應(yīng)用方法，爭取獲得更好的應(yīng)用效果。

3.2 順序控制應(yīng)用

順序控制也是PLC技術(shù)在電氣工程自動化控制中應(yīng)用的主要方向之一，可以基于實際需求靈活編排系統(tǒng)程序，避免處理次數(shù)的重復(fù)發(fā)生，提高系統(tǒng)程序控制效果。電氣工程自動化控制系統(tǒng)的改進(jìn)，充分發(fā)揮PLC技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)順序控制的優(yōu)化。技術(shù)人員根據(jù)需求進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以此來做到電氣設(shè)備的有效管理。以及通過PLC技術(shù)的應(yīng)用，可將其作為順序控制系統(tǒng)使用，通過現(xiàn)場傳感、遠(yuǎn)程控制以及主次站等功能模塊的協(xié)調(diào)運(yùn)行，穩(wěn)定完成各項動作。順序控制方面的應(yīng)用，先要分解成多個獨(dú)立的控制動作，然后所有動作均按照設(shè)定的順序依次來執(zhí)行任務(wù)，提高控制效果，并以更高的自動控制水平為高效生產(chǎn)提供支持[6]。實際應(yīng)用中可以從三個方面著手，一是控制現(xiàn)場傳感器，二是遠(yuǎn)程控制，三是主層站控制。通過三個方面的有效控制，將PLC技術(shù)在順序控制方面的作用完全發(fā)揮出來，達(dá)到電氣工程自動化控制的目的。

3.3 閉環(huán)控制應(yīng)用

閉環(huán)控制即先進(jìn)行輸出信息的處理，然后再返回到處理開端環(huán)節(jié)，并且會在一定程度上影響到反饋機(jī)制。電氣設(shè)備自動化控制中最為頻繁的一項動作便是電機(jī)啟動，且啟動方式不同，如手動啟動、機(jī)旁屏手動啟動和自動啟動。PLC技術(shù)在電氣自動化閉環(huán)控制中可以發(fā)揮重要的作用，尤其是在轉(zhuǎn)速測量、電子調(diào)速、電液執(zhí)行等方面有著密切聯(lián)系，能夠進(jìn)一步提高測量工作效率，確保調(diào)節(jié)器的高合理性。將PLC技術(shù)應(yīng)用在閉環(huán)控制啟動環(huán)節(jié)，在動力泵處于開啟狀態(tài)時通過控制器來控制模塊，采集動力泵運(yùn)行效率，結(jié)合實際需求來對主泵及備用泵進(jìn)行選擇。其中，在將PLC技術(shù)應(yīng)用到電氣旁屏啟動方式中，不僅能夠發(fā)揮動力泵效益，而且能夠?qū)﹂_關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)，對動力泵的運(yùn)行時間進(jìn)行有效控制，確保主泵開啟與關(guān)閉動作自由流暢，如圖4所示。PLC技術(shù)在電氣工程閉環(huán)控制方面的應(yīng)用，可以進(jìn)一步提升整個控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率，強(qiáng)化系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行水平。

圖4：閉環(huán)控制原理

3.4 數(shù)據(jù)控制應(yīng)用

數(shù)據(jù)信息也是電氣工程自動化控制研究的重要一個方面，應(yīng)從實踐中總結(jié)不足，進(jìn)一步加強(qiáng)對數(shù)據(jù)信息的分析研究，并給予針對性管理控制，確保數(shù)據(jù)安全性與保密性不收到侵害。一般情況是通過數(shù)字結(jié)合統(tǒng)計控制方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)控制，將PLC技術(shù)應(yīng)用其中，來提高數(shù)據(jù)控制的合理性。首先要要對所有運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠采集，然后進(jìn)行篩選和預(yù)處理，在由技術(shù)人員通過編程程序?qū)Y選后的信息數(shù)據(jù)做更深層次的計算分析，保證自動化口令可以有效執(zhí)行，達(dá)到自動化控制的目的，如圖5所示?；赑LC技術(shù)的數(shù)據(jù)控制，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的效率，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

圖5：基于PLC和遠(yuǎn)程控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

4 結(jié)束語

PLC技術(shù)在電氣工程自動化控制中的運(yùn)用，有效解決了以往所用技術(shù)存在的不足，基于技術(shù)特點確定其可運(yùn)用的多個方面，使得電氣自動化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)一步提升，在保持生產(chǎn)效率的同時，減少各種故障的發(fā)生，以更可靠的控制管理來達(dá)到高效生產(chǎn)、安全生產(chǎn)的目的。