PLC控制系統(tǒng)在電氣自動化設備中的應用探討

無錫職業(yè)技術學院 楊 云

PLC英文全稱為Programmable Logic Controller，譯為可編程邏輯控制器。該控制器的設計初衷即是為工業(yè)生產(chǎn)、研發(fā)而設計的數(shù)字運算電子操作系統(tǒng)。在工業(yè)迅速發(fā)展態(tài)勢下，PLC控制系統(tǒng)以其精準控制優(yōu)勢迅速在工業(yè)環(huán)境中得到廣泛應用，覆蓋機械、礦業(yè)、汽車、航天領域，呈現(xiàn)藍海發(fā)展態(tài)勢。當然，應用范圍也包括電氣自動化設備。就工作原理而言，PLC控制系統(tǒng)注重使用能夠編寫程序的存儲器，可在PLC控制系統(tǒng)內部執(zhí)行基本存儲功能及邏輯運算功能。與此同時，PLC控制系統(tǒng)也可執(zhí)行定時、計數(shù)等命令，實現(xiàn)既定順序控制以及算術核算。在一定程度上而言，PLC控制系統(tǒng)正是通過對數(shù)字量、模擬量等數(shù)據(jù)信息的輸入以及輸出，實現(xiàn)各類控制命令分布下達，完成電氣自動化的程序控制。

對于電氣工程行業(yè)領域而言，傳統(tǒng)電氣自動化設備是用各類電氣連接線實現(xiàn)連接，因而存在顯著應用局限。例如，電氣連接性較差以及維護量相對較大。特別電氣連接時所采用的基礎線路不僅復雜，其控制線路更是相對較遠。這樣一來，電子自動化設備調試、安裝均需大量時間及復雜流程。隨著工業(yè)社會以及數(shù)字科技的郁勃發(fā)展，以及PLC控制系統(tǒng)在各個領域的深度應用，PLC控制系統(tǒng)漸次引至電氣自動化設備系統(tǒng)之中，在電氣自動控制中發(fā)揮巨大功效及優(yōu)勢。此背景下，研究PLC控制系統(tǒng)在電氣自動化設備中的應用，具有重要現(xiàn)實意義。

1 PLC控制系統(tǒng)

1.1 PLC控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

在PLC控制系統(tǒng)初步衍生并投入使用時，學術人員以及技術人員就已開始著手探索PLC控制系統(tǒng)之于電氣自動化系統(tǒng)開關量的控制應用。然而，在PLC控制系統(tǒng)初步研究階段，相關研究并不深入，仍然存在數(shù)據(jù)處理緩慢、監(jiān)控通訊能效薄弱以及控制范圍不敷等眾多瑕玷。但在學者及技術人員通過不斷的理論、實踐、技術研究以后，PLC控制系統(tǒng)基本能夠在某些領域實現(xiàn)精準、高效單獨控制。例如，在冶金鍛造過程之中，PLC控制系統(tǒng)可根植實際冶金生產(chǎn)情況、整體生產(chǎn)規(guī)模以及控制復雜程度，合理選擇控制程序并消除控制問題。而在電氣自動化設備的安裝、運作過程中，通過融入PLC控制系統(tǒng)，在提升電氣自動化設備運行可靠性的同時，也使以往二次接線過程大大縮減。

1.2 PLC控制系統(tǒng)技術優(yōu)勢

PLC控制系統(tǒng)之于電氣自動化應用過程中，凸顯出眾多技術應用優(yōu)勢，可有效賦能電氣自動化應用高質量運行。第一，PLC控制系統(tǒng)具備操作簡便、可靠性較強顯著特點。在具體應用過程中，PLC控制系統(tǒng)干擾能力遠勝傳統(tǒng)繼電氣控制能力，能在復雜生產(chǎn)環(huán)境中穩(wěn)定運行。并且，控制人員通過簡單指令部署，對應控制系統(tǒng)即可立刻對命令作出反應，適用范圍相當廣泛。第二，PLC控制系統(tǒng)功能相對完備。由于PLC控制系統(tǒng)是可編程邏輯控制器，因此控制功能相對其他控制系統(tǒng)較為完善，具有相當較強的額實用性。同時，該系統(tǒng)可通過更換繼電器控制部分，以系統(tǒng)內部運行邏輯為基礎進行根本性控制，充分降低工作強度。第三，PLC控制系統(tǒng)使用相當便利。PLC在電氣自動化設備控制過程中，各類輔助繼電器投入使用以后，其余節(jié)點變位時間都可默認簡化為零。在此背景下，使用人員不必考慮繼電器固有返回系數(shù)。

1.3 PLC控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢

隨著PLC控制系統(tǒng)在電氣自動化工程中應用愈加廣泛，PLC控制系統(tǒng)自身也在不斷加速發(fā)展。這一背景下，PLC控制系統(tǒng)呈現(xiàn)數(shù)字化轉型與穩(wěn)定性提升兩種發(fā)展趨勢。一方面，數(shù)字化轉型趨勢愈加凸顯。伴隨數(shù)字科技不斷進步，PLC控制系統(tǒng)在逐漸發(fā)展過程中也與數(shù)字技術結合愈加緊密。這一背景下，PLC控制系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展成為主流趨勢。在不斷進步歷程中，PLC控制系統(tǒng)開始逐漸摒棄DOS語言，且著手建立通用硬件平臺。在這一平臺中，PLC系統(tǒng)開始逐漸與DOS語言系統(tǒng)融合，相互補缺發(fā)展，實現(xiàn)共同發(fā)展。另一方面，穩(wěn)定性愈加提升。電氣自動化設備運行的重要基礎即是具備穩(wěn)定性、可靠性，進而完成復雜化生產(chǎn)工作。如何確保PLC控制的系統(tǒng)穩(wěn)定性以及操作安全，既是PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展研究重點，也是電氣自動化工程發(fā)展難點。

2 PLC控制系統(tǒng)在電氣自動化設備中的具體應用

2.1 順序控制應用

有鑒于PLC控制系統(tǒng)的技術優(yōu)勢，該系統(tǒng)在電氣自動化設備中得到廣泛、深度應用。最為基礎的應用即是按照順序執(zhí)行控制。在PLC控制系統(tǒng)的初步研發(fā)應用目標中，其核心思想即是通過順尋控制對不同電氣自動化設備實施精準控制。在歷經(jīng)數(shù)年完善、優(yōu)化以后，PLC控制系統(tǒng)在電氣自動化設備中的順序控制力度也得到全面加強，逐步滿足國家所提節(jié)能減排以及提升工作效率的要求。不僅如此，PLC控制系統(tǒng)在電氣自動化工程應用時，也可通過信息模塊以及通訊總線互相連接的方法，使控制系統(tǒng)成為整個綜合性整體，進而完成更加復雜、量大、精準的控制要求。

2.2 開關量控制應用

一般而言，傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)多數(shù)使用電磁繼電器這一單一形式執(zhí)行開關控制。然而，此種控制方式不僅反應速度相對較慢，且常會產(chǎn)生觸點降低影響正常開關控制問題，在后續(xù)維修更換時也相當不便。PLC控制系統(tǒng)的綜合應用，不僅可以有效克服電磁繼電器的操作缺陷，也因其技術優(yōu)勢獲取更多操作便利性。詳細而言，系統(tǒng)操作人員在控制過程中僅需簡單執(zhí)行合閘操作，即可依據(jù)實際控制需求發(fā)布控制指令。若是在控制系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)產(chǎn)生故障，PLC控制系統(tǒng)能夠自動執(zhí)行分閘操作，充分提升工作效率及保障工作質量。

2.3 閉環(huán)控制應用

通俗來講，電氣自動劃設備的啟動方式包括兩種，即手動啟動、自動啟動。其中，手動操作是由工作人員根據(jù)工作時間進行自主選擇，不能應用PLC控制系統(tǒng)；而自動啟動時，可通過PLC內嵌控制模塊基于實際操作特點，自主選擇運營時間。發(fā)展至今，電氣自動化設備的閉環(huán)控制主要分為PLC控制系統(tǒng)以及常規(guī)控制系統(tǒng)兩類，且多數(shù)是以PLC控制系統(tǒng)作為核心控制系統(tǒng)、常規(guī)回路作為控制補充。在具體應用時，常規(guī)回路也會作為電氣自動化設備中的安全控制回路。如此一來，可充分保障PLC系統(tǒng)的安全性能。即使出現(xiàn)故障以后，設備仍可正常執(zhí)行控制工作。由此，實現(xiàn)電氣自動化設備的閉環(huán)控制。

2.4 自動切換應用

在一般電氣自動化設備運行過程之中，為充分提升設備可靠性，PLC控制系統(tǒng)會在備用電源部分設置自動投入裝置，通過各種程序段的運行實現(xiàn)多種控制操作。與此同時，PLC控制系統(tǒng)將會及時錄取電氣自動化設備運營時的信號數(shù)據(jù)，并將其作為備用電源啟動開關的閉合、開啟的依據(jù)。這樣一來，即可充分提升PLC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力以及邏輯判斷端能力。可以知悉，PLC控制系統(tǒng)既可完成備電自動投入使用操作，也可依據(jù)設備運行情況變動滿足其它操作要求，充分提升設備整體性、智能性。

2.5 調速器控制應用

調速器屬于電氣自動化設備中的核心部件。在電氣自動化設備中，由于時常需要執(zhí)行不同的生產(chǎn)操作命令，因而需對設備中調速器進行時常調節(jié)，以滿足不同生產(chǎn)任務需求。在整體調速控制過程之中，應用PLC控制系統(tǒng)，借助系統(tǒng)內部電子調節(jié)模塊、轉速測量模塊以及電液執(zhí)行模塊，可實時就設備參數(shù)進行調整，以滿足不同速度工作運行要求。

3 案例示范

基于PLC控制系統(tǒng)在電氣自動化設備中的應用理論探討，以某型號電氣自動化設備為例，實施PLC控制系統(tǒng)應用設計，通過實例應用證明其可行性。

3.1 控制要求

在PLC控制系統(tǒng)應用設計過程中，首先需要對其控制要求進行細致分析及詳細規(guī)劃。此電氣設備的核心作用是在某工廠內執(zhí)行傳送控制任務，通過控制工廠內部傳送設備，完成對材料的運送任務。詳細而言，在運行過程中設置5s延時信號，等待下一材料上帶，運送任務完成后返回原位。

3.2 編程設計

在整體編程設計時，需先行確定控制原理、基礎裝置。其中，核心編程即是設計模擬量輸入、輸出轉換原理。

3.3 硬件選擇

有關PLC控制系統(tǒng)的硬件遴選，本次實驗設計中包括4個PNP數(shù)字量傳感器、4個電磁轉向閥以及3個按鈕開關、1個系統(tǒng)指示燈、1個系統(tǒng)報警燈。在電源選擇時，采用307 5A電源模板。在主機選擇方面，使用CPU314型號，促使其能與操作板正常連接運行。確定所有硬件以后，通過系統(tǒng)組裝完成控制任務。

3.4 結果測試

在PLC控制系統(tǒng)完成安裝以后，進行整體系統(tǒng)運營測試，以確保其具有良好控制性能。測試過程之中，上位機通過通訊口將程序傳輸至PLC系統(tǒng)，傳感器輸入、輸出工作正常。同時，程序運行、換向情況、通氣路執(zhí)行元件均可進行正常工作。可以證明，本研究具有現(xiàn)實操作性。

結語：數(shù)字化轉型、穩(wěn)定性提升已然成為電氣自動化工程穩(wěn)定運行的核心發(fā)展方向。而在這一過程中，通過在電氣自動化工程中引入PLC控制系統(tǒng)，有效賦能電氣自動化設備加速發(fā)展。同時，該系統(tǒng)的應用也可滿足電氣自動化生產(chǎn)控制任務。技術操作人員可基于直觀、清朗的人機交互界面，以及全面成熟化的現(xiàn)實總線控制，執(zhí)行對電氣設備的操作控制，以促使儀器能夠達到理想生產(chǎn)效果。