PLC背景下電氣自動化的控制系統(tǒng)設計

黃子龍

[摘? ? 要]隨著我國科技的不斷發(fā)展，PLC技術日益成熟，在各個生產領域有著非常廣泛的應用，并取得了顯著的成效。在電氣自動化控制系統(tǒng)中應用PLC技術，對降低能源消耗、提高生產效率具有重大的意義。文章對PLC背景下電氣自動化控制系統(tǒng)的設計以及需要注意的問題進行了詳細分析，并提出幾點應用PLC技術的有效策略，以供參考。

[關鍵詞]PLC;電氣自動化;控制系統(tǒng);設計

[中圖分類號]TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）07–00–03

Design of Control System of Electrical Automation Under the Background of PLC

Huang Zi-long

[Abstract]With the continuous development of science and technology in our country， PLC technology has become increasingly mature， and has been widely used in various production fields， and has achieved remarkable results. The application of PLC technology in electrical automation control systems is of great significance for reducing energy consumption and improving production efficiency. The control system design of electrical automation under the background of PLC and the problems that need attention are analyzed in detail， and several effective strategies for applying PLC technology are proposed for reference.

[Keywords]PLC; electrical automation; control system; design

目前，PLC技術在工業(yè)領域數控體系應用優(yōu)勢日益明顯，在惡劣的環(huán)境中仍然能夠保障系統(tǒng)始終保持平穩(wěn)運行狀態(tài)，并且系統(tǒng)輕便，易于操作，故而成為工業(yè)數控體系中的核心部分。尤其在工業(yè)機器人中的應用，將工業(yè)機器人與計算機連接，將機器人產生的數據傳送至計算機上，通過計算機對這些數據信息做更深層次的處理，以此提高生產效率，滿足不同用戶不同的生產需求。

1 PLC背景下電氣自動化控制系統(tǒng)設計需要注意的問題

1.1 選用符合設計要求的電子元件

在電氣自動化控制系統(tǒng)整體裝置中，電子元件的作用不可小覷，電子元件設計是否合理直接關乎著電氣自動化控制系統(tǒng)的應用性能。因此，在設計電子元件的過程中，應根據控制系統(tǒng)的實際情況，選擇與之要求相符的電子元件。要想實現(xiàn)電氣自動化控制系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行，需要保障選用的電子元件具備較強的持久性和耐用性，有利于對生產成本的控制。

1.2 加強對散熱防護工作的重視

為電氣自動化控制系統(tǒng)的運行創(chuàng)造一個健康、綠色的環(huán)境，是確保該系統(tǒng)穩(wěn)定運行的首要步驟。在進行電氣自動化控制系統(tǒng)設計時，一定要高度重視設備的散熱和防護問題，完善的散熱及防護措施，不僅可以確保軟件充分發(fā)揮其應用功能，而且還能有效預防系統(tǒng)因遭受病毒襲擊而引發(fā)癱瘓問題。因此，設計人員在設計時，務必加強對這一環(huán)節(jié)的規(guī)劃，結合實際需求，制定科學有效的散熱及防護措施。加強對電氣設備的防護能力，不僅可以減少電氣設備運行中的安全隱患，而且還能實現(xiàn)經濟效益的提升。

2 PLC背景下電氣自動化控制系統(tǒng)的設計

2.1 評估控制任務

隨著我國科技的不斷發(fā)展，PLC技術日益成熟，在各個生產領域有著非常廣泛的應用，并取得了顯著的成效。PLC系統(tǒng)作為數控設備中的重要組成部分，對提高工作效率、降低生產成本發(fā)揮著重要作用。在對電氣自動化控制系統(tǒng)進行設計時，要想確認控制系統(tǒng)的設備數量以及是否在系統(tǒng)中應用PLC技術，則需要結合實際生產目標及系統(tǒng)情況，對控制方式加以明確，從而對目標系統(tǒng)的特性和復雜性進行綜合分析。分析方式應從以下幾點入手：

（1）控制系統(tǒng)的整體規(guī)模;

（2）生產技術的復雜程度;

（3）控制系統(tǒng)的可靠度是否符合實際標準;

（4）信息數據的處理效率。

2.2 確定I/O點數

對電氣自動化控制系統(tǒng)運行過程中需要輸出、輸入的接口點數和具體的I/O模塊進行嚴格測定。同時為了增強PLC系統(tǒng)內存分配的合理性，需要對目標系統(tǒng)及PLC的交互方式進行嚴格把控。

2.3 PLC機型的選擇

隨著PCL技術的廣泛應用，如今已經發(fā)展成為構造電氣裝置自控體系的核心，對電氣設備能否正常運行起著關鍵性作用。

因此，在對PLC系統(tǒng)裝置進行選擇判斷時，一定要謹慎認真，包括型號類別、接口數量、內存配比等內容，以便確保PLC系統(tǒng)裝置與電氣裝置的型號相匹配，這樣才能充分發(fā)揮PLC系統(tǒng)的應用價值，擴大生產企業(yè)的利潤空間。

2.4 控制系統(tǒng)設計

PLC作為電氣自動化控制系統(tǒng)中的可編程控制器，其系統(tǒng)硬件主要分為兩個模塊，分別是機箱和顯示器。其中機箱內配備裝置包括系統(tǒng)數據、數字量的轉化模塊、模擬量以及故障切除模塊。主機的作用除了負責對各項運行命令進行解析和傳輸之外，還負責控制電機速度參數及優(yōu)化輔助模塊。數字量轉化模塊由開關組件、控制器和觸發(fā)信號組成，放大之后可實現(xiàn)對閥門和繼電裝置的控制;模擬量模塊的功能主要用來對信號進行收集，包括電壓、電流、溫度等;故障切除模塊的主要作用是用來對故障實施處理工作，包括壓力參數過大、柴油機運行失常、電機溫度超標等內容的處理，從而維持系統(tǒng)的正常運轉。

（1）PLC控制系統(tǒng)可以完成伺服電機的信號的采集和處理，確保電氣自動化控制系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行。

（2）基于PLC控制系統(tǒng)優(yōu)勢，也可將其應用于工業(yè)機器人當中，從而實現(xiàn)對機器人的信息控制。所謂信息控制即是指數據處理，包括信息采集、信息存儲、信息傳輸等操作，在工業(yè)機器人中應用PLC控制系統(tǒng)，通過采集和處理工業(yè)機器人的內部與外部的信息參數，并將這些數據顯示在數據顯示屏上，如果將工業(yè)機器人與計算機連接的話，還可以將顯示屏上的數據傳送至計算機上，通過計算機顯示屏對這些數據信息做更深層次的處理。

（3）為了避免系統(tǒng)在運行的過程中發(fā)生數據丟失或被惡意篡改的問題，可以將這些數據信息發(fā)送到存儲空間，進行數據備份。由此可見，PLC控制系統(tǒng)的本質其實是借助一系列程序操控的內存模完成程序設計通過邏輯量對各種操作命令實施執(zhí)行，由數字量、模擬量及接口模塊完成設備操作。

（4）PLC控制系統(tǒng)即便在惡劣的環(huán)境中仍然可以保障系統(tǒng)始終保持于安穩(wěn)運行狀態(tài)，并且系統(tǒng)輕便易于操作，故而成為工業(yè)數控體系中的核心部分。

2.5 抗干擾設計

PLC背景下，針對于電氣自動化控制系統(tǒng)抗干擾設計，可以從以下三點著手：

（1）電源部分的抗干擾設計。電源模塊中的核心部分為電源變壓裝置，對這部分進行抗干擾設計，可以增強設備運行的穩(wěn)定性。因此，采用容量參數超過額定需求1.2倍以上的隔離變壓設備，進行抗干擾設計。條件允許的情況下，還可在電源模塊中加裝濾波設備，選用雙絞線模式進行級連，從而將信號干擾的影響降至最低;

（2）輸入輸出信號的抗干擾設計。想要保持輸出輸入信號的穩(wěn)定，需要借助絕緣I/O組件。首先，輸入信號之所以受到干擾，源于線路之間的差模干擾所致，采用濾波器進行消除處理。對于線路和大地間的共模干擾，可以借助接地控制加以消除;其次，輸出信號通常是受PLC開關量的干擾，根據實際負載情況將，其進一步優(yōu)化;

（3）外部配線的抗干擾設計。信號在傳輸的過程中之所以會受到很大的干擾，主要源于系統(tǒng)外部線路間出現(xiàn)的互感和分布電容所導致。要想將這些干擾因素消除，需要在交直流的輸出、輸入配備相應的電纜線路。同時還應在集成線路和晶體管電路中設置屏蔽模塊，以此降低干擾的影響。

3 PLC技術在電氣設備自動控制系統(tǒng)中的應用

3.1 選擇定位應用范圍

通過對數據的控制，實現(xiàn)PLC技術在電氣自動化控制系統(tǒng)中的應用，基于PLC技術的優(yōu)勢，在電氣自動化控制系統(tǒng)中應用PLC技術，可進一步推動電氣自動化設備向現(xiàn)代化、智能化的方向發(fā)展。為了充分發(fā)揮PLC技術在電氣自動化設備中的應用價值，在應用PLC技術之前，需要對當前電氣自動化設備進行合理定位，在此基礎上，對其定位進行綜合全面的分析，從而挖掘出自動化控制系統(tǒng)中存在的漏洞，進而明確應用PLC技術的切入點，以此增強兩者匹配的精準度。

3.2 具備相關設計知識

PLC作為一種編程控制系統(tǒng)，具有系統(tǒng)輕便易于操作的特點，在當前工業(yè)數控系統(tǒng)中具有不可或缺的地位。在電氣自動化控制系統(tǒng)中應用PLC技術，是我國電氣行業(yè)控制技術未來發(fā)展的主導方向，同時還能滿足電氣行業(yè)控制技術的總體需求。在電氣自動化控制系統(tǒng)中應用PLC技術時，需要技術人員具備一定基礎理論知識，在此基礎上，結合自動化控制需求，選擇合理的PLC技術，共同發(fā)揮兩者的應用優(yōu)勢。

3.3 注重細節(jié)檢測設計

由于PLC技術屬于現(xiàn)代化計算機編程系統(tǒng)，在電氣自動化控制系統(tǒng)中應用PLC技術時，為了增強二者的協(xié)作性與融合性，要求電氣自動化控制系統(tǒng)同樣具備一定程度的先進性和靈活性。PLC技術作為信息技術發(fā)展下的新型產物，應用于電氣行業(yè)的時間比較短，不具備充足的實踐經驗，為此，在應用的過程中應著重細節(jié)之處的設計與檢測。在檢測的過程中，先要對PLC系統(tǒng)進行調試，通過調整和控制電氣設備，對PLC系統(tǒng)控制功能的執(zhí)行效率加以判斷。此外，完成對核心部位的調試檢測之后，還需要對細節(jié)之處做進一步檢測，從而確保PLC系統(tǒng)的有效性和可行性，進一步提高企業(yè)的生產效率。

3.4 在配電繼電保護系統(tǒng)應用遠程監(jiān)控

傳統(tǒng)10 kV配電系統(tǒng)采用繼電器系統(tǒng)、分布監(jiān)測計量以及分布控制方式，這種系統(tǒng)對于電氣設備的故障診斷，主要是通過人工平時巡檢和計劃檢修，一旦電氣設備出現(xiàn)突發(fā)性故障或者存在潛在的安全隱患，該系統(tǒng)無法及時對這些故障實施處理，從而降低電力系統(tǒng)供電的可靠性。PLC控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)集中控制和監(jiān)測的計量方式，有利于提高配電系統(tǒng)的運行管理和自動化水平，以此增強電力系統(tǒng)供電的安全性和穩(wěn)定性，為工作人員減輕了不少的工作負擔。因此，采用PLC技術對10 kV配電系統(tǒng)進行全天候遠程自動監(jiān)控，可以及時發(fā)現(xiàn)設備運行中的異常情況，并及時采取處理措施將故障排除，不僅大大縮短了檢修時間，而且還能確保電力系統(tǒng)長期處于安全、穩(wěn)定的運行狀態(tài)中。

（1）利用PLC技術對10 kV配電繼電保護系統(tǒng)傳感器進行采樣，以便提取和傳輸參數;

（2）通過PLC控制系統(tǒng)將采集到的數據向上位機進行傳送，之后通過上位機對這些數據進行處理，同時應用組態(tài)軟件，實現(xiàn)對10 kV配電系統(tǒng)的遠程管理與監(jiān)控，監(jiān)控內容包括10 kV配電繼電保護系統(tǒng)的總受柜、1#變壓器配出柜及2#變壓器配出柜的三相電壓是否存在欠壓情況以及三相電流過流情況是否穩(wěn)定等。此外，在對10 kV配電系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控時，一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)或設備存在異常狀況時，監(jiān)控系統(tǒng)則會及時發(fā)出故障警報，同時在計算機顯示屏中顯示報警畫面。

（3）PLC技術除了實現(xiàn)對10 kV配電系統(tǒng)遠程監(jiān)控之外，還可實現(xiàn)對工業(yè)機器人的遠程監(jiān)控。將PLC通訊接口與網絡進行聯(lián)結，從而構建起網絡通訊的橋梁，實現(xiàn)對工業(yè)機器人的遠程控制。通過網絡視頻監(jiān)控畫面對工業(yè)機器人的生產狀態(tài)進行實時監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，及時對工業(yè)機器人調整生產方案，從而促進生產效率的提升。

4 結束語

綜上所述，隨著我國科技水平不斷地進步，工業(yè)領域正在面臨技術革新階段，自動化電氣設備作為生產中的主要勞動力，其性能高低直接影響著生產企業(yè)的經濟效益。基于PLC技術系統(tǒng)輕便易于操作的特點，在電氣自動化控制系統(tǒng)中應用PLC技術，徹底打破了傳統(tǒng)計數裝置的限制，使得系統(tǒng)整體結構得以深度優(yōu)化，我國電氣行業(yè)控制技術的發(fā)展推向了更高層次的臺階，真正意義上實現(xiàn)高質量，高性價比的現(xiàn)實操作。

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