基于PLC 技術的電氣控制應用研究

王 熊

（寧波家聯科技股份有限公司， 浙江 寧波 315200）

0 引言

PLC 技術屬于當前電氣工程領域應用較廣的一項技術，具有諸多優勢，而且實用性強，近年來在電氣工程及其自動化領域突顯出越來越重要的作用。 企業將PLC 技術引入生產中能大幅提高生產效率， 而且也能減少人力資源。 為了更好地利用此項技術，應加強對PLC 技術在電氣工程自動化領域的研究，不斷提高電氣控制自動化水平。

1 PLC 技術的概念與工作原理

PLC 技術是指通過可編程存儲器對邏輯控制器的有效編程，從而實現對整個系統的控制。 電源、顯示板、內存、CPU 主板等是構成PLC 系統的主要元件。它的工作原理包括三步：①輸入采樣：這屬于PLC 系統的起始階段，通過掃描將數據信息傳入系統內，并存儲在內存中，也就是保存在I/O 映像區的單元內。 在PLC 系統后續工作中I/O 映像區域內的狀態信息、數據保持不變，因此，在輸入脈沖信號時需要保證其寬度不小于一個掃描周期， 才能有效讀出輸入信息；②程序執行：通常參照由下而上的順序掃描程序，PLC 系統也可以自動開展控制線路的邏輯運算，并根據運算結果刷新I/O 映像區域內的保存狀態數據。 簡單來講，在執行用戶程序的過程中，I/O 映像區域內的輸入點狀態保持不變， 但其它輸出點的狀態數據將有所變化。 因此，在執行程序的時候，使用立即I/O 指令后，可直接存取I/O 點信息；③輸出刷新：這屬于PLC 系統運行的最后一環。 待完成用戶程序掃描后，系統會自動進入輸出刷新階段。 根據I/O 映像區域內的相關信息，CPU 主板會自主刷新輸出鎖存電路，同時，利用輸出電路驅動相關外接設備[1]。

2 PLC 技術具有的優點

2.1 反應迅速

相較于傳統的繼電器技術，PLC 技術的結構更為簡單，去掉了部分導線，且能獨立完成全部運算。 另外，避免了傳統技術節點變位的問題，也無需考慮返還系數問題，因此，處理耗時少，反應迅速，能極大提升生產效率[2]。

2.2 操作簡單

PLC 技術中涉及到的指令更加簡單、直觀，工作人員只需掌握操作界面的有關指令以及操作方法即可， 就能有效開展工業生產工作，可見，操作簡單。 同時，操作的便利性也降低了對工作人員的操作門檻， 無需通過專業化學習，只需進行簡單的培訓就能勝任工作。

2.3 安全可靠

工業生產車間大多環境復雜， 除了強調生產效率以外，也更關注生產安全問題，切實保障生產人員的生命安全。 不同于傳統繼電器，PLC 技術發生故障的幾率非常小，其抗干擾能力正不斷增強，系統的安全性得到了有效提升。 因此，PLC 技術的安全性較好，為電氣生產設備的有效運行提供了安全保障。

2.4 擁有完善的技術功能

PLC 技術的適應性非常好，伴隨科技的發展，PLC 技術也得到不斷的完善。PLC 技術與網絡通信技術、數據處理技術得到有效融合， 也大幅提高了PLC 系統的控制性能，使其具備更強大的技術功能。

3 PLC 技術在自動化電氣控制領域中的應用模式

3.1 閉環控制中的應用模式

在自動化電氣控制系統內啟動電機的方式有很多，常見的包括手動方式、自動方式。 若使用自動啟動方式，可應用PLC 技術達到閉環控制的目的。比如，在溫控系統中利用熱電偶測試加熱爐的溫度， 由溫度變送器將熱電偶的相關輸出電信號處理為標準量程電流， 之后傳送至模擬量輸入模塊， 通過A/D 轉換處理后就能得到與溫度成比例的數值[3]。CPU 主板將計算出的結果與預先設定的溫度數值進行比對，并根據PID 控制算法開展誤差分析，獲得運算結果后再傳輸至輸出模塊， 然后通過D/A 轉換處理后得到電流信號，見圖1。 這樣就能達到自動控制電動調節閥開度的目的，實現閉環控制。這種控制方式的優勢在于能夠將閉環內的相關干擾因素控制好， 從而確保被控量能無限接近給定值。 另外， 可直接使用PID 控制器，將其作為閉環控制器，因為它的結構簡單，不涉及到數學模型，使用簡便，而且靈活性好，從而將閉環控制過程加以簡化。

圖1 閉環控制圖Fig.1 Closed loop control diagram

3.2 在順序控制中的應用模式

電氣工程自動化運行過程中對生產流程會嚴加管控， 以保障生產的穩定與安全。 利用PLC 技術可優化生產流程，實現自動化控制。 將PLC 技術作為自動定序器，實現對序列的自動排序，用戶處理步驟減少，從而提高了工作效率，也減少了過程中的浪費成本，見圖2。 順序控制就是一種自動程序，由主程序與通用模塊組成[4]。 在實際應用中借助遠程控制程序就能對設備進行自動控制。PLC 技術在這方面又可以劃分為現場傳感、遙控、順序控制主副站等技術。比如，在火電廠中每天都會形成很多生產殘渣，過去主要依靠人工處理，工作效率低下，并且伴有不少安全風險。 引入PLC 技術后通過傳感器系統就能發現系統內部存在的很多殘留物， 并利用相關設施對其進行集中自動清洗。 這樣將發電系統中的雜質及時有效清除掉，也確保了發電系統的正常運行，極大提升了火電生產的安全性與穩定性。

圖2 PLC 順序控制圖Fig.2 PLC sequence control diagram

3.3 在開關量控制中的應用模式

數字開關量對于電氣工程及其自動化控制來說是非常重要的。傳統的電氣工程自動化控制設備自身線路非常復雜，在維修期間往往需耗費大量的時間，而且維護難度大，在一定程度上影響到設備的正常工作效率[5]。 利用PLC技術實現對開關量的控制， 并采用數字編程的方法可以提高開關量控制的可靠性及穩定性。 通過PLC 技術控制開關量能夠檢測到設備系統的實際運行狀態， 然后自動調節電流大小，確保設備能有效運行，并使開關保持低檔狀態。若發現設備系統保持高速工作狀態，甚至大于額定功率，開關量控制系統就會跳轉到輔助電源選項，自動調節系統額定電壓，從而保障機電系統的安全性。另外，PLC技術在開關量控制中的應用， 也可以對系統進行實時監測，并及時預警故障問題，自動加以處理，還能記錄好相關故障信息，加以保存，為日后的故障分析與系統維護提供有效的依據。

3.4 在數據控制方面的應用模式

數據控制屬于電氣工程及其自動化控制領域中主要環節之一。 就數據控制而言，包括統計控制、數學控制兩種。利用PLC 技術可有效提升數據控制水平。該技術可全面分析電氣工程自動化系統中的相關數據，并針對實際情況形成相應的數據控制指令， 達到自動化管控的目的[6]。通過PLC 技術進行簡單的編程就能過濾數據。 掃描設備內的梯形圖后，系統就能得到需要的數據信息，并采用編程的方式對數據加以處理。 這一過程極大簡化了繁瑣應用流程，也充分發揮出PLC 技術的優勢，能夠滿足大規模數據處理的需要。

4 PLC 技術在電氣自動化控制設備中的應用

4.1 在電力電氣自動化控制設備中應用

電力工程是一個龐大的工程， 涉及到的系統復雜且多，常見的包括水處理系統、輸煤系統等。上述系統都需利用輔助系統加以管理。 伴隨國家對生態環境保護力度的加大，電力企業也積極探索綠色節能降耗技術，以獲得更好的綜合經濟效益。基于此，對輔助控制系統的功能要求就更高。 因此，在電力輔助控制系統中應用PLC 技術，采用順序控制、 自動切換控制等方法對全部工作環節與流程加以優化與協調，能有效提高生產控制效率[7]。比如，電力工程中的輸煤系統對電力企業的生產效率有著關鍵性影響，它的核心部分就是主站層，將接口技術與PLC 技術相融合，通過控制開關量就能對整個系統進行管理，既減輕了操作人員的工作壓力，也提升了工作效率。

4.2 在交通電氣自動化控制設備中的應用

伴隨家庭車輛的不斷增多，交通擁堵問題更加突出。為此，需要對現有交通監控系統加以改進，引入新技術，提高監控效率與精準性。在交通電氣自動化控制設備中運用PLC 技術就能更精準控制交通信號，從而確保交通系統的有效運行，增強其可靠性。可以將PLC 技術、人工智能技術相結合，提高交通監控系統的智能化與自動化，實現對全部違規車輛的精準監控，從而切實保障交通安全。

4.3 在空調電氣自動化控制設備中的應用

就空調系統來說，其最核心的部分就是制冷系統，在制冷系統中也可引入PLC 技術。 制冷系統傳統的控制模式包括兩種，一種屬于數字控制系統，擁有較高的智能化程度，但不足之處在于對抗外部干擾性能較差，從而制約了其應用；另一種屬于繼電器控制系統，它的缺點較多，不僅系統結構較為繁瑣，而且也經常發生故障，現已快被淘汰。那么，把PLC 技術引入空調電氣自動化控制設備中可以實時監控空調系統的工作情況， 便于及時發現系統存在的問題，并迅速解決，從而使空調系統能高效運行?？照{系統應用PLC 技術后能提升系統的智能化程度，節約維護保養費用，因而已得到了大量的應用。

4.4 在數控電氣自動化控制設備中的應用

數控技術在工業生產領域占有重要的地位， 主要用于機械加工。傳統的機床控制系統配備的是繼電器系統，其局限性在于工作效率不高，經常發生故障，需要維修。而PLC 技術能避免上述問題，極大提升了自動化程度。近年來PLC 技術的點位控制模式已經在孔加工機床中得到大量推廣，大幅提升了位置移動的精準性。在數控系統中應用PLC 技術可以完成兩種控制： 一種屬于全功能數控裝置，盡管自動化水平較好，但需要高昂的費用；另一種屬于單板機控制， 這一控制模式是當前工業生產行業中應用最多的一種，其主要優點就是抗干擾性能好。傳統單片機經常遭到外部干擾， 而單板機控制能輕松解決這一問題。此外，單板機控制需要結合具體的生產需求對機床功能加以調整，升級相關功能才能更好滿足生產需要。

5 PLC 技術在電氣控制領域中的完善措施

針對PLC 技術在應用中存在控制出錯、 執行動作出錯等問題，可重點從三方面加以完善：第一，提高輸入信號的可靠性。 輸入信號完不完整，可不可靠，都會對電氣控制系統操作造成影響。為此，必須確保輸入信號的可靠性。 使用符合相關標準，質量合格的電氣設備系統配件，并對主界面功能進行優化，增強信號接收能力；第二，建立完善的電氣設備預警系統， 增強系統對突發狀況的應對能力，做到及時預警，盡量減少損失；第三，對PLC 系統常見故障做好精準分類，便于日常檢修與維護管理，及時排除故障。

6 結束語

綜上所述，伴隨我國信息技術的快速發展，PLC 技術在很多行業都發揮出自身的優勢， 其應用范圍也大幅拓寬，不再局限于電氣工程領域。 為此，我們要深入研究此項技術，將其與電氣工程自動化控制實現充分結合，進一步提高電氣工程自動化控制水平。