PLC技術在工業電氣自動化中的應用研究

孫亮

國電和風風電開發有限公司 遼寧 沈陽 110179

引言

信息時代到來后陸續出現了諸多新技術，許多新技術都突破了舊有技術的限制，滿足了工業現代化發展的需求。PLC作為信息時代下的技術產物，具有高度自動化，其靈活性、便捷性、兼容性等優勢都決定了其在電氣自動化中的巨大發展潛力。雖在工業領域PLC技術有相對成功的應用，但因為每個工業企業都有各自的特點，應根據自身的生產特點，優化PLC技術應用路徑。未來隨著技術的越發進步，相關人員需持續研究PLC技術，拓展其應用范圍。

1 PLC技術優點

1.1 編程簡單，使用方便

PLC技術在編程方面具有便捷性，其為梯形圖編程方式，借助相應的編程語言即可達到控制目標。梯形圖中的線路清晰，相關人員只需要閱讀用戶手冊，或者參與簡單培訓，即可掌握編程方法，熟悉相應的程序語言，整個編程過程較為簡單，使用方便，幾乎不會遇到任何難題。

1.2 可靠性高，抗干擾能力強

PLC為專業化控制設備，其以微處理器為核心，內部設計、制造中應用了大量的軟繼電器等抗干擾部件，還采用了多種屏蔽、濾波隔離等硬件保護設施。正是因為PLC的這一特點，在工業電氣自動化中應用該技術后，即使系統內的部分設備出現故障，系統也能及時采集故障信息并反饋，提醒有關人員快速進入現場處理實際問題，保障了快速響應性[1]。因此，PLC具有其他技術無法比擬的可靠性，具有較強的抗干擾能力，即使在外部因素影響下，其依舊能正常工作。

1.3 功能完善，應用范圍廣

PLC內配備有各種硬件設備及設施，這一構成決定了其兼具邏輯運算、數據處理、人機交互、自動記錄、故障預警等功能，功能多樣，在工業電氣自動化系統中PLC技術能發揮其功能優勢，并能結合工業生產過程、電氣運行特點，實現實時、精準控制。總之，PLC技術具有更為完善的功能，工業企業可根據自身需求，將PLC應用到更多環節。

1.4 設計、施工的工作量少

工業電氣自動化系統中應用PLC技術時往往需同步使用技術軟件，在這些軟件支持下不再需要配備中間繼電器、時間繼電器，減少了接線數量，器件安裝任務減少，后續投入使用后檢測工作大大減少，操作簡單[2]。另外，系統投入使用之前，有關人員可自動調取其中的模擬調試程序完成調試，通過這一過程可發現系統、設備運行期間的問題，及時安排專人來處理，在現場無須人工調試。

1.5 體積小、故障率低、維護便捷

PLC為專業化設備，其可靠性高，因為其中采用了很多微處理器件，整個設備的體積異常小，投入使用后的故障率低，即使在長時間使用后需維護，工作量也相對較少且操作簡單，維護成本偏低。

2 工業電氣自動化中PLC的應用要點

2.1 開關量控制

工業發展中開關量控制為生產控制的重點內容，如汽車企業內的很多方面均采用了PLC技術。結合汽車工業的特點，必須控制各生產線工位，其PLC技術的應用范圍廣，一般需布設300個左右的I/O開關量控制點。開關量控制的關鍵是要配備繼電器設備，一旦后續的生產作業中繼電器發生異常情況，電氣設備無法正常運行。針對這一問題，需利用PLC技術實現開關量控制，維持正常的生產作業。繼電器開關控制器方面，有關人員需結合實際情況利用PLC編程控制技術優化流程、控制要素，以增強PLC系統的整體可靠性，凸顯繼電器在整個控制系統中的作用。此外，通過PLC控制技術，控制模塊能自動發現繼電器開關反應現象，在出現異常的情況下立即調取控制程序，保障繼電器開關控制的響應時間。

2.2 火電廠

2.2.1 鍋爐補給水處理控制系統。火電廠的生產作業相對復雜，其生產系統內包含多個子系統，鍋爐補給水處理僅僅為其中一個系統，整個生產作業期間該子系統負責保障水汽循環。生產期間一旦水汽經過管道，發生蒸發或者泄漏的概率較高，水汽浪費較為嚴重，針對此問題，利用PLC技術能有效處理。比如，某火電廠在尚未引入PLC技術之前，陰、陽離子交換器的控制閥門多，一般為11～13個，運行時間較長，保持24h全天候運行，還原時間為100～130min；每一臺混合離子交換器的控制閥門數量為17個，運行時間長，為陰、陰陽離子交換器的3倍之多，達到了72h，還原時間也略長，為140min[3]。結合交換器的運行時間、還原時間，傳統鍋爐補給水系統的操作流程多，運行過程中經常發生各種問題，且單位時間內的補水量大，這一模式下，鍋爐中的除鹽子系統持續切換動作，現場相關人員的工作量龐大，可能因錯誤操作而誘發重大事故。而利用PLC技術后，補給水與除鹽系統能在PLC控制下，整個控制過程具有自動化、智能化特點，幾乎不再需要人工操作，能節約人力成本。

2.2.2 鍋爐吹灰控制系統。火電廠生產期間，吹灰系統負責鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器等受熱裝置表面、內部的清理，可避免這些裝置內外部有結渣或者積灰現象。在進入清理程序時，降壓蒸汽法應用較多，但這一方式下高溫可能燒損吹灰器，為有效預防此現象，需將水作為介質完成降溫處理。在進入吹灰流程后，先啟動吹灰用汽源，將吹灰器推進爐膛或者煙道，當吹灰工序基本結束后，吹灰器自動退出爐膛。原先的控制流程下主要由繼電器完成控制任務，一旦鍋爐體積龐大，單位時間內將產生較多灰渣，吹灰裝置的吹灰效果難以達到預期。比如，在鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器、空氣預熱器等兩側爐壁上往往安裝有吹灰器，吹灰所用蒸汽為過熱蒸汽或者再熱蒸汽，總閥門主要在蒸汽總管道上，進氣閥門、疏水閥門安裝在蒸汽管道上，上述安裝方式對吹灰系統的運行存在諸多負面影響。而利用PLC技術能優化系統控制模式，利用PLC的順序控制功能，吹灰系統可處于穩定、高效的運行狀態下。

2.3 立體倉庫

科技發展到今天，電氣設備的功能越發全面、性能越發優越，在各個領域都廣泛、成功應用了專業化電氣設備。目前我國電商發展迅速，位居世界潛力，在電商交易中物流為重點方面，如能合理利用PLC技術，有助于建立立體倉庫，提升物流服務水平。一般來說，立體倉庫有水平移動結構與垂直升降結構兩種類型，引入PLC技術后能改變貨物運輸過程，為貨物的存儲、運輸提供便捷，凸顯倉庫在倉儲、周轉方面的作用。立體倉庫通過閉環控制模式，能收集在倉庫運行期間的一切數據并編譯，再將編譯后的數據上傳到PLC系統，由其實現自動控制，此控制方式下的流程簡單，需要人工操作的部分較少。

2.4 供熱站自動控制系統

供熱站自動控制系統中引入PLC技術，可增強系統的自動化功能，因為配備有人機交互設備，可在工作中自動收集PLC數據，監視模塊與其他接口設備共同負責監控任務，動態把握一級網、二級網的工作狀態。當在PLC技術支持下實現了一級與二級網的連接后，收集了供水溫度、壓力與流量后，需利用微處理器、程序存儲器等，合理控制電磁閥、變頻器、泵的運行參數。供熱站與其他設備控制循環水總量、吸收、排出介質的熱量，保障供熱站能正常工作。PLC可采取以下幾種控制方式：①調節電動控制閥，參考二級網供熱溫度曲線，精準調節熱交換器一級網的流量，再由PID控制器控制一級網回流管道；將一級網供應到熱交換器，調節向二級網供應的水體溫度。②循環泵的控制，此控制過程由PID控制器實現，從控制方式下能合理優化循環泵性能，達到二級網供水、回水之間的設定壓力差，間接把控二級網循環流量。

2.5 機械手自動化控制

現階段隨著PLC技術的越發成熟，在機械手自動化控制中也有PLC技術的應用。具體來說，通過引入PLC技術，能形成信號濾波這一特殊表達方式，促進平流電向交流電轉化，在整個系統運行期間自動采集每次數據發生波動的行為，再通過控制信號電壓值，將終端電壓等參數控制在正常范圍內。系統采集到相關數據后，相應模塊能自動分析機械手在不同狀態下的能耗大小。如假設輸出數據值遠低于原始狀態，保留該數據，如輸出數據略高于原始數據，系統自動保留兩組數據中數據值小的一組。總之，通過調整數據能實現不同滿載狀態下的數據調節，在終端自動監控信息頻率。PLC部分依據采集和分析的數據結果，自動判定機械手狀態，必要情況下采取一定的控制與調節措施。

2.6 數控系統

電氣自動化系統中PLC技術具有不可或缺性，通過該技術與其他技術的高度融合，可完善電氣設備功能，提升設備性能，增強電氣設備的存儲能力，保障設備有較強的反應能力，即使在運行過程中遇到了異常情況，也能自動處理。數控系統中引入PLC技術，可凸顯PLC技術的多方面優勢，提高數控系統性能。當前的許多工業生產任務均采用了數控系統，為提高生產效率與質量，相關人員需全面分析數控系統，保障數控技術的靈活性、便捷性。結合實際經驗，數控系統中應用PLC技術能增強系統可靠性，使系統具備更為全面的功能、優越的性能。當下我國邁入了工業現代化階段，調整產業結構勢在必行，為此，為擴大工業生產規模，相關部門也需統籌各項工作，促進產業結構的升級。數控機床下的PLC技術可為信息傳輸提供便捷，通過在生產中高效傳輸和共享數據，可及時解決生產中的各類問題。

2.7 電氣閉環控制

目前工業生產中應用了各類電氣設備，這些設備各有其功能和用途，為合理控制電氣設備，閉環控制十分關鍵。在所建立的閉環控制系統中同步采用指紋識別、聲音識別、遙感控制等幾種方式，能大大提高設備的運行效率，但在此方式下未考慮設備無法依賴自動程序調節其運行狀態的情況，設備運行期間的故障率較高。現階段的電氣閉環控制中大部分都采用了PLC技術，此控制系統下能實時、精準控制液壓、轉速、電流。設備長時間運行時，油管壓力隨時間延長而逐步增大，一旦油管中的壓力達到了1MPa，可能造成油管內部腐蝕現象。而PLC技術支持下的閉環控制模式，能自動感知油管中的壓力變化，監測到異常情況時控制模塊能自動調節。如液壓超出正常標準的情況下，控制系統能主動調節為手動調控，不僅能減小油管中的壓力，還能降低設備運行中的能耗。原先的轉速調控模式下反應速度緩慢，電機散熱不佳，如長期維持低轉速情況，必將導致電機溫度異常，增大其運行風險。而PLC閉環控制模式能自動調節轉速，使設備處于最佳狀態。

2.8 中央空調

近年來隨著工業企業生產規模的持續擴大，在各個工業企業的生產作業中越發依賴中央空調，此空調能促進空間內的空氣循環。以電子設備加工企業為例，其生產過程中必須密切關注溫度參數，此時，中央空調必不可少，其在監控和調節溫度方面具有顯著優勢。現階段國內的中央空調制冷形式主要有電氣管控、直接數字、編程管控設備PLC體系幾種。編程管控設備PLC體系中的PLC技術，改進了原先的控制方式，具有更高的自動化水平，在系統運行中的可靠性高、兼容性好，受外部其他因素的干擾小，能合理調節中央空調的有關參數。

3 結束語

新型工業化道路中，大部分工業企業都在嘗試電氣自動化，許多企業的工業電氣自動化取得了突出成就，其中所應用的PLC技術凸顯了其技術優勢。未來隨著工業現代化步伐的加快，各企業需持續研究PLC技術在工業電氣自動化中的應用。