基于PLC技術(shù)的電氣設(shè)備連接線自動(dòng)控制研究

摘要：針對(duì)電氣設(shè)備連接線自動(dòng)控制的標(biāo)度轉(zhuǎn)換問(wèn)題，提出了基于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術(shù)的解決方案。通過(guò)電流信號(hào)預(yù)處理與多目標(biāo)標(biāo)度轉(zhuǎn)換策略，有效提升了自動(dòng)控制的效率與精度。所設(shè)計(jì)的PLC自動(dòng)控制模型，結(jié)合交互核驗(yàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高效、靈活的自動(dòng)標(biāo)度轉(zhuǎn)換。測(cè)試顯示，該方法在多個(gè)測(cè)試區(qū)域均達(dá)到85%以上的平均精度，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方法，具有顯著的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù) 電氣設(shè)備 設(shè)備連接線 自動(dòng)控制 電氣結(jié)構(gòu) 遠(yuǎn)程控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TM762;TP273

Research on Automatic Control of Electrical Equipment Connection Lines Based on PLC Technology

ZHONG Zhiheng

Guangzhou Shipyard Technical School， Guangzhou City， Guangdong Province， 510000 China

Abstract： In this article， a solution based on Programmable Logic Controller（PLC） technology is proposed in view of the scale conversion problem of automatic control of electrical equipment connection lines. Through the current signal preprocessing1c0eNtjehUNLZ+lVs7LL7orbtKN/UBuz5+whlLMP7jM= and multi-objective scaling conversion strategy， the efficiency and accuracy of automatic control are effectively improved. The designed PLC automatic control model， combined with Interactive Verification technology， has realized efficient and flexible automatic scale conversion. The test shows that the method achieves an average accuracy of more than 85% in multiple test areas， which is significantly better than the traditional method and has significant practical application value.

Key Words： PLC technology; Electrical equipment; Equipment connection lines; Automatic control; Electrical structure; Remote control

現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術(shù)已成為電氣設(shè)備連接線自動(dòng)化控制的重要工具[1]。PLC技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜工業(yè)過(guò)程的精確控制，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本[2]。PLC程序的編寫(xiě)和調(diào)試涉及具體設(shè)備的參數(shù)配置和信號(hào)處理，需要對(duì)PLC編程語(yǔ)言及相關(guān)軟件具有較深的理解和掌握。

本研究將深入探討如何利用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備連接線的自動(dòng)控制。主要包括對(duì)PLC技術(shù)在電氣設(shè)備連接線自動(dòng)控制中的環(huán)節(jié)、控制內(nèi)容、控制目標(biāo)、控制形式等，在提高生產(chǎn)效率和降低成本方面的同時(shí)，形成更加靈活、多變的自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)[3]。此外，在PLC技術(shù)的輔助與支持下，所設(shè)計(jì)的連接線自動(dòng)控制通常更加靈敏，有助于解決現(xiàn)有存在的設(shè)備連接控制問(wèn)題，提高生產(chǎn)效率，具有一定的優(yōu)越性和有效性[4]。

1設(shè)計(jì)電氣設(shè)備連接線PLC自動(dòng)控制方法

1.1電流信號(hào)流入和數(shù)據(jù)采樣處理

電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量電流，經(jīng)軟件轉(zhuǎn)換生成匹配電流信號(hào)，信號(hào)波動(dòng)反映其運(yùn)行狀態(tài)和規(guī)律[5]。但是過(guò)程中，會(huì)受到很多干擾，影響采樣值的精度[6]。特別是在惡劣環(huán)境下，采集的信號(hào)很容易被干擾信號(hào)所覆蓋，導(dǎo)致電流信號(hào)的波動(dòng)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常需要對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波整合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)獲取數(shù)據(jù)的預(yù)處理。首先，可以先在設(shè)備中設(shè)定監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間互相搭接，形成循環(huán)性的控制結(jié)構(gòu)[7]。設(shè)置多個(gè)周期，每個(gè)周期對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行多次平滑捕捉，消除干擾之后，對(duì)存在異常的位置做出標(biāo)定處理，并獲取電氣設(shè)備的應(yīng)用數(shù)據(jù)。在電流信號(hào)的采樣過(guò)程中，為了消除突變和噪聲對(duì)采樣值的影響，采用限速濾波法。該方法的核心思想是通過(guò)比較連續(xù)采樣點(diǎn)之間的差值與預(yù)設(shè)的閾值△X，來(lái)判定是否需要對(duì)采樣值進(jìn)行修正。過(guò)程如下：第一，初步判斷與采樣；第二，異常檢測(cè)與再次采樣；第三，再次判斷與確定采樣值；第四，異常處理與采樣值修正。

按照上述步驟對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)分類(lèi)之后，利用輔助平臺(tái)對(duì)當(dāng)前的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行多維清洗處理，最終以二次篩選等來(lái)完成基礎(chǔ)處理，為后續(xù)的自動(dòng)控制奠定基礎(chǔ)。

1.2標(biāo)度多目標(biāo)轉(zhuǎn)換

標(biāo)度多目標(biāo)轉(zhuǎn)換是為電氣設(shè)備運(yùn)行搭建的環(huán)境，通過(guò)PLC技術(shù)和多傳感器實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)濾波和轉(zhuǎn)換。濾波后的采樣值需轉(zhuǎn)換為工程值，即標(biāo)度多目標(biāo)轉(zhuǎn)換。采用線性變換設(shè)計(jì)多目標(biāo)變換表達(dá)式，具體如下。

式（1）中：表示標(biāo)度多目標(biāo)變換測(cè)量值；、和分別表示各個(gè)變換階段的標(biāo)準(zhǔn)值；表示轉(zhuǎn)換比例。就當(dāng)前的目標(biāo)轉(zhuǎn)換，還需要結(jié)合計(jì)算得出的標(biāo)度多目標(biāo)變換測(cè)量值，設(shè)置最低標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出了標(biāo)度轉(zhuǎn)換下限值。具體公式如下。

式（2）中：表示標(biāo)度轉(zhuǎn)換下限值；表示自動(dòng)控制范圍；表示控制頻次；表示轉(zhuǎn)換控制均值；表示標(biāo)度距離；表示表多目標(biāo)轉(zhuǎn)換差值；表示控制連接區(qū)域。結(jié)合當(dāng)前測(cè)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備連接線的標(biāo)度多目標(biāo)轉(zhuǎn)換，營(yíng)造基礎(chǔ)的自動(dòng)控制條件。

標(biāo)度多目標(biāo)轉(zhuǎn)換確保數(shù)據(jù)一致性和可用性，統(tǒng)一不同傳感器數(shù)據(jù)至同一量綱，便于比較和分析。同時(shí)，提升控制系統(tǒng)魯棒性和適應(yīng)性，即使數(shù)據(jù)異常，其他傳感器數(shù)據(jù)仍可通過(guò)轉(zhuǎn)換得到有效利用。

1.3設(shè)計(jì)PLC電氣設(shè)備連接線自動(dòng)控制模型

結(jié)合PLC技術(shù)，設(shè)計(jì)電氣設(shè)備連接線自動(dòng)控制模型。作為一種自動(dòng)化電氣控制模型，主要由PLC控制器、傳感器、執(zhí)行器、通信接口和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等組成。首先，利用部署的傳感器監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)，獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。傳感器將采集的數(shù)據(jù)傳輸給PLC控制器。其次，設(shè)計(jì)電氣設(shè)備連接顯的自動(dòng)控制邏輯流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備連接顯的自動(dòng)控制邏輯程序的設(shè)計(jì)與執(zhí)行。最后，遵循連接線自動(dòng)控制需求，設(shè)計(jì)模型表達(dá)式，具體如下。

式（3）中：表示連接線自動(dòng)控制均值；表示控制區(qū)域；表示可控差值；表示輸出控制值；表示輸入控制值；表示衰減系數(shù)。結(jié)果當(dāng)前測(cè)試，將計(jì)算得出的連接線自動(dòng)控制均值設(shè)定為控制約束標(biāo)準(zhǔn)，隨后，獲取各個(gè)周期之內(nèi)電氣設(shè)備的自動(dòng)控制信號(hào)，分析設(shè)備的運(yùn)行情況，并結(jié)合平臺(tái)和模型的自動(dòng)控制均值進(jìn)行調(diào)整，促使連接線的控制達(dá)到平衡狀態(tài)，強(qiáng)化模型控制能力的同時(shí)，增加連接線的控制緊密度。

1.4交互核驗(yàn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制

所謂交互核驗(yàn)，實(shí)際上是針對(duì)模型輸出的結(jié)果進(jìn)行多個(gè)核驗(yàn)比對(duì)的一種輔助自動(dòng)控制方法。首先，結(jié)合部署的節(jié)點(diǎn)，先進(jìn)行核驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的設(shè)定，隨后設(shè)計(jì)交互自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交互核驗(yàn)自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐分析。其次，結(jié)合PLC技術(shù)和交互核驗(yàn)技術(shù)，分周期對(duì)連接線的控制進(jìn)行測(cè)定。制定多個(gè)自動(dòng)控制指令，分別設(shè)置不同的控制環(huán)境，導(dǎo)入目標(biāo)，通過(guò)模型交互控制測(cè)定，最終計(jì)算出控制響應(yīng)時(shí)間，具體公式如下。

式（4）中：表示控制響應(yīng)時(shí)間；表示交互控制頻次；表示單元控制距離；表示控制區(qū)域；表示允許出現(xiàn)的最大控制誤差。將交互核驗(yàn)自動(dòng)控制時(shí)間限制在此范圍之內(nèi)，并利用模型對(duì)連接線自動(dòng)控制做出調(diào)整，確保最終控制結(jié)果的真實(shí)與可靠。

2方法測(cè)試

2.1測(cè)試準(zhǔn)備

設(shè)計(jì)PLC電氣設(shè)備連接線自動(dòng)控制模型時(shí)，選用WPLSoft編程軟件和硬件設(shè)備如PLC控制器、傳感器等。以H廠區(qū)6個(gè)區(qū)域電氣設(shè)備為測(cè)試對(duì)象，構(gòu)建基于PLC技術(shù)的測(cè)試環(huán)境。設(shè)置交互式控制結(jié)構(gòu)，明確電氣設(shè)備運(yùn)行情況和連接線覆蓋范圍。基礎(chǔ)測(cè)試指標(biāo)包括12個(gè)連接點(diǎn)和0.15～0.18 s的自動(dòng)控制單元耗時(shí)，暫態(tài)均值為16.25。為防止短路和過(guò)載，接入抗干擾裝置，穩(wěn)定測(cè)試程序，提高控制效果。

2.2測(cè)試過(guò)程及結(jié)果分析

在實(shí)驗(yàn)測(cè)試階段，首先進(jìn)行回路檢查，確保系統(tǒng)的回路正確無(wú)誤，沒(méi)有短路和強(qiáng)弱電混合等問(wèn)題。隨后，進(jìn)行外部回路測(cè)試，通過(guò)實(shí)際操作按鈕、急停按鈕等，驗(yàn)證輸入輸出點(diǎn)的正確性。這一過(guò)程確保了硬件設(shè)備與PLC之間的連接正常，為后續(xù)測(cè)試奠定了基礎(chǔ)。

在上述搭建的測(cè)試環(huán)境之中，結(jié)合PLC技術(shù)，進(jìn)行具體測(cè)試驗(yàn)證。首先，利用部署的節(jié)點(diǎn)采集電氣設(shè)備自身的數(shù)據(jù)、信息，判定其實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)；其次，結(jié)合上述設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制邏輯，接收電氣設(shè)備運(yùn)行XvPujf02lVfKCzmpnwbeww==時(shí)輸出、輸入的電子信號(hào)，如下圖1所示。

設(shè)置3組自動(dòng)控制目標(biāo)，每組分別存儲(chǔ)了26條、28條和32條執(zhí)行任務(wù)。通過(guò)輸出、輸入端口下達(dá)測(cè)試指令，并測(cè)算出最終的自動(dòng)控制平均精度，具體如下。

式（5）中：表示自動(dòng)控制平均精度；表示連接范圍，表示重復(fù)控制區(qū)域；表示自動(dòng)控制耗時(shí)。根據(jù)公式計(jì)算每組控制目標(biāo)的自動(dòng)控制平均精度，綜合考慮連接范圍、重復(fù)控制區(qū)域和自動(dòng)控制耗時(shí)等因素，能夠客觀地反映自動(dòng)控制方法的性能。測(cè)試分為3個(gè)階段，第一，設(shè)定包含26條執(zhí)行任務(wù)的控制目標(biāo)任務(wù)涵蓋電氣設(shè)備的基本操作。第二，增加了控制目標(biāo)的任務(wù)數(shù)量，設(shè)定為28條執(zhí)行任務(wù)。這些任務(wù)相對(duì)于第一階段更為復(fù)雜，涉及到多個(gè)電氣設(shè)備的協(xié)同控制和參數(shù)調(diào)整。第三，進(jìn)一步提高了任務(wù)負(fù)載，設(shè)定了包含32條執(zhí)行任務(wù)的控制目標(biāo)。

結(jié)合得出的測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)，進(jìn)行比對(duì)分析，如圖2所示。

結(jié)合圖2得出以下結(jié)論：針對(duì)選定的6個(gè)測(cè)試區(qū)域，分3個(gè)階段對(duì)選定的電氣設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，最終得出的自動(dòng)控制平均精度在第三階段均可以達(dá)到85%以上，說(shuō)明此次在PKC技術(shù)的輔助下，所設(shè)計(jì)的電氣設(shè)備連接線自動(dòng)控制方法更為靈活、高效，針對(duì)性強(qiáng)，具有實(shí)際的應(yīng)用意義。

3結(jié)語(yǔ)

總而言之，以上便是對(duì)基于PLC技術(shù)的電氣設(shè)備連接線自動(dòng)控制方法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證研究。在PLC技術(shù)的融合應(yīng)用下，電氣設(shè)備連接線自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)得到了進(jìn)一步優(yōu)化完善，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜工業(yè)過(guò)程的精確控制，更好地提高生產(chǎn)效率，降低成本。另外，通過(guò)PLC技術(shù)的引入，針對(duì)過(guò)于復(fù)雜的控制指令也可以分化處理，設(shè)計(jì)多目標(biāo)協(xié)同處理及轉(zhuǎn)換控制，盡量擴(kuò)大控制范圍，解決不足之處，為工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

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