PLC技術在電氣工程及其自動化控制中的運用研究

摘" 要：電氣工程及其自動化控制需要來自各類現代技術的支持，包括可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller；PLC）技術在內，該技術的應用優勢突出，包括操作便利、普適性高。結合S企業實例，可知PLC技術應用過程中需要做好工作系統搭建，并以邏輯控制、實時感知、總線技術提供管控支持，該企業應用PLC技術效果理想，提升了生產效益。趨勢上看，PLC技術的應用可能更多重視聯動化，實現技術優勢深入利用。

關鍵詞：PLC技術 "電氣工程 "自動化控制 "工作系統 "實時感知

中圖分類號：TP273

Research on the Application of PLC Technology in Electrical Engineering and Its Automation Control

LIU Jia

Ordos Vocational College， Ordos， Inner Mongolia Autonomous Region，017000 China

Abstract： Electrical engineering and its automation control require support from various modern technologies， including Programmable Logic Controller （PLC） technology. The application advantages of this technology are prominent， including easy operation and high universality. Based on the example of S enterprise， it can be seen that in the application process of PLC technology， it is necessary to build a working system and provide control support through logic control， real-time perception， and bus technology. The application of PLC technology in this enterprise has achieved ideal results and improved production efficiency. From a trend perspective， the application of PLC technology may place more emphasis on linkage and achieve deeper utilization of technological advantages.

Key Wwords： PLC technology; Electrical engineering; Automationed control; Work system; Real- time perception

PLC（Programmable Logic Controller；PLC）即可編程邏輯控制器，是一種數字運算操作電子系統，目前主要用于工業環境下的生產控制、綜合管理，具有程序可編輯、可存儲、可復用的特點，可以在系統內部完成信息快速處理，按照默認程序執行各類操作，在無人或半無人模式下控制生產活動^[1]。電氣工程及其自動化控制中，PLC技術應用廣泛，目前來看，該技術的優勢得到一定重視，但應用過程、方式存在一定個性化要求，未能做好相關工作，技術優勢可能無法得到充分發揮，分析其運用優勢、方法，也因此顯得尤為必要。

1 ""PLC技術的運用優勢

1.1" 操作便利

電氣工程及其自動化控制關注利用信息技術、設備等，實現生產和管控作業的自動化，減少各類工作對人工的依賴，PLC技術與其需求高度匹配，具有操作便利、簡單易用的優勢。從共性特點上看，PLC技術依賴集成化的工作設施作為載體，發揮編程作用，在此過程中，電氣工程及其自動化控制技術提供信息分析、指令處理方面的支持，PLC技術提供程序設定方面的支持，來自PLC模塊的指令，可以作為電氣工程及其自動化控制的依據，如“增加燃料”“降低負荷”等。同時，由于PLC技術編程具有高度清晰、簡明的特點，即便工作人員未能充分掌握邏輯控制、電子操作技能，也可以在短時間培訓后熟練進行PLC技術設備操作，技術應用的便利性理想^[2]。

1.2" 普適性高

PLC技術在工業生產、電氣工程及其自動化控制中主要發揮邏輯設定、管控方面的作用，各類生產場景、監督場景內，只要擁有較完善的硬件工作設備和通信網絡，多可引入PLC技術發揮輔助作用，PLC技術的應用門檻較低，普適性較高^[3]。同時，由于PLC技術作業原理比較明確，集成化水平高，將其應用于電氣工程及其自動化控制工作中，也能夠發揮技術設備普適性較高的優勢。例如：各類適用于工業生產類企業的PLC技術設備、作業系統，在其他生產類企業中也具有通適性，稍加調整后即可服務后者的生產管控工作，無須重復進行復雜的PLC工作系統設計、制造，能夠整體改善工作生產效益。

2 ""PLC技術的運用方法——以S企業為例

2.1" 運用背景

S企業主要從事裝備制造，企業成立于2005年，注冊資本1 200萬元，位于北方某工業城市。多年經營過程中，S企業發展態勢良好，也能夠基本借助現代技術服務生產活動，但是對電氣工程及其自動化控制模式綜合應用不強。2022年，企業部分生產設備、生產線老舊，多次出現參數波動、自適應調整能力異常、生產管控無效或不能完全匹配工作需要的情況，為予以控制，企業決定對控制系統進行更新升級，改變傳統的半人工、半機械作業模式，以PLC技術為中心，將其應用于電氣工程及其自動化控制模式內，進一步提升智能化水平。企業內工作人員擬定了較詳盡的作業方案，具體如下。

2.2" 運用過程

2.2.1" 工作系統搭建

為提升PLC技術的應用覆蓋效果，首先采用集中控制模式，對多臺工作設備進行綜合管控，其作業框架如圖1所示。

根據圖1所示模式，S企業車間內生產設備的工作信息，通過終端設施進行采集，并實時提供給PLC作業平臺，平臺根據編程信息，對設備生產作業信息進行分析和調控，實時下達作業指令（如有必要）。與此前作業模式相比，PLC技術編程方面的功能、邏輯控制功能得到保留，但更強調作業智能化，以實時信息為依據，通過默認程序進行對照分析，并主動下達指令，對工作人員的依賴性進一步降低^[4]。該系統搭建還需要關注硬件系統以及通信技術的選擇，由于生產規模較大，S企業技術人員建設了小型計算機群對生產活動進行分析控制，該計算機群的主機、分機數目和性能參數如表1所示。

經測試，該計算機群性能理想，滿足各車間工作控制需要。計算機群與PLC控制平臺實時關聯，并分攤其復雜生產場景內的計算任務、記錄作業數據。通信方面，為避免車間生產活動產生干擾，影響自動化控制、PLC平臺內通信質量，平臺內外的各類通信作業一體采用有線模式，只在人員識別、現場控制和交互界面少量應用短距離射頻識別技術和人機無線交互模式。

2.2.2" 關鍵技術運用

完成工作系統搭建后，需要關注PLC技術的個性化特征，以邏輯控制、實時感知、智能決策等技術手段為中心，確保技術應用實效性。因S企業技術更新后關注PLC技術的自適應作業能力，故應用隨機森林決策模式，以統計學技術為中心，對PLC控制目標的實時信息進行采集、對照，根據對照結果組織智能化處理^[5]。如其數控機床，要求保持工作參數穩定，當機床出現異常振動時，需要降低工作負荷，避免切削精度下降。根據機床特點，最大振動幅值為8 mm/s，將該參數作為核心數據，代入計算機中，并保持計算機與PLC工作系統的關聯，對PLC作業模塊進行管控。

實際工作中，目標機床可能因長時間作業、高負荷運行出現振動幅值偏大的問題，圍繞8mm/s上下波動：

[……；7.5mm/s；7.6mm/s；7.9mm/s；8.0mm/s；8.1mm/s；8.3mm/s；……]

按照圖1所示模式，由傳感器對機床的振動信息進行采集，實時提供給PLC作業模塊。內置功能模塊對相關信息進行數字化轉化，形成可以為計算機直接分析的數字化信號。此時隨機森林內的決策樹投入作業，當50%以上的決策樹認為，傳感器提供的信息中，“機床振動參數小于8.0 mm/s”，可認定其振動幅值可接受，生產質量不受影響；當50%以上的決策樹認為，傳感器提供的信息中，“機床振動參數不小于8.0 mm/s”，可認定其振動幅值不可接受，生產質量受到影響。此時發出警報，并由PLC控制單元下達自適應調整指令，適當暫停目標機床作業或下調作業參數，避免生產質量下降問題^[6]。

2.2.3" 現場作業控制

S企業生產規模較大，但不能為所有工作設備提供獨立的PLC控制系統，在集中管控思路下，需要加強現場作業控制能力，技術人員經過分析，認為PLC作業系統能夠滿足多向獨立作業需要，并引入了CAN總線技術提供服務。

根據圖2所示模式，S企業對每個生產車間的工作設備進行技術改造，將數控機床的中控單元以獨立的通信線路連接到PLC控制模塊，來自PLC控制模塊的所有指令信息，均以獨立線路下達，來自生產設備的實時信息，也均以獨立的作業線路進行傳輸，以避免各類信號、指令相互干擾的情況，保持PLC控制模塊工作邏輯清晰，管控及時^[7]。

2.3" 應用結果分析

2022年6月，S企業各車間均完成技術改造，應用PLC技術服務電氣工程及其自動化控制，作業效果理想。與往年同期相比，2022年6月至2023年6月，企業用于生產控制的成本削減33%，生產參數異常問題得到控制，發生率下降11%，企業產品合格率有所改善，提升1.9%，企業總體利潤因技術改造提升8.1%，表明PLC技術在電氣工程及其自動化控制中的運用發揮了一定的積極作用。

未來，PLC技術在電氣工程及其自動化控制中的運用仍將得到關注，結合S企業實際情況，可以考慮與其他技術進行聯動，如大數據技術、可視化技術等。通過可視化技術可以了解PLC技術應用流程、操作態勢、自適應工作記錄，也可以了解目標設備的生產態勢，根據其暴露的新問題或隱患，進一步尋求完善PLC技術應用的模式和方法^[8]。大數據技術則可以為PLC技術應用提供更多決策、思路方面的支持，以便更充分發揮其特點。

3" 結論

綜上所述，PLC技術在電氣工程及其自動化控制中的運用具有操作便利、普適性高的優勢，其所屬工作系統的集成化水平也比較理想，未來工作中可予以更多關注。結合S企業實際情況，可知PLC技術的應用應關注電氣工程及其自動化控制作業場景：在該企業的生產活動中，要求首先搭建技術應用系統；在此基礎上確定清晰的作業邏輯，以實時控制為原則組織應用；現場端控制可以采用遠程作業法或自適應作業法。從結果上看，S企業借助PLC技術提升了生產效益，可以作為其他企業的參考，酌情借助PLC技術提升工作水平。

參考文獻

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