PLC技術(shù)在電氣工程及其自動化控制中的應(yīng)用

楊振波 彭榮 王珺

（廣州科技職業(yè)技術(shù)大學(xué) 廣東省廣州市 510550）

在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展中，計算機應(yīng)用水平獲得明顯提高，其中PLC 技術(shù)的應(yīng)用，可以更好地控制各種機械設(shè)備，對電氣工程的發(fā)展具有深遠意義。在現(xiàn)代信息社會，PLC 技術(shù)應(yīng)運而生，更是社會發(fā)展的產(chǎn)物，利用PLC 技術(shù)可以實現(xiàn)無人操作與遠程控制，優(yōu)化自動化控制系統(tǒng)。同時，PLC 系統(tǒng)具有較高的可靠性與穩(wěn)定性，可以明顯提高設(shè)備的使用性能，當(dāng)下的主要研究課題之一是深入研究PLC 技術(shù)，加強在電氣工程中的應(yīng)用，從而更好地滿足企業(yè)生產(chǎn)與社會發(fā)展需求。

1 PLC技術(shù)的含義與特點

1.1 PLC技術(shù)的含義

可編輯控制器是PLC 技術(shù)的別稱，主要利用計算功能與技術(shù)定時功能有效控制各種機械設(shè)備，將PLC技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合，可以更好地控制應(yīng)用程序，有效解決出現(xiàn)的控制問題。PLC 技術(shù)的應(yīng)用主要分為三個階段，分別是輸出刷新階段、程序執(zhí)行階段、輸入采樣階段，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與微型處理器相結(jié)合，充分發(fā)揮智能控制技術(shù)與計算機技術(shù)的作用，從而更好地進行智能控制。

PLC 系統(tǒng)主要有兩點功能：

（1）可以快速完成邏輯運算與控制順序等技術(shù)方面的操作，

（2）可以進行inlet 和outlet 等操作，主要對象是模擬量與數(shù)字量，可以高效控制電機與各種器械。

電氣自動化的接線復(fù)雜，可靠性較低，其主要利用控制器系統(tǒng)，需要消耗大量的能源才能使用，而且控制系統(tǒng)對操作人員的技術(shù)水平具有較高要求，需要具有良好的應(yīng)變能力，可以根據(jù)不同情況適當(dāng)調(diào)整操作方案[1]。

1.2 PLC技術(shù)的特點

1.2.1 PLC 具有可靠性與抗干擾性

在使用PLC 系統(tǒng)時，當(dāng)處于較為惡劣的環(huán)境，或者電磁干擾過大時，容易出現(xiàn)偏差管理的情況，對系統(tǒng)預(yù)算或控制時具有重要影響，若是影響較大，還會出現(xiàn)環(huán)節(jié)錯誤，嚴重破壞生產(chǎn)秩序。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)分析控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況，合理設(shè)計PLC 系統(tǒng)安裝與使用環(huán)節(jié)，盡量簡化操作程序，升級控制系統(tǒng)的功能，使其具有良好的抗干擾能力與整體運行能力，即使在惡劣的環(huán)境下依然可以高效運行，確保電磁信號較為密集。

1.2.2 PLC 具有數(shù)字化特點

在電氣工程應(yīng)用領(lǐng)域中，自動化控制技術(shù)具有良好的發(fā)展前景，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)充分融合PLC 技術(shù)與DCS 技術(shù)，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，促進自動化技術(shù)的向上發(fā)展，近年來技術(shù)人員提出了FCS 控制理念，使自動化控制向數(shù)字化、自動化、智能化方向發(fā)展，具有較高的綜合能力，F(xiàn)CS 控制系統(tǒng)將會為自動化控制提供技術(shù)與保障，提高整體性能與效率，增強該技術(shù)的可靠性與有效性，推進電氣工程的優(yōu)化與創(chuàng)新，促進工業(yè)企業(yè)的發(fā)展[2]。

2 PLC技術(shù)在電氣工程及其自動化控制中的應(yīng)用

2.1 控制技術(shù)的應(yīng)用

在PLC系統(tǒng)中含有眾多重要構(gòu)件，例如，中央處理器、存儲介質(zhì)、輸入輸出接口、電源等，在應(yīng)用PLC 系統(tǒng)過程中，可以根據(jù)操作要求與具體需求，選擇適合的外部設(shè)備用于輔助控制，控制技術(shù)主要包括以下幾點：

（1）電源在控制系統(tǒng)中具有重要作用，其主要功能是接通或關(guān)閉控制系統(tǒng)。

（2）在使用PLC 系統(tǒng)時，只要通過輸入輸出接口進行傳遞與接收指令。

（3）在PLC 控制系統(tǒng)中儲存介質(zhì)的功能主要是存儲重要的信息，以及相關(guān)的程序內(nèi)容。

（4）中央處理器在控制系統(tǒng)中，可以對輸送的指令與數(shù)據(jù)進行處理，具有高水平的分析能力與處理能力。

（5）在運行PLC 系統(tǒng)時，需要先根據(jù)規(guī)定要求打開電源，將指令傳達給中央處理器，使其自動處理與診斷信息，在獲得診斷結(jié)果后，根據(jù)規(guī)定要求，進一步處理網(wǎng)絡(luò)信息，之后需要全面掃描用戶程序，在傳輸數(shù)據(jù)過程中，可以利用輸入輸出接口，完成信息的傳遞，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，則需要再次進行診斷步驟，確保順利完成信息傳遞。

2.2 閉環(huán)控制的應(yīng)用

PLC 技術(shù)在實際應(yīng)用中具有重要作用，其順序控制功能被應(yīng)用在各行各業(yè)，可以最大化發(fā)揮其本身的功能。例如，PLC 技術(shù)在火力發(fā)電廠中具有不可替代的作用，可以在短時間內(nèi)快速清理飛灰和爐渣，一般情況下，當(dāng)控制系統(tǒng)受到影響時，將會降低生產(chǎn)效率。在使用PLC 技術(shù)時，涉及遠程控制、現(xiàn)場傳感、主站層等順序控制，在設(shè)計PLC 系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)充分考慮設(shè)計的合理性，科學(xué)設(shè)計控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮順序控制功能的作用，實現(xiàn)PLC 技術(shù)的應(yīng)用價值。

在電子工程中，PLC 技術(shù)在模擬量的基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)閉環(huán)控制，被控制量具有連續(xù)性特征，其中包括溫度、流量、壓力、轉(zhuǎn)速等，采用針對性分化的方式，滿足不同電氣系統(tǒng)的需求，而且將變頻器與電動調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行機構(gòu)。監(jiān)控系統(tǒng)的主要作用是獲取控制量信息，確保處理中心收到信號傳輸，掌握信號的運行狀態(tài)，在傳輸?shù)倪^程中，將其轉(zhuǎn)換成兩種信號，一種是直流電流信號，而另一種是直流電壓信號。在PLC 系統(tǒng)中，主要利用pid 程序完成數(shù)字量與模擬量信息的轉(zhuǎn)化，之后將轉(zhuǎn)化后的數(shù)字量傳送到控制中心，完成數(shù)字量判斷，發(fā)揮出系統(tǒng)編程的作用，而且下達的操作指令主要根據(jù)電氣系統(tǒng)運行與判斷結(jié)果進行確定，進而形成閉環(huán)控制[3]。

2.3 開關(guān)控制的應(yīng)用

利用PLC 技術(shù)可以簡化資源配置，主要原因是該技術(shù)可以快速收集相關(guān)信息，防止浪費不必要的資源，對提高資源利用率與工程效率具有重要作用。從某種角度上而言，可編程控制器與PLC技術(shù)具有相同的功能，技術(shù)人員需要在虛擬繼電器中充分融入PLC技術(shù)，然而在進行繼電器通斷控制時，PLC 控制系統(tǒng)需要消耗過長時間，難以有效控制繼電器，容易出現(xiàn)短路的情況，在經(jīng)過不斷研究后，技術(shù)人員可以采用組合應(yīng)用的方式，合理使用自動切換系統(tǒng)與PLC 技術(shù)，提高系統(tǒng)運行效率，解決反應(yīng)慢的問題，而且在開關(guān)控制中，PLC 技術(shù)可以得到更好的應(yīng)用，有利于提高控制水平。

在電氣工程系統(tǒng)中，傳統(tǒng)方式的自動控制主要采用繼電器，需要長時間的運行時間，在短路保護中難以正常工作，而應(yīng)用PLC技術(shù)，主要利用編程系統(tǒng)與編輯控制器監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，改進與完善控制流程，實現(xiàn)短路保護，提高運行效率，為繼電器的正常運行提供保障。在開關(guān)控制中，主要利用云平臺與網(wǎng)絡(luò)，控制眾多開關(guān)點，將其與控制體系對接，確保分化控制不同的控制系統(tǒng)與機電設(shè)備，即使遇到復(fù)雜的指令與程序也不會受到影響。同時，邏輯控制也是PLC 控制的重要組成部分，其調(diào)整主要根據(jù)時序和組合控制，在控制開關(guān)點時，工作人員可以在人際交互界面下達相關(guān)指令，使系統(tǒng)處于長期運行狀態(tài)，從而提高工作效率與控制效率。

2.4 集中控制的應(yīng)用

PLC 技術(shù)利用自動監(jiān)視功能可以進行集中控制，使各個設(shè)備之間具有某種聯(lián)系性，有利于提高運行效率，更好地管控個體設(shè)備，從而獲得最佳的整體效果。在某些電氣工程中，需要消耗大量的人力與物力，而且具有復(fù)雜的施工工序，利用集中控制方式，可以降低系統(tǒng)的工作量與人員工作負擔(dān)，提高工作效率，例如，對于煤礦企業(yè)而言，在生產(chǎn)施工過程中涉及眾多運行系統(tǒng)，其中包括膠帶機、轉(zhuǎn)載機、傳送帶、儲煤設(shè)備、集撿設(shè)備等，若是利用傳統(tǒng)的控制方式或人力控制，難以全面分析設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)，不但會降低設(shè)備的運轉(zhuǎn)速度，而且還會浪費時間，因此，需要使用PLC 技術(shù)，利用集中控制的方式，優(yōu)化自動化控制系統(tǒng)，進一步管理與監(jiān)測各個設(shè)備，確保合理安排各個工序之間的順序，使其緊密相連，最大化提高工作效率，為系統(tǒng)的正常運行提供有力保障，一旦發(fā)現(xiàn)故障問題，還可以及時停機開展維護工作，防止造成更大的損失。此外，在電氣工程中，遠程控制具有良好的發(fā)展前景，將是未來發(fā)展的主要方向，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)具有良好的邏輯思維，利用PLC 技術(shù)遠程調(diào)控電氣系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)具有高效性與便攜性，減少人力與物力的消耗，進而節(jié)約人工成本，并且靈活運用手動控制裝置、隔離開關(guān)、斷路器等設(shè)備，高效處理相關(guān)信息，解決存在的問題，提高工作效率，從而創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

2.5 在機械制造領(lǐng)域的應(yīng)用

首先，可以進行自動化設(shè)備裝配。例如，在使用機械手等自動化設(shè)備時，可以定位物體的位置，按照設(shè)定的程序抓取物件，當(dāng)送到指定位置后再回到原位，機械手之間具有良好的配合，而且具有較高的精密度，可以高效組裝產(chǎn)品。其次，可以自動檢測質(zhì)量。由于人工檢測的精度與效率較低，難以滿足高精度的作業(yè)，因此需要使用自動化檢測技術(shù)，對組件運行情況與磨損狀態(tài)進行全面識別，之后使用人工智能技術(shù)，對其中存在的缺陷問題與電流信號進行準(zhǔn)確識別，從而提高制造質(zhì)量與水平。在使用PLC 技術(shù)時，基準(zhǔn)線應(yīng)當(dāng)根據(jù)世界水準(zhǔn)進行確定，加大該技術(shù)的研發(fā)力度，使機械制造水平上升到更高地層次。最后，可以自動化處理物資。在使用PLC技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以形成完整的物資供輸系統(tǒng)，其主要由自動軟件、自動運輸設(shè)備、自動裝置構(gòu)成，將制造好的成品與原材料運輸?shù)街贫ㄎ恢?，可以降低人員的工作量，對提高工作效率具有重要作用[4]。

2.6 程序編譯模式的應(yīng)用

在機電控制系統(tǒng)中，主要分為四個步驟，分別是運動控制、數(shù)據(jù)處理、分散控制、集中控制，可以對設(shè)備的運行情況進行全面控制，獲得更加系統(tǒng)化與專業(yè)化的電氣工程，而且利用分散控制，信息傳遞模式可以形成雙邊傳遞，有專門的PLC 系統(tǒng)控制機械設(shè)備，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，從而提高工作效率，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。在電氣工程中，程序編譯功能具有重要作用，可以體現(xiàn)出PLC 技術(shù)的應(yīng)用價值，經(jīng)過不斷循環(huán)與順序掃描，自動化控制應(yīng)用程序。在使用程序編譯的過程中，工作人員需要事先編輯程序，下達相關(guān)的指令，完成循環(huán)性作業(yè)，之后利用掃描功能，轉(zhuǎn)換輸入與輸出信號。

從目前的發(fā)展情況來看，PLC 技術(shù)的編程語言涉及五個方面，分別是結(jié)構(gòu)文本化語言、功能模塊、順序功能流程圖、梯形圖、指令表，其中較為常見的語言是梯形圖語言。在編寫程序的過程中，需要計算開關(guān)量、模擬量、脈沖量等，對于不同的電氣工程，需要采用不同的計算防范，優(yōu)化編程系統(tǒng)，增強自動控制效果。此外，在操作變頻設(shè)備的過程中，主要采用控制面板進行調(diào)節(jié)，在電動機設(shè)備保持在一定轉(zhuǎn)速時改變場合，同時嚴格控制變頻器設(shè)備端子，組合邏輯數(shù)據(jù)，利用邏輯輸入端口，有效控制變頻器設(shè)備。

3 結(jié)論

綜上所述，在電氣工程中，PLC 技術(shù)獲得更加廣泛的應(yīng)用，對電氣工程系統(tǒng)可以起到改進與優(yōu)化的作用，使設(shè)備運行效率獲得明顯提高，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)科學(xué)運用集中控制、開關(guān)控制、閉環(huán)控制等控制技術(shù)，提高設(shè)備運行效率與自主性，促進電氣工程向智能化與數(shù)字化的方向發(fā)展，從而實現(xiàn)優(yōu)化資源配置的發(fā)展目標(biāo)。