基于PLC實現(xiàn)的自動化電氣控制應(yīng)用研究

徐謙

摘 要：在實際控制應(yīng)用的過程當中，傳統(tǒng)的電子控制設(shè)備暴露出了一些局限性，利用PLC然后結(jié)合煤礦主扇風(fēng)機的控制需求，對自動化電氣控制系統(tǒng)進行全面的設(shè)計分析。對于主扇風(fēng)機自動控制功能一定要進行基礎(chǔ)的檢查。對于相關(guān)的電氣自動控制系統(tǒng)制定出實際的方案，分析系統(tǒng)當中的硬件和軟件，分析自動化電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用PLC的技術(shù)優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：PLC；自動控制；電氣控制

中圖分類號：TM571.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0156-02

引言

我國一直以來是一個煤礦大國，最初的能源形式主要是煤礦資源，風(fēng)機是煤礦四大件之一。風(fēng)機的安全可靠程度以及電氣控制自動化的程度，在一定程度上影響著煤礦生產(chǎn)的整體自動化和安全。為了推動煤礦產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，必須要加強對煤礦風(fēng)機自動化、電氣化的控制。新技術(shù)在快速的發(fā)展，現(xiàn)在技術(shù)必將取代傳統(tǒng)的技術(shù)，接觸器控制逐漸被PLC所取代，為整個行業(yè)注入了新鮮的血液。

1 機械手的相關(guān)介紹

1.1 傳統(tǒng)機械手

隨著技術(shù)的快速向前發(fā)展，工業(yè)自動化發(fā)生了天翻地覆的變化，在發(fā)展的過程當中，機械手的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)出來。機械手的整體結(jié)構(gòu)較為靈活，在運轉(zhuǎn)的過程當中性能非常穩(wěn)定，工作時定位的精度比較高。機械手逐漸涉及到了許多領(lǐng)域，比如說軍事、重工業(yè)、高科技領(lǐng)域、醫(yī)療保健和輕工業(yè)，在這些領(lǐng)域當中推動了不同領(lǐng)域的快速發(fā)展。機械手的廣泛使用，使自動化和智能化提上了進程，傳統(tǒng)的機械手大多都是繼電器控制，在使用的過程當中控制裝置非常落后。傳統(tǒng)的機械手在運轉(zhuǎn)的過程當中性能不穩(wěn)定，非常容易受到外界的干擾，并且在維修和養(yǎng)護的過程當中，也會出現(xiàn)許多的困難，隨著技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的機械手逐漸被淘汰。

1.2 現(xiàn)代機械手

現(xiàn)代的機械手控制系統(tǒng)應(yīng)用了現(xiàn)代科技的許多特點，電氣自動化行業(yè)最廣泛應(yīng)用的就是可編程控制器。PLC就是可編程邏輯控制器，PLC是一種工業(yè)控制裝置，這種控制裝置涉及到許多計算機技術(shù)。現(xiàn)在是一個大工業(yè)的環(huán)境背景，涉及到許多數(shù)字運算操作，電子設(shè)備大多數(shù)也是由數(shù)字運算來進行操作的，PLC就是在這種背景之下產(chǎn)生并廣泛應(yīng)用的。如果想要對內(nèi)存進行編程，同時還可以對編程進行順序執(zhí)行，就必須使用PLC技術(shù)。PLC技術(shù)當中應(yīng)用了大量的數(shù)字模擬輸入和輸出，通過這種操作方式，可以對機械和工業(yè)生產(chǎn)的流程進行全面的控制。PLC技術(shù)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代機械手當中，兩者之間的優(yōu)勢相互結(jié)合，共同推動了工業(yè)化的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。

1.3 PLC機械手的特點

機械手當中大量的應(yīng)用了PLC技術(shù)，同時還具備了電氣控制設(shè)備，獨特的優(yōu)勢為PLC機械手在行業(yè)中的發(fā)展奠定了夯實的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的繼電器機械手和PLC機械手相比較，PLC機械手的可靠性以及抗干擾能力比較強，PLC機械手應(yīng)用的集成電路是現(xiàn)代化大規(guī)模的，生產(chǎn)工藝流程也非常嚴謹、科學(xué)、有序化。PLC機械手將先進的抗干擾技術(shù)應(yīng)用于內(nèi)置的電路當中，使得機械設(shè)備在運轉(zhuǎn)的過程當中具有較強的穩(wěn)定性。隨著技術(shù)在不斷的發(fā)展和完善，PLC技術(shù)通過多年的發(fā)展積累了許多完善的經(jīng)驗，如今已經(jīng)逐漸發(fā)展成了一個較為完整的現(xiàn)代化體系。PLC技術(shù)適用的范圍越來越廣泛，在不同規(guī)模的工業(yè)控制系統(tǒng)當中都應(yīng)用了PLC技術(shù)，如今已經(jīng)涉及到了數(shù)控領(lǐng)域。

2 PLC的特點

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兼具大型化和小型化

在不同的應(yīng)用領(lǐng)域當中，會選擇不同的可編程控制器，PLC之所以廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，是因為PLC的體積比較小、重量比較輕、功率比較低，在具體的安裝使用過程當中非常簡便。PLC的運算速度和數(shù)據(jù)容量比較高，在應(yīng)用于一些領(lǐng)域當中，可以滿足單位企業(yè)對于規(guī)?；⒆詣踊彤a(chǎn)業(yè)化的高級需求。

2.2 操作方便、使用簡單

PLC的連接裝置非常簡單，編輯過程和圖形按鈕的含義，大部分和繼電器的電路圖一樣。PLC在具體的應(yīng)用過程當中，相關(guān)的工作人員能夠快速地對基礎(chǔ)操作進行掌握，PLC開關(guān)量邏輯控制比較薄弱，工作人員通過掌握大量的PLC基礎(chǔ)知識，可以對自動化電氣控制中的編寫語言和使用方式進行熟練的掌握。PLC技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，具有了更為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，已經(jīng)不僅僅應(yīng)用于電氣控制場合。

2.3 抵抗干擾能力較強

PLC技術(shù)當中具有大規(guī)模的集成電路，在外界因素抗干擾能力方面，最主要的體現(xiàn)是在集成方法和工藝方面。不同的設(shè)計方法融入到了技術(shù)當中，共同提高了PLC的抗干擾能力，這是傳統(tǒng)的機械手所不能夠具有的性能。在惡劣的工作環(huán)境當中，PLC也可以得到正常的運轉(zhuǎn)，結(jié)合工作的相應(yīng)具體情況，對軟件進行全面的編寫以及自動的檢查，起到智能化的自我保護作用。

3 PLC的基本工作過程

計算機應(yīng)用技術(shù)、通信技術(shù)以及自動控制技術(shù)的綜合體現(xiàn)就是PLC，計算機的微處理器就是工作狀態(tài)下的基本硬件。PLC在具體的工作當中，就是以下的幾個流程：對于現(xiàn)場的信息要進行及時的收集和準時的輸入，根據(jù)不同控制系統(tǒng)內(nèi)置軟件程序的要求，對指令進行提前的編寫。這樣可以對現(xiàn)場的信息進行全方位的掃描，可以在輸出中進行信息的收集和輸入。對于指令的特定功能運行，必須要先實現(xiàn)一些功能設(shè)定，系統(tǒng)會自動的對用戶進行篩選，不同的程序指令會進行不同的掃描方式，這樣可以對現(xiàn)場的具體情況進行計算，更加了解現(xiàn)場的運行狀態(tài)。對于控制系統(tǒng)的信號要進行仔細的記錄，在記錄完成之后要進行準時輸出。系統(tǒng)一旦對信號進行收集之后，需要對這些獲取的數(shù)據(jù)進行一個計算和判斷，將所得出的結(jié)論輸出到系統(tǒng)控制主機上。系統(tǒng)就會通過主機去發(fā)射響應(yīng)信號的指令，從而就會對相關(guān)的設(shè)備進行高效的控制。當以上所有的指令完成之后，系統(tǒng)會自動地展開新的控制程序，這些控制程序的細節(jié)都是重復(fù)了，一個周期之內(nèi)會涵蓋所有的執(zhí)行指令。

4 基于PLC的風(fēng)機電氣自動化控制系統(tǒng)功能需求分析endprint

在煤礦安全生產(chǎn)的過程當中，主扇風(fēng)機自動監(jiān)控系統(tǒng)起著非常重要的作用，主扇風(fēng)機自動監(jiān)控系統(tǒng)主要分為兩個部分，一部分是風(fēng)機各種參數(shù)的精準測量，另一部分就是風(fēng)機變電站的監(jiān)控。電氣自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用PLC，可以實現(xiàn)許多功能。實時檢測通風(fēng)系統(tǒng)當中，包含全壓、甲烷濃度、風(fēng)速、動壓、靜壓以及風(fēng)量，這些參數(shù)在通風(fēng)系統(tǒng)當中都會得到精準的測量。對于風(fēng)機的變量參數(shù)也會進行精準的檢測，檢測過程當中每一臺風(fēng)機都要進行檢測，其中會包含功率因數(shù)、電壓、有功功率、電流、無功功率這些參數(shù)。對于測風(fēng)機的前軸溫度以及后軸溫度，都要定期定時進行檢測，前軸振動情況和后軸振動情況，在檢測之后將數(shù)據(jù)進行進入記錄歸檔。如果在檢測的過程當中，發(fā)現(xiàn)測風(fēng)機前軸振動和后軸振動的頻率超出正常范圍時，相關(guān)的機械設(shè)備就會進行自動的報警。風(fēng)機通風(fēng)系統(tǒng)的具體運轉(zhuǎn)情況要進行模擬，在模擬的過程當中會出現(xiàn)各種各樣的問題，對于這些經(jīng)常出現(xiàn)的問題，要在日常的預(yù)防工作當中進行探討。

5 基于PLC的自動化電氣控制應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

5.1 系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)計

可編程控制器能夠和變頻技術(shù)進行良好的結(jié)合，實現(xiàn)主扇風(fēng)機的主體控制。變頻調(diào)速的主扇風(fēng)機和PLC技術(shù)是控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成，當主扇風(fēng)機的速度發(fā)生變化時，電動機的運行臺數(shù)也會發(fā)生變化，在整體上就形成了閉環(huán)控制系統(tǒng)。將傳感器設(shè)置在主扇風(fēng)機的周圍，可以對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行實時的監(jiān)測，對于主扇風(fēng)機的具體運轉(zhuǎn)狀態(tài)和情況進行掌握。監(jiān)測傳感器所記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)的分類和記錄可以向PLC進行傳輸，PLC會對這些數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析，在對數(shù)據(jù)進行分析的過程當中，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在著問題，就會立即制定相應(yīng)的策略對數(shù)據(jù)進行控制。PLC控制著主扇風(fēng)機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，動力控制線路、變頻器、速度傳感器以及PLC都是其中的組成部分。

5.2 PLC程序的設(shè)計實現(xiàn)

PLC的輸入數(shù)據(jù)總量由監(jiān)控系統(tǒng)進行識別，功能板塊一般使用的是STEP7，電流模擬量一般是通過傳感器進行識別，其中會涉及到一些代表溫度和壓力的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過專門的識別系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。風(fēng)機和電動機要經(jīng)常進行維修，只要檢查和維修的位置是檢測盒。系統(tǒng)當中最經(jīng)常出現(xiàn)的故障就是檢測傳感器，檢測傳感器受到的干擾因素非常多，在檢測的過程當中，如果檢測數(shù)據(jù)超過了相應(yīng)的設(shè)定范圍，PLC裝置就會自動報警。相關(guān)的機械設(shè)備就會對故障進行記錄，故障診斷子程序就會自動的運行，相應(yīng)的符號轉(zhuǎn)化成數(shù)字量之后，可以和原有的設(shè)定值進行對比。通過一層層的檢查和系統(tǒng)識別，就可以真正的判斷傳感器是否存在故障，有些時侯不會超出設(shè)定的范圍，但是得到的數(shù)據(jù)會非常接近，這個時候就需要對傳感器進行整體的檢修。在模擬輸出量的過程當中，最頻繁的取值范圍就是5毫安～15毫安，當檢測的數(shù)據(jù)超出設(shè)定范圍之后，就表明PLC和傳感器當中存在著連接問題。如果說數(shù)字低于設(shè)定的范圍，PLC和傳感器當間也存在著問題，只不過問題存在的位置不同，這時極有可能問題是出現(xiàn)在位機上。系統(tǒng)當中的故障診斷程序，可以有效幫助維修人員，維修工作人員在對系統(tǒng)進行維護的過程當中，經(jīng)常會出現(xiàn)一些錯綜復(fù)雜異常的數(shù)據(jù)。

6 基于PLC的風(fēng)機自動化電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

6.1 基于PLC的硬件控制系統(tǒng)設(shè)計

變頻技術(shù)和可編程控制器相互的結(jié)合，可以高效地對主扇風(fēng)機進行控制，通過對主扇風(fēng)機的速度進行調(diào)控，可以對電動機的運轉(zhuǎn)臺數(shù)進行調(diào)整。主扇風(fēng)機處于閉環(huán)控制當中，在主扇風(fēng)機工作的周圍會布置相應(yīng)的傳感器，這些傳感器也會對設(shè)備的工作狀態(tài)進行記錄。傳感器對于設(shè)備的監(jiān)控具有實時性，可以有效地保障設(shè)備安全運轉(zhuǎn)，PLC還會對系統(tǒng)進行整體的設(shè)計。主扇風(fēng)機的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)是由PLC控制的，系統(tǒng)采用的工作方式一般都是循環(huán)式，可以有效地對變頻器進行控制和調(diào)整。

6.2 PLC程序的設(shè)計實現(xiàn)

系統(tǒng)程序和用戶程序是PLC軟件系統(tǒng)的兩大組成部分，通過程序語言將翻譯落實到工作當中，這一點是通過系統(tǒng)程序來實現(xiàn)的。通過PLC相應(yīng)的程序語言編制，可以對用戶程序進行控制，時刻對應(yīng)用程序進行現(xiàn)場的監(jiān)控。PLC輸出量在監(jiān)控系統(tǒng)當中，只是對于數(shù)字量進行識別和監(jiān)控。電動機和通風(fēng)機要定時的進行保養(yǎng)，工作當中運轉(zhuǎn)一段時間之后，就需要對整體開展預(yù)防性的檢查，確保機器設(shè)備在使用的過程當中不會出現(xiàn)故障。傳感器在運轉(zhuǎn)的過程當中，有時會引起數(shù)據(jù)的異常，這時就需要對傳感器的其他連接位置進行檢查，從而可以篩選出故障發(fā)生的位置，PLC可以在程序設(shè)計上得到很好的實現(xiàn)，有效實現(xiàn)自動化電氣控制。

7 結(jié)束語

隨著技術(shù)的快速向前發(fā)展，工業(yè)自動化發(fā)生了天翻地覆的變化，機械手逐漸涉及到了許多領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域當中推動了不同領(lǐng)域的快速發(fā)展。PLC就是可編程邏輯控制器，PLC是一種工業(yè)控制裝置，涉及到許多數(shù)字運算操作，可以對編程進行順序執(zhí)行。傳統(tǒng)的繼電器機械手和PLC機械手相比較，PLC機械手的可靠性以及抗干擾能力比較強，隨著技術(shù)在不斷的發(fā)展和完善，在不同規(guī)模的工業(yè)控制系統(tǒng)當中都應(yīng)用了PLC技術(shù)。

參考文獻：

[1]馮馬才.對PLC自動控制系統(tǒng)的可靠性問題與其設(shè)計方案的探究[J].科協(xié)論壇，2014.

[2]張征富.淺析可編程序控制器（PLC）在電氣控制中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2015.

[3]陳金洪.提高PLC自動控制系統(tǒng)可靠性[J].寧夏工程技術(shù)，2014.

[4]呂麗榮.可編程控制器在電氣控制中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2015.

[5]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2003.

[6]滑海穗，郎宏仁.可編程控制全自動恒壓供水系統(tǒng)[J].黑龍江水利科技，2000（3）：56-57.endprint