電氣工程控制系統(tǒng)中PLC技術(shù)的應(yīng)用分析

摘 要：在電氣工程自動(dòng)化控制的發(fā)展過程中，PLC技術(shù)具有重要的應(yīng)用價(jià)值，是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)。本文首先對PLC技術(shù)進(jìn)行簡單介紹，進(jìn)而探討其應(yīng)用要點(diǎn)，包括PLC技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用原理和應(yīng)用條件等。在此基礎(chǔ)上，研究應(yīng)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣工程自動(dòng)化控制的具體方法。

關(guān)鍵詞：電氣工程；控制系統(tǒng)；PLC技術(shù)

中圖分類號：TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）12-0031-02

前 言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使電氣工程數(shù)量與規(guī)模不斷增加，傳統(tǒng)的電氣工程控制系統(tǒng)對人的依賴性較強(qiáng)，整體工作效率偏低，難以滿足現(xiàn)代化電氣工程的建設(shè)需要。在此情況下，PLC技術(shù)在電氣工程控制領(lǐng)域的應(yīng)用受到的廣泛關(guān)注，利用其可編程存儲器和良好的接口性能，可以有效提高電氣工程的自動(dòng)化控制水平。因此，有必要對PLC技術(shù)在電氣工程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 PLC技術(shù)概述

PLC技術(shù)即可編程邏輯控制器，利用可編程存儲器和存儲在期中的運(yùn)算程序，可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、定時(shí)、技術(shù)、順序控制等功能。PLC技術(shù)可以通過數(shù)字或模擬控制方式，對電氣工程中的各種機(jī)械設(shè)備、系統(tǒng)進(jìn)行控制，從而滿足電氣工程自動(dòng)化控制的需要。PLC技術(shù)的數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大，而且具有較好的接口性能和抗干擾能力，在電氣工程領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。PLC技術(shù)最早被應(yīng)用于美國汽車制造領(lǐng)域，早在20世紀(jì)80年代時(shí)，PLC技術(shù)在控制功能上已經(jīng)較為完善，能夠執(zhí)行多種復(fù)雜運(yùn)算。PLC技術(shù)的研究和發(fā)展對現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展有重要影響，是提升工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)效率的主要因素[1]。

2 PLC技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 PLC技術(shù)應(yīng)用原理

PLC技術(shù)的主要應(yīng)用方向是電氣系統(tǒng)自動(dòng)化控制。從PLC控制系統(tǒng)組成情況來看，主要包括電源、存儲介質(zhì)、中央處理器、輸入輸出接口等。在實(shí)際工作中，PLC技術(shù)能夠根據(jù)用戶需要，進(jìn)行工作參數(shù)設(shè)置，并利用一些必須的外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)測和控制。PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用原理具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①電源的作用，電源是整個(gè)PLC系統(tǒng)中的基礎(chǔ)元件，與其他系統(tǒng)中的電源設(shè)備營養(yǎng)，負(fù)責(zé)為系統(tǒng)功能，維持設(shè)備運(yùn)行；②存儲介質(zhì)，負(fù)責(zé)對信息數(shù)據(jù)和程序進(jìn)行存儲，在用戶使用過程中，需要根據(jù)實(shí)際使用情況，添加或刪減數(shù)據(jù)資料，從而提高系統(tǒng)的工作效率；③中央處理器，負(fù)責(zé)對用戶的輸入數(shù)據(jù)和指令進(jìn)行分析處理，執(zhí)行系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算、順序控制等功能，是系統(tǒng)的核心部分，直接影響著PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率；④輸入和輸出接口，作為與外界連接的部分，對整個(gè)系統(tǒng)功能的發(fā)揮有重要影響，需要實(shí)現(xiàn)對外部設(shè)備數(shù)據(jù)的接受和指令的傳遞，也對系統(tǒng)運(yùn)行效率有直接影響[2]。PLC系統(tǒng)組成原理如圖1所示。

2.2 PLC技術(shù)應(yīng)用條件

在PLC技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要注意以下幾方面問題：①優(yōu)化工作環(huán)境，PLC技術(shù)對其應(yīng)用環(huán)境有較高要求，良好的工作條件可以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，相反，在惡劣工況下，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)控制失效。一般情況下，PLC系統(tǒng)要工作在溫度0～55℃，濕度小于85%的工作條件下。在安裝時(shí)，應(yīng)避開周圍的高散熱元件，同時(shí)確保環(huán)境具有良好的通風(fēng)條件。如果環(huán)境的電源干擾較強(qiáng)，需要安裝隔離變壓器設(shè)備，同時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離易腐蝕和易燃?xì)怏w；②強(qiáng)化系統(tǒng)抗干擾能力，在PLC系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，為確保系統(tǒng)運(yùn)行安全，需要具備較強(qiáng)的抗干擾能力，比如使用帶屏蔽層的隔離變壓器對電源進(jìn)行處理，或在電源輸入端口處串聯(lián)一個(gè)LC濾波電路等。在設(shè)置接地點(diǎn)時(shí)，各個(gè)接地點(diǎn)電位應(yīng)均勻分布，避免不同接地點(diǎn)出現(xiàn)電位差，此外還要避免出現(xiàn)多點(diǎn)接地。此外，還可以采用輸出點(diǎn)抗器等設(shè)備，抑制變頻器的干擾[3]。

3 應(yīng)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣工程自動(dòng)化控制

3.1 PLC技術(shù)的應(yīng)用案例

以PLC技術(shù)在小區(qū)變配電工程電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用為例，通過引進(jìn)PLC控制技術(shù)，可以提高變配電工程安裝施工的安全性，同時(shí)有利于節(jié)省材料和能源消耗，提高電力變壓器等設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。PLC技術(shù)是小區(qū)變配電工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心組成部分，以PC機(jī)為硬件平臺，通過采用標(biāo)準(zhǔn)化編程語言和各種功能控制模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣設(shè)備的仿真運(yùn)行和在線監(jiān)控功能，極大的提升變配電工程安裝施工效率。同時(shí)，在變壓器和電抗器干燥等具有消防危險(xiǎn)性的作業(yè)中，通過在現(xiàn)場合理配置消防滅火資源，采用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)消防自動(dòng)報(bào)警和移動(dòng)照明設(shè)備控制，可以確保施工安全性。此外，采用PLC技術(shù)，還能夠避免傳統(tǒng)電氣連接線路出現(xiàn)短路、開路和接地故障等問題。

3.2 開關(guān)量控制

開關(guān)量是對非連續(xù)性信號進(jìn)行采集和輸出，具有遙信采集與遙控輸出功能。開關(guān)量控制具有0和1兩個(gè)狀態(tài)，代表數(shù)字電路開關(guān)性質(zhì)，在電氣工程中，具體代表電路打開或閉合，反映觸點(diǎn)的接通狀態(tài)。在電氣工程中，應(yīng)用PLC技術(shù)對開關(guān)量進(jìn)行控制，具體包括兩個(gè)方面：

（1）應(yīng)用PLC技術(shù)與斷路器進(jìn)行控制，在以往的電氣工程控制系統(tǒng)中，一般以電磁繼電器為系統(tǒng)中的主要控制元件。而電磁繼電器類控制元件中由于包含許多電磁元件，特別是對電量敏感的元器件，可能影響控制系統(tǒng)的可靠性，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)誤動(dòng)的情況。另一方面，一些元器件的線路連接較為復(fù)雜，出現(xiàn)問題后，維護(hù)工作也較為復(fù)雜。采用PLC技術(shù)代替電磁類敏感元器件的使用，可以有效降低控制系統(tǒng)隱患，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

（2）應(yīng)用PLC技術(shù)對電力自動(dòng)切換過程進(jìn)行控制，在電氣工程控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行能力是檢驗(yàn)系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行，通常會(huì)設(shè)置備用電源系統(tǒng)，但在電源系統(tǒng)的切換過程中，由于采用人工控制方法，切換時(shí)間較長，容易帶來不必要的系統(tǒng)損失和經(jīng)濟(jì)損失。采用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力自動(dòng)切換，可以有效解決這一問題。開關(guān)量控制的信號判斷如圖2所示。

3.3 模擬量控制

在電氣工程的生產(chǎn)運(yùn)行過程中，許多模擬量會(huì)受周圍環(huán)境影響，產(chǎn)生一些細(xì)致變化，包括溫度、壓力和流量等。在以往的控制系統(tǒng)中，雖然也可以解決這一問題，避免對系統(tǒng)整體運(yùn)行情況產(chǎn)生影響。但是在傳統(tǒng)控制技術(shù)的限制下，無法對這些影響因素進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確監(jiān)控。在PLC技術(shù)的應(yīng)用下，可以采用A/D和D/A轉(zhuǎn)換方法，對系統(tǒng)模擬量進(jìn)行精準(zhǔn)控制。利用PLC技術(shù)可以對內(nèi)部編程器對應(yīng)的模擬量進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。在現(xiàn)代電氣工程控制系統(tǒng)中，PLC技術(shù)是使用所廣泛的調(diào)節(jié)方式之一。PLC技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在電氣工程參數(shù)輸出、測試等方面，可以對系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行全面監(jiān)測。

3.4 對象控制

在電氣工程控制系統(tǒng)中，PLC技術(shù)的應(yīng)用通過為所有控制對象搭建PLC控制平臺，在PLC控制平臺上對其進(jìn)行可編程控制。利用科編程控制器的信號以及信號相互傳遞特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部感應(yīng)，構(gòu)建分散式控制系統(tǒng)。在PLC控制平臺的應(yīng)用下，可以對包含多個(gè)機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)線進(jìn)行控制，解決傳統(tǒng)控制系統(tǒng)難以應(yīng)對的復(fù)雜控制問題。系統(tǒng)中的控制對象之間利用數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，不同控制對象對應(yīng)不同控制單元。即使某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)失控，也不會(huì)影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行，PLC控制平臺會(huì)自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，并連入備用設(shè)備，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。隨著PLC技術(shù)的快速發(fā)展，其控制水平和能力不斷提升，可以逐步實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)基層對象的控制，進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性及自動(dòng)化水平。

3.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是PLC技術(shù)的基本功能，PLC技術(shù)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，還擁有其他數(shù)據(jù)處理方式不具備的優(yōu)勢。在利用PLC技術(shù)對電氣工程控制系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，可發(fā)揮PLC技術(shù)的自身特點(diǎn)，利用其數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)換和數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高效處理。經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)被統(tǒng)一存儲在PLC技術(shù)的存儲器中，在以后需要時(shí)，可以隨時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用和查看，為系統(tǒng)后期的運(yùn)維管理工作提供參考。在PLC技術(shù)的應(yīng)用下，能夠有效提升系統(tǒng)故障排查能力，自動(dòng)打印各種報(bào)表，幫助管理人員及時(shí)、全面的掌握電氣工程系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)潛在問題。

3.6 遠(yuǎn)程控制

遠(yuǎn)程控制是PLC技術(shù)的重要功能之一，PLC技術(shù)為電氣工程自動(dòng)化控制提供了多種通信接口，而且具備聯(lián)網(wǎng)通信能力，可以利用PLC控制器件和信息傳輸網(wǎng)絡(luò)組成系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備之間的信息交流和信息共享，同時(shí)能為遠(yuǎn)程控制提供支持。隨著技術(shù)的發(fā)展，在PLC控制系統(tǒng)中加入智能化控制裝置，可以形成功能更加強(qiáng)大的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，有利于減少硬件投入，進(jìn)一步提高系統(tǒng)通信效率和控制效率。PLC遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的運(yùn)行模式如圖3所示。

4 結(jié)束語

綜上所述，PLC技術(shù)在電氣工程控制系統(tǒng)中有中重要應(yīng)用，通過對其控制原理和控制條件進(jìn)行分析，可以提高PLC技術(shù)應(yīng)用的合理性。在此基礎(chǔ)上，通過對其具體控制功能的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究，可以為電氣工程中的實(shí)際應(yīng)用提供參考，促進(jìn)PLC技術(shù)的應(yīng)用推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]劉 渝.淺論P(yáng)LC技術(shù)在電氣工程及其自動(dòng)化控制中的應(yīng)用分析[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究：1～4.

[2]張寶萍.電氣工程自動(dòng)化控制中PLC技術(shù)的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2018（04）：98+155.

[3]劉 勇，尚劍鋒.電氣工程專業(yè)教學(xué)中Matlab軟件的應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代企業(yè)教育，2014（10）：408.

[4]談文鑒.PLC關(guān)鍵技術(shù)在電氣工程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013（08）：7.

收稿日期：2018-3-21

作者簡介：楊 潔（1985-），女，助理工程師，本科，主要從事水電安裝工程工作。