電氣自動化技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用

何勤

摘 要：電氣自動化技術(shù)在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用廣泛。因此，熟悉和掌握普通電氣控制電路的工作原理和常見故障的處理方法十分重要。本文具體分析了傳統(tǒng)電氣自動化控制技術(shù)，闡述了可編程PLC控制系統(tǒng)的特點及應(yīng)用，以期提供借鑒。

關(guān)鍵詞：電氣控制;繼電器;PLC

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）07-0035-02

Absrtact： Electrical automation technology is widely used in production practice. It is very important to be familiar with and master the working principle of general electrical control circuits and the handling methods of common faults. This paper analysed the traditional electric automation control technology， and expounded the characteristics and application of programmable PLC control system. The author hope this study can provide reference for relevant scholars.

Keywords： electrical control;electrical relay;PLC

電氣自動化技術(shù)主要涵蓋了電氣技術(shù)、電氣設(shè)備技術(shù)以及電力自動化技術(shù)等。近年來，電氣自動化技術(shù)在我國各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，是一種具備設(shè)計、安裝、調(diào)試、維護(hù)及改造等功能的自動化控制技術(shù)。

1 電氣自動化技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中的特點

1.1 電氣自動化技術(shù)在發(fā)電中的特點

1.1.1 保證效率。電力關(guān)系著我國社會的現(xiàn)代化生產(chǎn)。由于技術(shù)條件限制，發(fā)電廠生產(chǎn)效率低，每年發(fā)電廠生產(chǎn)的電能損耗占到15%～30%。應(yīng)用電氣自動化技術(shù)可有效提升電力生產(chǎn)效率，滿足社會各界對電能的需求。

1.1.2 人機(jī)操控。電氣自動化實行一體化操作，發(fā)電廠能進(jìn)行人機(jī)操控。各種自動化模式應(yīng)用中，電子、信息及計算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)在電力企業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重大作用，提升了電能產(chǎn)量，創(chuàng)造了生產(chǎn)效益。

1.2 電氣自動化的變頻調(diào)速在工業(yè)應(yīng)用中的特點

變頻器通常被應(yīng)用于交流電動機(jī)（異步電動機(jī)或同步電動機(jī)）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中，是交流電動機(jī)最有效的調(diào)速設(shè)備。變頻器不僅調(diào)速性能和節(jié)能效果較好，而且在企業(yè)技術(shù)改造與產(chǎn)品創(chuàng)新上發(fā)揮著重要作用。

礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中，變頻調(diào)速技術(shù)對減速段進(jìn)行超速保護(hù)。提升機(jī)運(yùn)氣的過程中，減速段的正常與否直接關(guān)系提升機(jī)最終能否安全停車。為減少提升事故的發(fā)生，必須重視對減速段的超速保護(hù)[1]。提升容器運(yùn)行過程中，PLC對其運(yùn)行速度連續(xù)采樣，對比內(nèi)部給定速度，若超過10%以上，PLC控制系統(tǒng)將自動報警，并立即進(jìn)入安全制動狀態(tài)，以確保提升機(jī)在減速段的運(yùn)行速度符合要求。

1.3 電氣自動化技術(shù)在工業(yè)中的節(jié)能特點

1.3.1 降低電能傳輸損耗。電路線路存在一定電阻，電流通過線路的過程中將出現(xiàn)有功功率損耗。因此，應(yīng)從消耗機(jī)理出發(fā)，針對性地作出設(shè)計與處理。由于線路中電流不能被改變，需最大限度降低線路電阻，從而真正發(fā)揮節(jié)能效果。

1.3.2 無功補(bǔ)償。電氣自動化系統(tǒng)中，無功功率在供配電設(shè)備中占據(jù)較大容量，增加了線路損害，降低了電網(wǎng)電壓，影響了電能質(zhì)量，限制了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為達(dá)到無功就地平衡目標(biāo)，需有效降低損耗，采取相應(yīng)的無功補(bǔ)償設(shè)備，以提升社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1.3.3 發(fā)揮有源濾波器作用。為防止和電網(wǎng)聯(lián)結(jié)電氣設(shè)備出現(xiàn)誤動作，應(yīng)避免出現(xiàn)諧波，充分應(yīng)用有源濾波器。分析誤動作的產(chǎn)生原因可知，電氣設(shè)備增多形成大量諧波，諧波電流在電網(wǎng)阻抗中形成電壓和基波電壓重疊，最終導(dǎo)致電壓發(fā)生畸變，使電氣設(shè)備出現(xiàn)誤動作。

2 PLC在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 PLC的應(yīng)用

2.1.1 順序控制。這是PLC最早和最廣泛的應(yīng)用。

2.1.2 開關(guān)量控制。這是通過PLC的基本邏輯運(yùn)算進(jìn)行定時和計數(shù)等操作，從而實現(xiàn)邏輯控制。它可取代傳統(tǒng)的繼電器控制，廣泛應(yīng)用于多機(jī)控制、單機(jī)控制及生產(chǎn)自動線控制，如機(jī)床、注塑機(jī)、印刷機(jī)械、裝配線、電鍍線及電梯等的控制。

2.1.3 運(yùn)動控制。PLC在圓周運(yùn)動、直線運(yùn)動等控制中應(yīng)用較多，根據(jù)控制機(jī)構(gòu)配置。早期通常使用切換I/O模塊連接位置傳感器和制動器，現(xiàn)階段一般選擇專用運(yùn)動控制模塊作為控制機(jī)構(gòu)的配置?，F(xiàn)在，國內(nèi)外PLC制造商生產(chǎn)的產(chǎn)品均具備運(yùn)動控制功能，在各種機(jī)器、機(jī)床、機(jī)器人及電梯等場合發(fā)揮重要作用。

2.1.4 過程控制。過程控制是指模擬量的閉環(huán)控制，如壓力、溫度及流量等。PLC可編出多種控制算法程序，實現(xiàn)閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)廣泛應(yīng)用于閉環(huán)控制系統(tǒng)中，通常運(yùn)行專門的PID子程序進(jìn)行相關(guān)處理，而PLC具備PID模塊?？梢姡跓崽幚?、化工、冶金及鍋爐控制等工業(yè)中，過程控制發(fā)揮著重要作用。

2.1.5 數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代PLC具備數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，如矩陣運(yùn)算、邏輯運(yùn)算及函數(shù)運(yùn)算等。數(shù)據(jù)傳輸、查表、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及排序與位操作等，能對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析及處理。與存儲器內(nèi)的參考值對比，能順利執(zhí)行某些控制操作[2]，還能借助通信功能向其他智能設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。

2.1.6 通信及聯(lián)網(wǎng)。PLC通信包括兩個方面：PLC之間的通信和PLC與其他智能設(shè)備的通信。當(dāng)前計算機(jī)控制發(fā)展迅速，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)面臨良好發(fā)展機(jī)遇。為實現(xiàn)通信需求，新生產(chǎn)的PLC都具備通信接口。

2.2 PLC的特點

PLC是一種數(shù)值操作運(yùn)算的電子裝置，是工業(yè)環(huán)境下的產(chǎn)物。PLC通過編制程序的存儲器，存儲執(zhí)行操作的指令。通過數(shù)字式或者模擬式的輸出與輸入，控制機(jī)械生產(chǎn);通過合理設(shè)計PLC和外圍設(shè)備，更好地與工業(yè)控制系統(tǒng)集成，擴(kuò)展功能。

2.2.1 較強(qiáng)的抗干擾能力。PLC運(yùn)用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，生產(chǎn)工藝嚴(yán)格，且內(nèi)部電路使用了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具備較高的可靠性。例如，三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均故障間隔300 000h以上，部分采取冗余CPU的PLC平均故障間隔更長。從PLC的機(jī)外電路來看，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同規(guī)模的繼電器接觸器系統(tǒng)相比，電氣布線和開關(guān)接點已減少到1/100～1/1 000。同時，PLC具備硬件故障自檢功能，可及時發(fā)出報警信息。

2.2.2 設(shè)置完善，適用性強(qiáng)。隨著PLC的快速發(fā)展，形成了不同尺寸的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC具備完善的數(shù)據(jù)計算能力，可應(yīng)用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來，PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了CNC、位置控制及溫度控制等各種工業(yè)控制中。

2.2.3 易學(xué)易用。PLC作為傳統(tǒng)的工業(yè)控制計算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工業(yè)控制設(shè)備。PLC界面簡單易用，編程語言也被廣大工程師認(rèn)可。繼電器電路圖與梯形圖語言圖形符號表達(dá)式相近，便于不熟悉電子電路的人員和不了解計算機(jī)原理與匯編語言的人員通過使用計算機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制。

2.2.4 易于維護(hù)和改造。PLC系統(tǒng)構(gòu)造小巧，易于維護(hù)和改造。不同于傳統(tǒng)的接線邏輯，PLC的采用存儲邏輯，減少了外部接線，縮短了施工時間，更便于維護(hù)。此外，PLC可通過更改同一設(shè)備上的程序更改生產(chǎn)過程。

3 結(jié)語

實現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)自動化進(jìn)程中，電氣自動化技術(shù)起到了重要作用。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電氣自動化技術(shù)發(fā)展迅速，將廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。

參考文獻(xiàn)：

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