電氣工程自動(dòng)化控制中PLC技術(shù)應(yīng)用研究

張仕睿

（中建七局第一建筑有限公司，北京 102600）

1 PLC技術(shù)概述

1.1 PLC技術(shù)內(nèi)涵

PLC 技術(shù)是可編程邏輯控制器的簡稱，指的是利用可編程控制器設(shè)計(jì)各種具有不同功能的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，通過控制、管理相關(guān)設(shè)備，完成相應(yīng)的工業(yè)生產(chǎn)任務(wù)。PLC 是一種先進(jìn)的自動(dòng)控制裝置，這項(xiàng)技術(shù)融合了多項(xiàng)現(xiàn)代技術(shù)，如計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等，在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制方面具有很大的優(yōu)勢。其主要目的是借助于數(shù)字運(yùn)算系統(tǒng)，執(zhí)行各種指令，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、定時(shí)等活動(dòng)，并通過模擬量于數(shù)字量的輸入、輸出，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。PLC 技術(shù)綜合了繼電控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)兩方面的特點(diǎn)，具有多種功能，在電氣工程自動(dòng)化控制中發(fā)揮著重要作用。

1.2 PLC技術(shù)原理

1.2.1 輸入采樣

輸入采樣是PLC 系統(tǒng)在工作初始階段，通過掃描相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并將這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類，存儲(chǔ)至相應(yīng)的I/O 映像區(qū)單元模塊中，輸入采樣獲取的數(shù)據(jù)信息在存儲(chǔ)入單元模塊中后是不會(huì)發(fā)生變化的。如果需要掃描、存儲(chǔ)的是脈沖信號(hào)，需要對(duì)其進(jìn)行持續(xù)掃描，并收集、處理至少一個(gè)脈沖周期的數(shù)據(jù)信息，只有這樣才能確保數(shù)據(jù)信息的有效性、可靠性。

1.2.2 程序執(zhí)行

程序執(zhí)行是PLC 系統(tǒng)工作的核心內(nèi)容，在這個(gè)階段，PLC 系統(tǒng)需要掃描相關(guān)數(shù)據(jù)信息，記錄、分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)設(shè)備運(yùn)行路線進(jìn)行邏輯運(yùn)算，同時(shí)根據(jù)運(yùn)算結(jié)果對(duì)I/O 映像區(qū)內(nèi)輸出點(diǎn)的狀態(tài)信息進(jìn)行刷新、替換，進(jìn)而控制程序運(yùn)行路線及狀態(tài)。程序執(zhí)行的整個(gè)過程都是由PLC 系統(tǒng)根據(jù)事先設(shè)定的指令自動(dòng)完成的。

1.2.3 輸出刷新

PLC 系統(tǒng)在完成掃描工作后，會(huì)根據(jù)掃描結(jié)果，對(duì)輸出模塊進(jìn)行刷新，更改輸出模塊輸出信號(hào)，同時(shí)借助于輸出電路，對(duì)各類外接設(shè)備的運(yùn)行方式進(jìn)行控制，完成各類生產(chǎn)活動(dòng)。

1.3 PLC特點(diǎn)

1.3.1 高可靠性

目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的PLC 系統(tǒng)大都是以單片機(jī)作為核心，本身具有較高的集成度及可靠性，能夠確保PLC 系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)，PLC 系統(tǒng)自身的電路保護(hù)功能及自診斷功能，又進(jìn)一步提升的系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，使整個(gè)系統(tǒng)更加的穩(wěn)定、安全。

1.3.2 易編程

PLC 的編程系統(tǒng)采用的是命令語句，這跟計(jì)算機(jī)技術(shù)中的指令有一定的區(qū)別，其數(shù)量也明顯要少一些，有效降低了編程的難度。此外，PLC 編程系統(tǒng)采用的是梯形結(jié)構(gòu)，這種類型的編程技術(shù)要求較低，編程人員只要擁有基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)知識(shí)，就可以通過學(xué)習(xí)，掌握這項(xiàng)技術(shù)，完成系統(tǒng)編程工作。

1.3.3 靈活的組態(tài)方式

PLC 系統(tǒng)采用的是積木式結(jié)構(gòu)，使用者只要根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)要求進(jìn)行簡單地組合，就能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)功能的設(shè)置，并對(duì)工業(yè)設(shè)備進(jìn)行控制，完成工業(yè)生產(chǎn)任務(wù)。因此，這類系統(tǒng)在大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)中都有廣泛的應(yīng)用。

2 電氣工程自動(dòng)化控制中PLC技術(shù)的應(yīng)用

2.1 閉環(huán)控制中的應(yīng)用

電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有多種電機(jī)啟動(dòng)方式，在實(shí)際工作中，可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需求，選擇適用的電機(jī)啟動(dòng)方式。在傳統(tǒng)的電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，電機(jī)啟動(dòng)的方式主要包括三種：①機(jī)旁屏手動(dòng)啟動(dòng)；②自動(dòng)啟動(dòng)；③人工手動(dòng)啟動(dòng)。

而在電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中融入PLC 技術(shù)，可以徹底改變電機(jī)啟動(dòng)方式，采用電氣工程自動(dòng)化閉環(huán)控制的方式，借助于電液執(zhí)行單位、轉(zhuǎn)速測量單位等，對(duì)控制調(diào)節(jié)器進(jìn)行合理控制，將PLC 技術(shù)作為一種新型的電機(jī)啟動(dòng)方式，有效提高自動(dòng)化系統(tǒng)的控制水平及工作效率。具體來說，可以利用PLC 技術(shù)，對(duì)工作中的電機(jī)動(dòng)力泵進(jìn)行控制，通過采集泵機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析其運(yùn)行過程及運(yùn)行視屏，在此基礎(chǔ)上對(duì)開關(guān)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，確保自動(dòng)化控制系統(tǒng)中主設(shè)備電機(jī)泵的有效開關(guān)。利用PLC 技術(shù)控制電氣工程自動(dòng)化閉環(huán)的開關(guān)，可以有效提升系統(tǒng)運(yùn)行效率，提高電機(jī)泵運(yùn)行的穩(wěn)定性、連續(xù)性，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，進(jìn)一步拓展自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能，提高電氣工程系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

2.2 順序控制中的應(yīng)用

結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，很多電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，普遍存在將PLC 技術(shù)當(dāng)作順序控制器進(jìn)行應(yīng)用的情況。例如，在火力發(fā)電廠中，通常利用PLC 控制器，有效清理飛灰、爐渣等廢棄物，這對(duì)于提高電氣工程自動(dòng)化順序控制水平有很大的幫助。在實(shí)際應(yīng)用中，電氣企業(yè)要充分了解PLC 技術(shù)的順序控制器功能，結(jié)合自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)需要，對(duì)電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中不同的組成部分進(jìn)行合理劃分，并通過相應(yīng)的設(shè)計(jì)、改造，對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，有效提升PLC 技術(shù)的應(yīng)用水平。

2.3 開關(guān)量控制中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)與設(shè)備之間在短時(shí)間內(nèi)很容易因?yàn)榘l(fā)生各種不協(xié)調(diào)問題，導(dǎo)致系統(tǒng)自動(dòng)化控制水平降低，系統(tǒng)無法正常工作。而利用PLC 技術(shù)，可以借助其編程儲(chǔ)存器功能編制虛擬繼電器，有效提高自動(dòng)化控制系統(tǒng)與機(jī)械設(shè)備之間的融合度，提高機(jī)械電氣設(shè)備的反應(yīng)速度，進(jìn)而提高整個(gè)電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行水平機(jī)及工作效率，同時(shí)還能夠有效節(jié)省企業(yè)運(yùn)營成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 運(yùn)動(dòng)控制中的應(yīng)用

在電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)控制指的是對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行方式、位置的移動(dòng)，以及運(yùn)行速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。其目的是讓電氣設(shè)備按照預(yù)先設(shè)定的參數(shù)及程序指令進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)控制。在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，主要利用PLC 系統(tǒng)，借助于電力電力功率變換裝置，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，完成預(yù)設(shè)任務(wù)。例如，在水泥生產(chǎn)系統(tǒng)中，利用PLC 技術(shù)可以有效控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，通過控制三相異步電機(jī)的運(yùn)行軌跡，促進(jìn)水泥生產(chǎn)的有序進(jìn)行。

3 PLC技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

3.1 產(chǎn)品規(guī)模的兩極化發(fā)展

隨著我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，小型自動(dòng)化設(shè)備及大型自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛，為了滿足生產(chǎn)過程中對(duì)小型自動(dòng)化設(shè)備及大型自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制的需求，需要對(duì)PLC 技術(shù)進(jìn)行兩極化發(fā)展。一方面，提高PLC 系統(tǒng)的運(yùn)行速度及性價(jià)比，同時(shí)積極研發(fā)更小、功能更全面的小型PLC 系統(tǒng)；另一方面，提高PLC 系統(tǒng)的信息處理能力，提高PLC 系統(tǒng)運(yùn)行速度，擴(kuò)大數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)能力，通過研發(fā)大型PLC 系統(tǒng)，滿足更復(fù)雜的電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的需求。

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及通信技術(shù)的發(fā)展，PLC 技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)化水平也在不斷地提升。結(jié)合實(shí)踐調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，目前我國工業(yè)生產(chǎn)電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用的PLC 系統(tǒng)基本上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了PLC 系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)通信。同時(shí)，為了進(jìn)一步完善PLC 系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)，我國PLC 生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)積極參與到PLC 系統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)當(dāng)中，進(jìn)一步拓展PLC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信功能，構(gòu)建更加完善的PLC 技術(shù)體系，擴(kuò)大PLC 系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

3.3 模塊化發(fā)展

隨著我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)日益復(fù)雜，同時(shí)對(duì)于電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性也有了更高的要求。基于這樣的要求，構(gòu)建模塊化、智能化PLC 系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前PLC 系統(tǒng)發(fā)展的主要方向，因?yàn)榇祟怭LC 系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效提高電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性。例如，可以研發(fā)具有特定功能、智能化程度較高的PLC 模塊，進(jìn)行溫度控制，故障檢測等工作。這類模塊的應(yīng)用不僅能夠有效拓展PLC 系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性。此外，模塊化PLC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，還能夠有效擴(kuò)大用戶的硬件選擇范圍，提高維修效率。

3.4 規(guī)范化發(fā)展

PLC 系統(tǒng)擁有非常豐富的編程語言，其編程工具也在不斷地更新。目前，各大型PLC 企業(yè)都建立了一套適用于本企業(yè)的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)及輸入輸出模塊體系。隨著我國PLC 通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，以及用戶需求的提升，建立一套規(guī)范化、適用范圍廣，統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)勢在必行。因此，各大PLC 生產(chǎn)企業(yè)要加強(qiáng)合作，針對(duì)PLC 輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語言及編程工具，建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)PLC 技術(shù)體系的規(guī)范化發(fā)展。

3.5 深度開發(fā)PLC技術(shù)的應(yīng)用層面

我國PLC 技術(shù)研發(fā)工作起步較晚，與國外一些發(fā)達(dá)國家相比，無論是在理論研究還是技術(shù)應(yīng)用方面都存在一定的差距，這也是導(dǎo)致我國電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)、PLC 技術(shù)研發(fā)速度緩慢的主要原因之一。因此，電氣工程企業(yè)及相關(guān)技術(shù)人員，要充分了解我國電氣工程自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合工業(yè)產(chǎn)業(yè)及電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展要求，積極探索、構(gòu)建更加完善的PLC 技術(shù)理論體系，深度開發(fā)PLC技術(shù)的應(yīng)用層面，同時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注應(yīng)用缺陷和漏洞，并運(yùn)用各種新技術(shù)，如計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等，對(duì)PLC 系統(tǒng)進(jìn)行不斷完善，以此提高我國PLC 系統(tǒng)研發(fā)水平，促進(jìn)我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

4 結(jié)束語

總的來說，電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中PLC 技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效拓展自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能，使之與各種不同的生產(chǎn)系統(tǒng)相適應(yīng)，更好地發(fā)揮PLC 技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的作用，對(duì)于提高我國工業(yè)生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量，降低工業(yè)企業(yè)在人力、物力方面的投入，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，都有非常積極的意義。為了最大限度地發(fā)揮PLC 的技術(shù)優(yōu)勢，企業(yè)及相關(guān)技術(shù)人員還要結(jié)合工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求，從產(chǎn)品規(guī)模兩極化、通信網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、規(guī)范化、技術(shù)應(yīng)用等方面深度開發(fā)，進(jìn)一步提升PLC 技術(shù)水平。通過構(gòu)建更加完善、高效、可靠的PLC 技術(shù)體系，促進(jìn)我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的不斷向前發(fā)展。