PLC在電氣工程自動(dòng)化控制中的應(yīng)用分析

梅然

[摘 ? ?要]PLC即可編程控制器，集成自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)了電氣控制的集成，在控制技術(shù)的不斷發(fā)展下，PLC的功能越來越強(qiáng)大，能夠滿足模擬控制、算術(shù)計(jì)算、運(yùn)動(dòng)控制的要求。本文闡述了PLC技術(shù)的特點(diǎn)，探討PLC在電氣工程自動(dòng)化控制中的具體應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]PLC;電氣工程;自動(dòng)化控制;應(yīng)用;分析

[中圖分類號(hào)]TM76;TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）05–000–03

Application Analysis of PLC in Electrical Engineering Automation Control

Mei Ran

[Abstract]PLC can be a programmable controller， which integrates automatic control technology， communication technology and computer technology into one， realizing the integration of electrical control.With the continuous development of control technology， the function of PLC is becoming more and more powerful， which can meet the requirements of analog control， arithmetic calculation and motion control.This paper describes the characteristics of PLC technology， discusses the specific application of PLC in electrical engineering automation control.

[Keywords]PLC; electrical engineering; automatic control; application; analysis

在城鎮(zhèn)化、工業(yè)化推進(jìn)下，電氣工程自動(dòng)化控制的應(yīng)用范圍日趨廣泛，PLC是一種可編程控制器，功能強(qiáng)大、可靠性高，將其應(yīng)用在電氣工程自動(dòng)化控制中，能夠顯著提升其控制精度，當(dāng)前，該種技術(shù)已經(jīng)在電氣工程自動(dòng)化控制領(lǐng)域中得到了廣泛推行。

1 ?PLC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

PLC技術(shù)即可編程邏輯控制器技術(shù)，專門用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的電子系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)數(shù)字化、控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線構(gòu)成，通過可編程存儲(chǔ)器的應(yīng)用，由操作者輸入命令，即可開展控制、邏輯運(yùn)算、計(jì)算等功能，將其傳達(dá)至工程機(jī)械中，帶動(dòng)操作。PLC在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用具有很強(qiáng)的實(shí)用性和適用性，可以應(yīng)用在各類工業(yè)環(huán)境，在科技的進(jìn)步、發(fā)展下，PLC技術(shù)也日新月異，增加了諸多新功能，還能滿足溫度控制、通信增強(qiáng)的要求，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生極大影響。PLC技術(shù)具有幾個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)：（1）應(yīng)用簡單。將PLC技術(shù)應(yīng)用在電氣工程自動(dòng)化中，不需要設(shè)置其他設(shè)備，不僅用效果好，操作起來也非常簡單。從操作界面來看，PLC并不復(fù)雜，技術(shù)人員通過短時(shí)間學(xué)習(xí)即可掌握，操作失誤的發(fā)生率極低，借助可編程控制器，還能夠及時(shí)提示故障問題，在設(shè)備和系統(tǒng)發(fā)生故障后，會(huì)第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，快速解決故障問題，保證設(shè)備與系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。（2）可靠性強(qiáng)。PLC技術(shù)應(yīng)用了集成電路，具備抗干擾能力，不管是輸出單路，還是輸入單路，都有獨(dú)立接口，有效提升了設(shè)備的抗干擾能力。對(duì)于內(nèi)部電源，還有穩(wěn)壓、屏蔽等保障技術(shù)，這為PLC技術(shù)賦予了更強(qiáng)的可靠性，除此之外，通過接地處理、防震處理和密封處理，能夠適應(yīng)各類復(fù)雜、惡劣的環(huán)境，解決了外部因素造成的影響，提升了電氣設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

當(dāng)前的PLC技術(shù)不僅廣泛應(yīng)用了信息技術(shù)，還應(yīng)用了人工智能、大數(shù)據(jù)等，具備了智能化的特點(diǎn)，系統(tǒng)控制、計(jì)算、運(yùn)算能力都得到了顯著增強(qiáng)，讓電氣工程自動(dòng)化控制變得更加可靠、安全。

2 ?PLC的工作模式與應(yīng)用領(lǐng)域

PLC的工作方式是順序掃描、連續(xù)循環(huán)，根據(jù)控制要求，對(duì)程序編程，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中。在準(zhǔn)備運(yùn)行時(shí)，CPU會(huì)按照指令執(zhí)行周期性掃描循環(huán)，若程序中無其他跳轉(zhuǎn)指令，就會(huì)從第一個(gè)指令集開始掃描，返回至初始程序，執(zhí)行第二次掃描，PLC的掃描過程包括三個(gè)階段：

第一，采集輸入序號(hào)。在掃描模式下，PLC會(huì)按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)收集輸入接口的輸入狀態(tài)，將其存儲(chǔ)，如果在程序運(yùn)行過程中接口輸入狀態(tài)發(fā)生變化，那么其寄存的內(nèi)容也不會(huì)出現(xiàn)變化，只會(huì)在下一個(gè)掃描周期發(fā)生改變。

第二，程序執(zhí)行。按照順序掃描執(zhí)行程序，在出現(xiàn)跳轉(zhuǎn)程序指令時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷，看是否滿足跳轉(zhuǎn)條件，若滿足，就會(huì)直接跳轉(zhuǎn)，如果指令有輸入和輸出狀態(tài)，那么系統(tǒng)就會(huì)讀取相關(guān)的計(jì)算數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶設(shè)置來完成指令。

第三，輸出刷新。在上述兩個(gè)階段執(zhí)行完畢后，就會(huì)進(jìn)入輸出處理階段，在這一環(huán)節(jié)中，PLC將會(huì)反映出輸出狀態(tài)，再利用相關(guān)的方式來驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。

當(dāng)前，PLC已經(jīng)在鋼鐵、化工、石油、建材、電力、汽車、紡織、機(jī)械制造、環(huán)保、文化娛樂等領(lǐng)域得到了應(yīng)用，其主要功能表現(xiàn)在幾個(gè)方面：（1）控制邏輯順序。這是PLC應(yīng)用常用的一個(gè)功能，能夠替代繼電器接觸器進(jìn)行順序控制、邏輯控制，可以應(yīng)用在自動(dòng)生產(chǎn)線中，也可以應(yīng)用在單機(jī)控制和多機(jī)控制中。（2）運(yùn)動(dòng)控制.利用PLC，能夠改變機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方向，將單軸或者多軸移動(dòng)到目標(biāo)位置，讓模塊保持理想的速度;（3）時(shí)序控制。在PLC中，設(shè)置了計(jì)時(shí)器及指令，能夠進(jìn)行定時(shí)控制，為工業(yè)生產(chǎn)提供了穩(wěn)定的定時(shí)服務(wù)支持。（4）計(jì)數(shù)控制：PLC也能夠滿足相應(yīng)的計(jì)數(shù)要求，對(duì)于計(jì)數(shù)器的數(shù)值，可以隨時(shí)修改、讀取。（5）數(shù)據(jù)處理。在多數(shù)PLC中，都具備數(shù)據(jù)處理功能，能夠滿足加、減、乘、除、平方以及其它的邏輯操作要求。（6）通信網(wǎng)絡(luò)。PLC還具備通信功能，能夠執(zhí)行與計(jì)算機(jī)之間的鏈接，還可以連接監(jiān)視器、打印機(jī)等外部設(shè)施設(shè)備，進(jìn)行監(jiān)視、記錄。

3 ?PLC在電氣工程自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

3.1 ?在順序控制中的應(yīng)用

為了控制好電氣工程運(yùn)轉(zhuǎn)中的生產(chǎn)流程，需要應(yīng)用PLC技術(shù)來優(yōu)化，以滿足自動(dòng)化控制要求。PLC技術(shù)的應(yīng)用顯著提升了系統(tǒng)的控制效率，有效改善了生產(chǎn)和運(yùn)轉(zhuǎn)效率。例如，在火力發(fā)電中，生產(chǎn)環(huán)節(jié)會(huì)出現(xiàn)各類殘留物，采用人工清理的方式，不僅成本高、效率也偏低，借助PLC，能夠在傳感器支持下，高效檢測(cè)出殘留物，利用設(shè)備來實(shí)施集中化清理，不僅能夠提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率，也滿足了節(jié)能、環(huán)保要求。

3.2 ?在開關(guān)量控制中的應(yīng)用

電氣工程自動(dòng)化設(shè)備線路復(fù)雜，在維護(hù)環(huán)節(jié)中，技術(shù)人員需要耗費(fèi)較長時(shí)間，維護(hù)難度也較高，而經(jīng)常的檢修停機(jī)也會(huì)改設(shè)備運(yùn)行效率，對(duì)生產(chǎn)造成影響。借助PLC技術(shù)，利用開關(guān)量控制，能夠?qū)ο到y(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行檢測(cè)，降低了技術(shù)人員操作難度，能夠及時(shí)檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)節(jié)電流，如果設(shè)備出現(xiàn)異常，那么，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警，調(diào)節(jié)系統(tǒng)額定電壓。除此之外，PLC技術(shù)還具備故障自診斷與修復(fù)功能，借助監(jiān)控系統(tǒng)，能夠及時(shí)作出預(yù)警、記錄故障數(shù)據(jù)，為后續(xù)的故障分析和維修提供參考支持。

3.3 ?在閉環(huán)控制中的應(yīng)用

當(dāng)前，電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)中均已經(jīng)廣泛應(yīng)用聲控技術(shù)、遙感技術(shù)，讓系統(tǒng)操作更加便利，將PLC應(yīng)用在其中，能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制，進(jìn)一步提升閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在設(shè)置PID指令后，能夠根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)部和外部情況來調(diào)節(jié)參數(shù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

4 ?PLC在電氣工程自動(dòng)化控制中的應(yīng)用實(shí)例——以智能節(jié)能控制系統(tǒng)為例

根據(jù)智能節(jié)能控制系統(tǒng)的要求，控制系統(tǒng)需要具備幾個(gè)功能：第一，能夠進(jìn)行智能控制。在全自動(dòng)工作狀態(tài)下，可以根據(jù)外部環(huán)境來自動(dòng)調(diào)節(jié)。第二，滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控、人機(jī)交互要求。利用控制中心，能夠監(jiān)視現(xiàn)場情況，實(shí)現(xiàn)報(bào)警以及參數(shù)修改功能。第三，具備良好的控制效果，能夠設(shè)置時(shí)間范圍、溫度、壓力等，從而降低能耗，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行要求，PLC在智能節(jié)能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用劃分為三種控制模式，即分時(shí)控制、溫度控制、壓力控制。

4.1 ?分時(shí)控制

在分時(shí)控制模式上，是應(yīng)用PLC技術(shù)以及觸摸屏監(jiān)視電路，對(duì)按鈕開關(guān)、空氣開關(guān)、觸摸屏、PLC、數(shù)字顯示儀表、運(yùn)行指示燈等進(jìn)行科學(xué)布局，以PLC為核心來進(jìn)行控制，設(shè)置交流接觸器，即可滿足控制要求。同時(shí)，充分考慮到主電路、控制電路的要求，在主電路上，應(yīng)用三相電源側(cè)空氣開關(guān)、控型負(fù)載電氣線路來實(shí)現(xiàn)，通過PLC觸摸屏、交流接觸器線圈來連接，設(shè)置啟動(dòng)、停止按鈕，滿足在特殊情況下的手動(dòng)控制要求，PLC控制器的選擇型號(hào)多樣，三菱、西門子、臺(tái)達(dá)等均可滿足要求。

4.2 ?溫度控制

溫度控制主要是在外部環(huán)境和設(shè)備內(nèi)部方面，溫度的設(shè)置需要根據(jù)不同季節(jié)、戶外溫度來進(jìn)行選擇，溫度控制模式需要應(yīng)用PLC、觸摸屏、監(jiān)視電路來實(shí)現(xiàn)，設(shè)置按鈕開關(guān)、溫度傳感器、空氣開關(guān)、開關(guān)電源、觸摸屏、變送器、PLC等電氣元件。溫度是一個(gè)模擬量，在PLC技術(shù)的應(yīng)用上，其輸入信號(hào)和數(shù)字信號(hào)必須是數(shù)字量或者開關(guān)量，對(duì)此，需要在系統(tǒng)中增加模擬量特殊功能模塊，在特殊功能模塊中，設(shè)置了輸入通道和輸出通道，輸入通道在接收了模擬信號(hào)之后，可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字值。在溫度控制模式主電路中，包括溫控型負(fù)載、三相四線交流電源、交流接觸器主觸頭等，將PLC模擬量輸入模塊，溫度變送器和溫度傳感器連接，即可滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。在溫度傳感器的選擇上，要確保其精度高、電阻率大、穩(wěn)定性高，避免其受到室外環(huán)境因素的影響，并優(yōu)先選擇防水、防塵型傳感器。

4.3 ?壓力控制

壓力控制模式也是應(yīng)用PLC與觸摸屏，設(shè)置壓力傳感器、開關(guān)電源、空氣開關(guān)、變送器、觸摸屏指示燈、數(shù)字儀表等，以PLC為核心，設(shè)置壓力傳感元件，增設(shè)大功率交流接觸器。主電路包括開關(guān)電源、壓力控制型負(fù)載、三相四線交流電源、電能表等，將PLC模擬量輸入模塊與變送器、壓力傳感器連接。在具體的選擇中，壓力傳感器的分辨率、穩(wěn)定性參數(shù)控制極為重要，應(yīng)用軟件算法，能夠提高數(shù)據(jù)的精確度，針對(duì)軟件代碼進(jìn)行預(yù)處理。這樣，在每個(gè)模塊出現(xiàn)問題時(shí)，可以啟動(dòng)備用模塊，替代異常設(shè)備，對(duì)數(shù)據(jù)來進(jìn)行備份，便于后續(xù)的信息查詢。另外，在系統(tǒng)的外接線上，都應(yīng)用了高度絕緣裝置，根據(jù)要求來分時(shí)控制，應(yīng)用保護(hù)設(shè)備，避免出現(xiàn)大面積斷電問題。對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行，在后續(xù)定期開展安全檢查，要求巡檢人員嚴(yán)格按照規(guī)范說明操作，避免設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障。

在軟件的開發(fā)上，選擇應(yīng)用型系統(tǒng)，按照國家標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，結(jié)合最新的傳感器、PLC技術(shù)，考慮到后續(xù)更新需求，預(yù)留好測(cè)試接口與升級(jí)接口，為后續(xù)軟件管理提供便利，科學(xué)部署各個(gè)硬件設(shè)備，排除外部環(huán)境的污染和影響。同時(shí)，充分考慮到后續(xù)電網(wǎng)的改造要求，設(shè)置漏電保護(hù)機(jī)制，提前預(yù)留可能需要增加功能的模塊，以備后續(xù)系統(tǒng)的功能升級(jí)和技術(shù)升級(jí)，滿足系統(tǒng)在功能擴(kuò)展上的要求。

5 ?結(jié)語

在時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步下，人們對(duì)于電氣控制自動(dòng)化的工作效率也提出了更高要求，將PLC技術(shù)應(yīng)用在其中，讓控制系統(tǒng)更加的快捷、方便，也進(jìn)一步提升了控制效率，讓工程設(shè)計(jì)更加合理、科學(xué)，顯著提升了自動(dòng)化控制水平，進(jìn)一步延長了機(jī)器的使用壽命。在下一階段，PLC技術(shù)會(huì)朝著集成化、數(shù)字化方向發(fā)展，同時(shí)，相關(guān)部門要及早構(gòu)建出科學(xué)的PLC技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化企業(yè)之間的交流與合作，為PLC技術(shù)的科學(xué)規(guī)范、合理發(fā)展提供有力支撐。

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