PLC技術(shù)在電氣設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用研究

郭佳欣

[摘? ? 要]隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣自動化領(lǐng)域所涉及的范圍越來越廣，且呈現(xiàn)全面化發(fā)展趨勢。在工業(yè)生產(chǎn)中，電氣自動化為相關(guān)工作流程帶來了很多便利，包括通過電氣自動化技術(shù)檢查監(jiān)控設(shè)備故障、分析生產(chǎn)流程與運(yùn)行的故障原因、解決影響設(shè)備運(yùn)行的故障因素與危險(xiǎn)因素等。PLC技術(shù)作為數(shù)字化的控制技術(shù)，被廣泛應(yīng)用在電氣自動化控制領(lǐng)域，并通過與現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的有效結(jié)合，促使其向智能化與網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展?；诖耍恼乱訮LC技術(shù)在電氣設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用為切入點(diǎn)進(jìn)行研究。

[關(guān)鍵詞]PLC技術(shù);電氣設(shè)備;自動化控制;應(yīng)用研究

[中圖分類號]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）11–0–02

Application of PLC Technology in Automatic Control of Electrical Equipment

Guo Jia-xin

[Abstract]With the continuous development of intelligent technology， the scope involved in the field of electrical automation is becoming wider and wider， and presents a comprehensive development trend. In industrial production， electrical automation brings a lot of convenience to relevant work processes， including checking and monitoring equipment faults through electrical automation technology， analyzing the fault causes of production process and operation， solving the fault factors and risk factors affecting equipment operation， etc. As a digital control technology， PLC technology is widely used in the field of electrical automation control. Through the effective combination with modern advanced technology， it promotes its development to intelligence and network. Based on this， this paper studies the application of PLC technology in electrical equipment automation control.

[Keywords]PLC technology; electrical equipment; automatic control; application research

PLC技術(shù)是電子設(shè)備自動化領(lǐng)域中的一項(xiàng)高新技術(shù)，具有速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC技術(shù)得到了有效發(fā)展，將其運(yùn)用到電氣設(shè)備自動化控制中有助于促進(jìn)生產(chǎn)效率與提升生產(chǎn)質(zhì)量，保證運(yùn)行過程的穩(wěn)定性與安全性，減少企業(yè)在生產(chǎn)設(shè)備方面的資金投入。目前PLC控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，例如大型工業(yè)設(shè)備的可編程控制系統(tǒng)。因此，PLC技術(shù)有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，在現(xiàn)代信息技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，為滿足此技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，將PLC技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)有效結(jié)合，能夠推動其逐漸趨于智能化與網(wǎng)絡(luò)化。

1 PLC技術(shù)的概述

1.1 PLC技術(shù)在電氣設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用原理

PLC控制器的工作方式主要采用循環(huán)掃描方式，在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，設(shè)定好相關(guān)程序控制系統(tǒng)便按部就班一直進(jìn)行循環(huán)掃描工作。智能化是PLC技術(shù)發(fā)展的良好體現(xiàn)，可以利用此技術(shù)對電氣設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行自動檢查，并對相關(guān)信息進(jìn)行自動處理，若出現(xiàn)與原有設(shè)計(jì)不相符的信息或程序則會進(jìn)行重新檢測，以確保信息與程序能夠正確合理地輸入與運(yùn)行。PLC構(gòu)成的可編程控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要遵循以下原則：①簡單清晰原則，即設(shè)計(jì)簡單清晰的編程結(jié)構(gòu)，讓人為操作環(huán)節(jié)更加簡單與便捷，進(jìn)而降低人為操作的難度與減少實(shí)際運(yùn)行的成本。②高度契合原則，即完善各接口的性能，以保證與設(shè)計(jì)程序的高度契合，確保系統(tǒng)運(yùn)行與升級的順利完成。

PLC技術(shù)的工作方式主要包括輸入采樣、程序執(zhí)行、數(shù)據(jù)輸出3個步驟.輸入采樣環(huán)節(jié)，PLC以循環(huán)掃描方式依次讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映像區(qū)，此環(huán)節(jié)影響后續(xù)的輸出操作，只有全部采集完畢后才能執(zhí)行輸出操作。執(zhí)行程序環(huán)節(jié)，PLC以自上而下的順序依次執(zhí)行用戶程序。數(shù)據(jù)輸出環(huán)節(jié)，CPU結(jié)合I/O映像區(qū)輸入的數(shù)據(jù)完成電路鎖存，并對外接設(shè)備進(jìn)行指定驅(qū)動操作。目前，PLC技術(shù)在發(fā)展過程中得以不斷優(yōu)化，逐漸向計(jì)算機(jī)控制等方面發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了對原有技術(shù)模式的創(chuàng)新，并逐漸形成了獨(dú)立完整的系統(tǒng)。對其控制系統(tǒng)而言，主要由I/O點(diǎn)、模擬量模板、CPU等部分組成，使其可以結(jié)合用戶需求進(jìn)行擴(kuò)展，也可以結(jié)合現(xiàn)場情況與多臺PLC組成通信網(wǎng)絡(luò)，以便更好地適用各種工業(yè)環(huán)境與工作運(yùn)行環(huán)境。因此，PLC控制技術(shù)的未來發(fā)展前景較為廣闊，可以逐漸優(yōu)化更高層次的新型工業(yè)控制手段，實(shí)現(xiàn)電氣自動化控制設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)化、智能化系統(tǒng)操控方面的創(chuàng)新與變革。

1.2 PLC技術(shù)在電氣設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用優(yōu)勢

隨著電氣自動化設(shè)備的不斷升級，傳統(tǒng)控制技術(shù)已經(jīng)難以適應(yīng)當(dāng)下發(fā)展環(huán)境，PLC技術(shù)應(yīng)用在電氣自動化控制中有較為明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為：①操作簡潔。此技術(shù)是整體化控制技術(shù)，安裝接線方式與操作形式較為簡單，僅需要完成對電源、傳輸線路等的連接，便能實(shí)現(xiàn)整體程序的運(yùn)行，有效減少了傳統(tǒng)控制技術(shù)中需要進(jìn)行大量且復(fù)雜的安裝以及重復(fù)性操作帶來的工作負(fù)擔(dān)，進(jìn)而有效避免因人為操作導(dǎo)致的不必要失誤;②穩(wěn)定性與可靠性高。在實(shí)際運(yùn)行過程中，此技術(shù)相較于傳統(tǒng)技術(shù)安全性更高，能夠有效降低機(jī)電設(shè)備的故障率，確保相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行，避免因運(yùn)行故障導(dǎo)致不必要的安全事故與對周圍環(huán)境的干擾;③能源消耗低。此技術(shù)的應(yīng)用符合當(dāng)下社會提倡的環(huán)保節(jié)約理念，在實(shí)際運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的能源消耗較低;④對使用環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。此技術(shù)具備較強(qiáng)的適應(yīng)性，相較于傳統(tǒng)技術(shù)其技術(shù)操作的容錯率極高，大大降低了對邏輯圖與梯形圖進(jìn)行程序修改或編譯的工作難度，基礎(chǔ)維護(hù)工作可由基層人員自行完成，并在此技術(shù)的支持下還可以完成對程序的自動修改，更易于人員操作;⑤自動識別能力較強(qiáng)。此技術(shù)可以借助掃描功能完成對系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的檢測，確保輸出數(shù)據(jù)的正確性與完整性，有效避免因數(shù)據(jù)錯誤或遺漏帶來的使用故障。

2 PLC技術(shù)在電氣設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用

2.1 PLC技術(shù)在順序控制中的應(yīng)用

順序控制是自動化控制系統(tǒng)中的核心內(nèi)容，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體優(yōu)化，在標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化的單一順序下開展針對性生產(chǎn)工藝控制。隨著PLC技術(shù)信息化水平的不斷提升，其信息模板逐漸趨于完善，使自動化控制水平得到大幅度提升。就順序控制而言，此技術(shù)可通過通信總線完成對各系統(tǒng)的內(nèi)部控制，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控與主控制層的連接，結(jié)合具體設(shè)備的使用要求進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備控制，并通過控制站與設(shè)備傳感器的有效連接，在顯示屏的輔助下了解設(shè)備的具體使用情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，促使其生產(chǎn)應(yīng)用逐漸趨于精細(xì)化。隨著PLC功能的不斷完善，可以在順序控制階段實(shí)現(xiàn)設(shè)備使用情況的動態(tài)監(jiān)測，以便于操作人員結(jié)合不同運(yùn)行情況或生產(chǎn)要求下達(dá)調(diào)節(jié)指令，進(jìn)一步提升設(shè)備自動化控制的針對性。

2.2 PLC技術(shù)在開關(guān)量控制中的應(yīng)用

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)主要通過控制繼電器的開關(guān)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)控制功能，但由于繼電器控制元件較為復(fù)雜，設(shè)備運(yùn)行速度較為緩慢，再加上之長時(shí)間通電反應(yīng)的限制，使其在使用過程中容易出現(xiàn)短路保護(hù)，進(jìn)而對整體運(yùn)行情況造成影響。一般工業(yè)自動化操作系統(tǒng)中，開關(guān)量是最為普遍的程序，簡單來說就是“開”與“關(guān)”的控制。相較于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)來說，將PLC技術(shù)用于開關(guān)量控制中，可以有效實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)短路保護(hù);在編程系統(tǒng)與編輯控制器的輔助下，可以對設(shè)備進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，進(jìn)而有效避免短路問題;還可以在確保運(yùn)行效率穩(wěn)步提升的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對開關(guān)量控制的優(yōu)化。開關(guān)量控制可以根據(jù)當(dāng)前輸入組合與歷史的輸入順序，使PLC產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)量輸出，從而促使系統(tǒng)按照一定的順序工作。開關(guān)量控制分為：手動、半自動、自動3種形式，編程設(shè)置相對靈活。此外，操作人員可結(jié)合人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)對多個開關(guān)點(diǎn)的自由操控，這樣不僅可以滿足設(shè)備個體控制的需求，還可以提高控制效率，促進(jìn)整體設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 PLC技術(shù)在閉環(huán)控制中的應(yīng)用

PLC技術(shù)可通過模擬量完成對電氣設(shè)備系統(tǒng)的閉環(huán)控制，可圍繞被控制量，多種指標(biāo)變化，實(shí)施針對性控制，包括設(shè)備流量、轉(zhuǎn)速、溫度等相關(guān)元素的控制。其運(yùn)行過程主要通過變頻器與電控調(diào)節(jié)閥執(zhí)行，借助監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對外界被控制數(shù)量的捕捉，將所獲取的狀態(tài)信息傳輸至設(shè)備處理中心，把信號轉(zhuǎn)化為直流電或直流電壓信號，接著通過PID控制模板，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并傳遞至電氣設(shè)備控制中心，在系統(tǒng)程序運(yùn)行下進(jìn)行數(shù)字量判斷，下達(dá)設(shè)備操作指令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)PLC技術(shù)下的電氣設(shè)備閉環(huán)控制。

2.4 PLC技術(shù)在機(jī)床控制中的應(yīng)用

PLC技術(shù)可通過調(diào)節(jié)機(jī)床設(shè)備的電氣系統(tǒng)與液壓實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的自動化控制，這樣不僅可以有效避免在實(shí)際控制過程中出現(xiàn)的設(shè)備故障問題，實(shí)現(xiàn)對接觸器與繼電器等電氣元件的控制優(yōu)化，還可以有效檢查出隱藏的故障風(fēng)險(xiǎn)，充分發(fā)揮此技術(shù)在可靠性與穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢。在實(shí)際運(yùn)行過程中，PLC技術(shù)可以將機(jī)床電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中的故障發(fā)生點(diǎn)以畫面形式呈現(xiàn)出來，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備系統(tǒng)的有效監(jiān)管與控制，并在PLC技術(shù)的輔助下實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化控制，促使系統(tǒng)始終保持靈活運(yùn)行的狀態(tài)。另外，此技術(shù)具有一定的節(jié)能效果，可有效降低企業(yè)能源消耗，全面落實(shí)電氣行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2.5 PLC技術(shù)在程序編譯中的應(yīng)用

PLC技術(shù)在程序編譯中的應(yīng)用，有助于實(shí)現(xiàn)程序編譯的自動化掃描控制。傳統(tǒng)程序編譯過程中需要結(jié)合不同體系的電氣工程進(jìn)行不同程序編譯，而此技術(shù)可實(shí)現(xiàn)便捷化與自動化的分別控制。電氣設(shè)備的運(yùn)行需要前期結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行程序的編制，通過CPU對運(yùn)行情況的監(jiān)測與相關(guān)指令的下達(dá)，結(jié)合不同IP地址實(shí)現(xiàn)周期性與循環(huán)性的程序循環(huán)作業(yè)。在實(shí)際作業(yè)中，通過掃描功能實(shí)現(xiàn)輸入信號與輸出信號的形式轉(zhuǎn)化，完成程序編譯的整個過程。PLC本身就是一個復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，而編譯器是軟件PLC的核心部分，一般編程為了方便自身的邏輯思維多采用梯形圖編程，這是PLC不能識別的。編程軟件可以通過編譯將梯形圖轉(zhuǎn)化為語句指令，并傳導(dǎo)至PLC進(jìn)而完成控制系統(tǒng)的運(yùn)行。隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段此技術(shù)在程序編譯中的應(yīng)用主要包括利用順序功能流程圖語言、指令表語言、梯形圖語言等，通過模擬量、脈沖量與開關(guān)量，完成對編程算法的計(jì)算，以此實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的自動化控制。

2.6 PLC技術(shù)在集中控制中的應(yīng)用

PLC技術(shù)在電氣設(shè)備自動化控制中結(jié)合自動監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的集中控制。利用此技術(shù)將不同電氣設(shè)備有效連接起來，形成電氣設(shè)備的合理網(wǎng)絡(luò)體系，并利用此體系對電氣設(shè)備進(jìn)行控制與檢測，實(shí)現(xiàn)對整體設(shè)備的集中控制。此過程并非全面杜絕個體系統(tǒng)的單獨(dú)自我管理，而是結(jié)合網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)對整體系統(tǒng)與個體系統(tǒng)的分別管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對整體系統(tǒng)工作量的不斷優(yōu)化。很多生產(chǎn)企業(yè)涉及眾多人工控制操作內(nèi)容與生產(chǎn)流水線，傳統(tǒng)控制體系無法實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的零斷層控制，而PLC技術(shù)可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控功能與集中控制功能實(shí)現(xiàn)對多種電氣設(shè)備的分別管控，并通過主控制中心實(shí)現(xiàn)集監(jiān)測與控制為一體的操作體系，促使企業(yè)多種電氣設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，自動化控制技術(shù)要實(shí)現(xiàn)與先進(jìn)技術(shù)的不斷融合，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面與通信設(shè)備的不斷融合，以滿足不同工業(yè)環(huán)境的自動化控制需求，促進(jìn)PLC技術(shù)的不斷優(yōu)化與升級，進(jìn)而提升電氣設(shè)備自動化控制技術(shù)水平。就目前電氣控制系統(tǒng)而言，其系統(tǒng)功能逐漸趨于完善，控制精確度與智能化得以明顯提升。其中，大型控制系統(tǒng)可以專門結(jié)合設(shè)備使用環(huán)境與目標(biāo)需求進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)與調(diào)整，這是此技術(shù)未來發(fā)展的重要方向之一?？傊琍LC技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)環(huán)境中不僅能夠提升控制系統(tǒng)的性能，還可以促進(jìn)電氣控制系統(tǒng)的內(nèi)部優(yōu)化，促使其技術(shù)工藝得到有效發(fā)展。

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