PLC背景下電氣自動(dòng)化的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃子龍

[摘? ? 要]隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，PLC技術(shù)日益成熟，在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，并取得了顯著的成效。在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC技術(shù)，對(duì)降低能源消耗、提高生產(chǎn)效率具有重大的意義。文章對(duì)PLC背景下電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及需要注意的問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出幾點(diǎn)應(yīng)用PLC技術(shù)的有效策略，以供參考。

[關(guān)鍵詞]PLC;電氣自動(dòng)化;控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)

[中圖分類(lèi)號(hào)]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）07–00–03

Design of Control System of Electrical Automation Under the Background of PLC

Huang Zi-long

[Abstract]With the continuous development of science and technology in our country， PLC technology has become increasingly mature， and has been widely used in various production fields， and has achieved remarkable results. The application of PLC technology in electrical automation control systems is of great significance for reducing energy consumption and improving production efficiency. The control system design of electrical automation under the background of PLC and the problems that need attention are analyzed in detail， and several effective strategies for applying PLC technology are proposed for reference.

[Keywords]PLC; electrical automation; control system; design

目前，PLC技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域數(shù)控體系應(yīng)用優(yōu)勢(shì)日益明顯，在惡劣的環(huán)境中仍然能夠保障系統(tǒng)始終保持平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，并且系統(tǒng)輕便，易于操作，故而成為工業(yè)數(shù)控體系中的核心部分。尤其在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用，將工業(yè)機(jī)器人與計(jì)算機(jī)連接，將機(jī)器人產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)信息做更深層次的處理，以此提高生產(chǎn)效率，滿(mǎn)足不同用戶(hù)不同的生產(chǎn)需求。

1 PLC背景下電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要注意的問(wèn)題

1.1 選用符合設(shè)計(jì)要求的電子元件

在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)整體裝置中，電子元件的作用不可小覷，電子元件設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)乎著電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用性能。因此，在設(shè)計(jì)電子元件的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇與之要求相符的電子元件。要想實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，需要保障選用的電子元件具備較強(qiáng)的持久性和耐用性，有利于對(duì)生產(chǎn)成本的控制。

1.2 加強(qiáng)對(duì)散熱防護(hù)工作的重視

為電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行創(chuàng)造一個(gè)健康、綠色的環(huán)境，是確保該系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的首要步驟。在進(jìn)行電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要高度重視設(shè)備的散熱和防護(hù)問(wèn)題，完善的散熱及防護(hù)措施，不僅可以確保軟件充分發(fā)揮其應(yīng)用功能，而且還能有效預(yù)防系統(tǒng)因遭受病毒襲擊而引發(fā)癱瘓問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，務(wù)必加強(qiáng)對(duì)這一環(huán)節(jié)的規(guī)劃，結(jié)合實(shí)際需求，制定科學(xué)有效的散熱及防護(hù)措施。加強(qiáng)對(duì)電氣設(shè)備的防護(hù)能力，不僅可以減少電氣設(shè)備運(yùn)行中的安全隱患，而且還能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

2 PLC背景下電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 評(píng)估控制任務(wù)

隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，PLC技術(shù)日益成熟，在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，并取得了顯著的成效。PLC系統(tǒng)作為數(shù)控設(shè)備中的重要組成部分，對(duì)提高工作效率、降低生產(chǎn)成本發(fā)揮著重要作用。在對(duì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要想確認(rèn)控制系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量以及是否在系統(tǒng)中應(yīng)用PLC技術(shù)，則需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)目標(biāo)及系統(tǒng)情況，對(duì)控制方式加以明確，從而對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的特性和復(fù)雜性進(jìn)行綜合分析。分析方式應(yīng)從以下幾點(diǎn)入手：

（1）控制系統(tǒng)的整體規(guī)模;

（2）生產(chǎn)技術(shù)的復(fù)雜程度;

（3）控制系統(tǒng)的可靠度是否符合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn);

（4）信息數(shù)據(jù)的處理效率。

2.2 確定I/O點(diǎn)數(shù)

對(duì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中需要輸出、輸入的接口點(diǎn)數(shù)和具體的I/O模塊進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)定。同時(shí)為了增強(qiáng)PLC系統(tǒng)內(nèi)存分配的合理性，需要對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)及PLC的交互方式進(jìn)行嚴(yán)格把控。

2.3 PLC機(jī)型的選擇

隨著PCL技術(shù)的廣泛應(yīng)用，如今已經(jīng)發(fā)展成為構(gòu)造電氣裝置自控體系的核心，對(duì)電氣設(shè)備能否正常運(yùn)行起著關(guān)鍵性作用。

因此，在對(duì)PLC系統(tǒng)裝置進(jìn)行選擇判斷時(shí)，一定要謹(jǐn)慎認(rèn)真，包括型號(hào)類(lèi)別、接口數(shù)量、內(nèi)存配比等內(nèi)容，以便確保PLC系統(tǒng)裝置與電氣裝置的型號(hào)相匹配，這樣才能充分發(fā)揮PLC系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值，擴(kuò)大生產(chǎn)企業(yè)的利潤(rùn)空間。

2.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC作為電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的可編程控制器，其系統(tǒng)硬件主要分為兩個(gè)模塊，分別是機(jī)箱和顯示器。其中機(jī)箱內(nèi)配備裝置包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)、數(shù)字量的轉(zhuǎn)化模塊、模擬量以及故障切除模塊。主機(jī)的作用除了負(fù)責(zé)對(duì)各項(xiàng)運(yùn)行命令進(jìn)行解析和傳輸之外，還負(fù)責(zé)控制電機(jī)速度參數(shù)及優(yōu)化輔助模塊。數(shù)字量轉(zhuǎn)化模塊由開(kāi)關(guān)組件、控制器和觸發(fā)信號(hào)組成，放大之后可實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)和繼電裝置的控制;模擬量模塊的功能主要用來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行收集，包括電壓、電流、溫度等;故障切除模塊的主要作用是用來(lái)對(duì)故障實(shí)施處理工作，包括壓力參數(shù)過(guò)大、柴油機(jī)運(yùn)行失常、電機(jī)溫度超標(biāo)等內(nèi)容的處理，從而維持系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（1）PLC控制系統(tǒng)可以完成伺服電機(jī)的信號(hào)的采集和處理，確保電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

（2）基于PLC控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，也可將其應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的信息控制。所謂信息控制即是指數(shù)據(jù)處理，包括信息采集、信息存儲(chǔ)、信息傳輸?shù)炔僮?，在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)，通過(guò)采集和處理工業(yè)機(jī)器人的內(nèi)部與外部的信息參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)顯示在數(shù)據(jù)顯示屏上，如果將工業(yè)機(jī)器人與計(jì)算機(jī)連接的話，還可以將顯示屏上的數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示屏對(duì)這些數(shù)據(jù)信息做更深層次的處理。

（3）為了避免系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中發(fā)生數(shù)據(jù)丟失或被惡意篡改的問(wèn)題，可以將這些數(shù)據(jù)信息發(fā)送到存儲(chǔ)空間，進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。由此可見(jiàn)，PLC控制系統(tǒng)的本質(zhì)其實(shí)是借助一系列程序操控的內(nèi)存模完成程序設(shè)計(jì)通過(guò)邏輯量對(duì)各種操作命令實(shí)施執(zhí)行，由數(shù)字量、模擬量及接口模塊完成設(shè)備操作。

（4）PLC控制系統(tǒng)即便在惡劣的環(huán)境中仍然可以保障系統(tǒng)始終保持于安穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，并且系統(tǒng)輕便易于操作，故而成為工業(yè)數(shù)控體系中的核心部分。

2.5 抗干擾設(shè)計(jì)

PLC背景下，針對(duì)于電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)，可以從以下三點(diǎn)著手：

（1）電源部分的抗干擾設(shè)計(jì)。電源模塊中的核心部分為電源變壓裝置，對(duì)這部分進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，采用容量參數(shù)超過(guò)額定需求1.2倍以上的隔離變壓設(shè)備，進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)。條件允許的情況下，還可在電源模塊中加裝濾波設(shè)備，選用雙絞線模式進(jìn)行級(jí)連，從而將信號(hào)干擾的影響降至最低;

（2）輸入輸出信號(hào)的抗干擾設(shè)計(jì)。想要保持輸出輸入信號(hào)的穩(wěn)定，需要借助絕緣I/O組件。首先，輸入信號(hào)之所以受到干擾，源于線路之間的差模干擾所致，采用濾波器進(jìn)行消除處理。對(duì)于線路和大地間的共模干擾，可以借助接地控制加以消除;其次，輸出信號(hào)通常是受PLC開(kāi)關(guān)量的干擾，根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況將，其進(jìn)一步優(yōu)化;

（3）外部配線的抗干擾設(shè)計(jì)。信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中之所以會(huì)受到很大的干擾，主要源于系統(tǒng)外部線路間出現(xiàn)的互感和分布電容所導(dǎo)致。要想將這些干擾因素消除，需要在交直流的輸出、輸入配備相應(yīng)的電纜線路。同時(shí)還應(yīng)在集成線路和晶體管電路中設(shè)置屏蔽模塊，以此降低干擾的影響。

3 PLC技術(shù)在電氣設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 選擇定位應(yīng)用范圍

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的控制，實(shí)現(xiàn)PLC技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，基于PLC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC技術(shù)，可進(jìn)一步推動(dòng)電氣自動(dòng)化設(shè)備向現(xiàn)代化、智能化的方向發(fā)展。為了充分發(fā)揮PLC技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用價(jià)值，在應(yīng)用PLC技術(shù)之前，需要對(duì)當(dāng)前電氣自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行合理定位，在此基礎(chǔ)上，對(duì)其定位進(jìn)行綜合全面的分析，從而挖掘出自動(dòng)化控制系統(tǒng)中存在的漏洞，進(jìn)而明確應(yīng)用PLC技術(shù)的切入點(diǎn)，以此增強(qiáng)兩者匹配的精準(zhǔn)度。

3.2 具備相關(guān)設(shè)計(jì)知識(shí)

PLC作為一種編程控制系統(tǒng)，具有系統(tǒng)輕便易于操作的特點(diǎn)，在當(dāng)前工業(yè)數(shù)控系統(tǒng)中具有不可或缺的地位。在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC技術(shù)，是我國(guó)電氣行業(yè)控制技術(shù)未來(lái)發(fā)展的主導(dǎo)方向，同時(shí)還能滿(mǎn)足電氣行業(yè)控制技術(shù)的總體需求。在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC技術(shù)時(shí)，需要技術(shù)人員具備一定基礎(chǔ)理論知識(shí)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合自動(dòng)化控制需求，選擇合理的PLC技術(shù)，共同發(fā)揮兩者的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

3.3 注重細(xì)節(jié)檢測(cè)設(shè)計(jì)

由于PLC技術(shù)屬于現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)編程系統(tǒng)，在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC技術(shù)時(shí)，為了增強(qiáng)二者的協(xié)作性與融合性，要求電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)同樣具備一定程度的先進(jìn)性和靈活性。PLC技術(shù)作為信息技術(shù)發(fā)展下的新型產(chǎn)物，應(yīng)用于電氣行業(yè)的時(shí)間比較短，不具備充足的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為此，在應(yīng)用的過(guò)程中應(yīng)著重細(xì)節(jié)之處的設(shè)計(jì)與檢測(cè)。在檢測(cè)的過(guò)程中，先要對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，通過(guò)調(diào)整和控制電氣設(shè)備，對(duì)PLC系統(tǒng)控制功能的執(zhí)行效率加以判斷。此外，完成對(duì)核心部位的調(diào)試檢測(cè)之后，還需要對(duì)細(xì)節(jié)之處做進(jìn)一步檢測(cè)，從而確保PLC系統(tǒng)的有效性和可行性，進(jìn)一步提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

3.4 在配電繼電保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用遠(yuǎn)程監(jiān)控

傳統(tǒng)10 kV配電系統(tǒng)采用繼電器系統(tǒng)、分布監(jiān)測(cè)計(jì)量以及分布控制方式，這種系統(tǒng)對(duì)于電氣設(shè)備的故障診斷，主要是通過(guò)人工平時(shí)巡檢和計(jì)劃?rùn)z修，一旦電氣設(shè)備出現(xiàn)突發(fā)性故障或者存在潛在的安全隱患，該系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)對(duì)這些故障實(shí)施處理，從而降低電力系統(tǒng)供電的可靠性。PLC控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)集中控制和監(jiān)測(cè)的計(jì)量方式，有利于提高配電系統(tǒng)的運(yùn)行管理和自動(dòng)化水平，以此增強(qiáng)電力系統(tǒng)供電的安全性和穩(wěn)定性，為工作人員減輕了不少的工作負(fù)擔(dān)。因此，采用PLC技術(shù)對(duì)10 kV配電系統(tǒng)進(jìn)行全天候遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的異常情況，并及時(shí)采取處理措施將故障排除，不僅大大縮短了檢修時(shí)間，而且還能確保電力系統(tǒng)長(zhǎng)期處于安全、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)中。

（1）利用PLC技術(shù)對(duì)10 kV配電繼電保護(hù)系統(tǒng)傳感器進(jìn)行采樣，以便提取和傳輸參數(shù);

（2）通過(guò)PLC控制系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)向上位機(jī)進(jìn)行傳送，之后通過(guò)上位機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)應(yīng)用組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)10 kV配電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理與監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容包括10 kV配電繼電保護(hù)系統(tǒng)的總受柜、1#變壓器配出柜及2#變壓器配出柜的三相電壓是否存在欠壓情況以及三相電流過(guò)流情況是否穩(wěn)定等。此外，在對(duì)10 kV配電系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)或設(shè)備存在異常狀況時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)則會(huì)及時(shí)發(fā)出故障警報(bào)，同時(shí)在計(jì)算機(jī)顯示屏中顯示報(bào)警畫(huà)面。

（3）PLC技術(shù)除了實(shí)現(xiàn)對(duì)10 kV配電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控之外，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控。將PLC通訊接口與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)結(jié)，從而構(gòu)建起網(wǎng)絡(luò)通訊的橋梁，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控畫(huà)面對(duì)工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)對(duì)工業(yè)機(jī)器人調(diào)整生產(chǎn)方案，從而促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)科技水平不斷地進(jìn)步，工業(yè)領(lǐng)域正在面臨技術(shù)革新階段，自動(dòng)化電氣設(shè)備作為生產(chǎn)中的主要?jiǎng)趧?dòng)力，其性能高低直接影響著生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益?；赑LC技術(shù)系統(tǒng)輕便易于操作的特點(diǎn)，在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC技術(shù)，徹底打破了傳統(tǒng)計(jì)數(shù)裝置的限制，使得系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)得以深度優(yōu)化，我國(guó)電氣行業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展推向了更高層次的臺(tái)階，真正意義上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量，高性?xún)r(jià)比的現(xiàn)實(shí)操作。

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