PLC在工業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用探究

劉瑞濤

(石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣與電子工程系,河北石家莊 050081)

0 引言

為了適應(yīng)當(dāng)今工業(yè)形式的發(fā)展,需要在電氣自動(dòng)化的數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域中不斷創(chuàng)新。PLC作為工業(yè)電氣自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)之一,必須不斷引入新的思路,進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展,并使工業(yè)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化和自動(dòng)化[1]。

1 PLC概述

PLC技術(shù)是由多個(gè)控制序列互連的控制網(wǎng)絡(luò),其主要是利用嵌入式計(jì)算機(jī)與設(shè)備的繼電器觸點(diǎn)連接。這種新的控制方法的出現(xiàn)可在一定程度上有助于電氣自動(dòng)化的靈活控制,且此方法的可靠性較高,最重要的是,可以實(shí)現(xiàn)精確的電氣自動(dòng)化控制。PLC技術(shù)不僅可以按照既有程序進(jìn)行控制,而且可以根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行編程,拓展其功能,實(shí)現(xiàn)多功能控制。PLC的主要結(jié)構(gòu)包括了微處理器、電路模塊、存儲(chǔ)器等,可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)傳輸以及執(zhí)行控制等多個(gè)功能。在PLC技術(shù)中,不同的模塊其主要的功能不一樣,比如微處理器,主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集與處理,是PLC技術(shù)的主要核心部分,而電路模塊主要負(fù)責(zé)信息傳輸,是PLC技術(shù)的連接基礎(chǔ),存儲(chǔ)器主要負(fù)責(zé)程序執(zhí)行和存儲(chǔ),是PLC的操作部分。由于PLC的智能性、高效性和穩(wěn)定性,使得其在控制領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用[2]。

2 PLC技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

通過(guò)PLC技術(shù)控制的設(shè)備在工作過(guò)程中,操作員不需要對(duì)計(jì)算機(jī)有足夠的了解,只需要對(duì)計(jì)算機(jī)編程有一點(diǎn)了解。開(kāi)發(fā)過(guò)程不會(huì)花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間,設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程中的技術(shù)要求也不是很高,這使工作變得更容易,從而顯著提高了整體質(zhì)量和效率。另外,硬件配套設(shè)施可以適應(yīng)不同的情況,系統(tǒng)配置的各種組合形成具有不同功能的控制系統(tǒng),且維修非常方便,可以在運(yùn)行過(guò)程中執(zhí)行自我診斷,以便及時(shí)消除故障。另外,系統(tǒng)本身的故障率不是很高,因此系統(tǒng)在運(yùn)行中具有巨大的優(yōu)勢(shì)。主要有以下優(yōu)勢(shì)[3]:

(1)編程簡(jiǎn)單、可用性強(qiáng):PLC技術(shù)中使用的編程方法是梯形圖。該編程方法使用編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制功能,而且梯形圖中的線路也相對(duì)清晰。技術(shù)人員和PLC用戶都可以自己閱讀用戶手冊(cè)或簡(jiǎn)短的教程可以快速掌握梯形圖編程控制程序,這種簡(jiǎn)單易用的編程方法可以滿足不同用戶的需求。

(2)可靠性高,抗干擾能力強(qiáng):基于PLC技術(shù)的當(dāng)前應(yīng)用和生產(chǎn),大規(guī)模集成電路技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用并且具有相當(dāng)高的可靠性。PLC可以實(shí)現(xiàn)在線編程,使生產(chǎn)過(guò)程發(fā)生了很大的變化,因此被廣泛應(yīng)用于小批量生產(chǎn)和控制各種工業(yè)生產(chǎn)。作為微處理器控制設(shè)備,PLC在內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造中使用了大量的抗干擾組件,例如軟繼電器,警戒時(shí)鐘等軟件和屏蔽、濾波器、隔離等硬件。當(dāng)工業(yè)設(shè)備發(fā)生故障時(shí),警戒時(shí)鐘會(huì)及時(shí)響應(yīng)異常信息,使員工能夠及時(shí)保護(hù)和維修故障設(shè)備。

(3)功能完善,適用范圍廣:在PLC內(nèi)部安裝了各種硬件,以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、驅(qū)動(dòng)程序通信、人機(jī)對(duì)話、自動(dòng)記錄和檢測(cè)等功能。它把各種簡(jiǎn)單和復(fù)雜的功能集成在一起,可以控制生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)線以及各種系統(tǒng)。

(4)減少設(shè)計(jì)和施工工作量:從PLC控制器的角度來(lái)看,應(yīng)用存儲(chǔ)邏輯將先前的連接邏輯覆蓋。顯著減少了外部設(shè)備的布線,縮短了系統(tǒng)構(gòu)建周期,降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性,并簡(jiǎn)化了硬件和軟件維護(hù)。通過(guò)以上改進(jìn)不僅可以減少硬件安裝工作量,而且可以減少后續(xù)使用期間的檢測(cè)。這項(xiàng)工作大大減輕了工作量。

3 PLC在工業(yè)電氣自動(dòng)化的應(yīng)用基礎(chǔ)

PLC是一套非常復(fù)雜的系統(tǒng),其包含了多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)與應(yīng)用。主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容[4]:

(1)PLC工業(yè)電氣自動(dòng)化的應(yīng)用是基于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上的,因此必須通過(guò)本地通信網(wǎng)絡(luò)與中心服務(wù)器相互連接,以便為員工提供隨時(shí)隨地管理計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。如今,基于客戶端/服務(wù)器和基于瀏覽器/服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)通信模型已廣泛應(yīng)用于所有制造業(yè),通信模型的特定選擇基于工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)PLC工業(yè)電氣自動(dòng)化的需求。

(2)在執(zhí)行PLC工業(yè)電氣自動(dòng)化應(yīng)用程序時(shí)對(duì)硬件要求的分析:通常有兩個(gè)方面的要求,一種是自動(dòng)控件的安裝和使用,這是對(duì)物理數(shù)據(jù)監(jiān)視的最簡(jiǎn)單的操作,以使電機(jī)保持最佳工作狀態(tài);另一方面,某些設(shè)備被用作實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化應(yīng)用的媒介,如電機(jī)通常用于自動(dòng)控制與電機(jī)有關(guān)的所有生產(chǎn)機(jī)械和設(shè)備。

(3)PLC工業(yè)電氣自動(dòng)化中軟件需求的分析和應(yīng)用:要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,最重要的是內(nèi)部PLC工業(yè)電氣自動(dòng)化可以與外部設(shè)備很好地連接。當(dāng)前,自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用通常包括初始化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),創(chuàng)建集中的運(yùn)行程序庫(kù),使用密碼控制過(guò)程,檢測(cè)和監(jiān)視設(shè)備狀態(tài),在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)管理操作以及PLC主機(jī)電機(jī)操作系統(tǒng)已連接到控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)確保在獨(dú)立執(zhí)行操作的基礎(chǔ)上相互協(xié)調(diào)發(fā)展,并共同促進(jìn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的使用和實(shí)施。

(4)PLC工業(yè)電氣自動(dòng)化中變頻調(diào)速系統(tǒng)也很重要。工業(yè)電氣自動(dòng)化的最大目標(biāo)是在制造過(guò)程中隨時(shí)隨地根據(jù)電流和電壓的變化來(lái)改變機(jī)器本身的功能,并改變電壓,這會(huì)在整個(gè)制造和工業(yè)系統(tǒng)中造成混亂。變頻器速度控制通過(guò)全局和局部變量實(shí)現(xiàn)與PLC電機(jī)控制的通信。

4 PLC在工業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

4.1 開(kāi)關(guān)量控制應(yīng)用

在傳統(tǒng)的電氣開(kāi)關(guān)數(shù)量自動(dòng)控制中,主要使用磁點(diǎn)繼電器進(jìn)行操作,該控制方法系統(tǒng)接線的操作復(fù)雜,因此其控制的可靠性和穩(wěn)定性較差,各種外部因素會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行效率低的缺點(diǎn)。在電氣自動(dòng)化控制中,有必要改進(jìn)繼電器,并嚴(yán)格控制操作過(guò)程中觸點(diǎn)故障的可能性。PLC技術(shù)可以有效改善這一控制過(guò)程。

4.2 PLC技術(shù)在火電廠中的應(yīng)用

PLC技術(shù)在火電廠中的應(yīng)用可以有效增加經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率。借助PLC控制系統(tǒng),操作員可以監(jiān)控煤處理系統(tǒng),從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。此外,就火電廠的泵啟動(dòng)方法而言,自動(dòng)泵送系統(tǒng)包括三種方法:自動(dòng)啟動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)控制箱啟動(dòng)和機(jī)器側(cè)屏手動(dòng)啟動(dòng)。首先,就自動(dòng)啟動(dòng)模式而言,PLC自動(dòng)泵控制系統(tǒng)中的泵啟動(dòng)由內(nèi)部順序控制模塊控制,該模塊由啟停備用泵來(lái)確定。從目前來(lái)看,泵控制主要包括PLC控制和常規(guī)控制。在這兩種方法中,PLC是主要方法,常規(guī)控制可以視為PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的安全電路,因此,即使出現(xiàn)問(wèn)題,也可以保證泵的正常運(yùn)行[5]。

4.3 PLC技術(shù)在立體倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用

由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新,促進(jìn)了各種電氣設(shè)備的廣泛使用。當(dāng)前,在線電子商務(wù)的發(fā)展已逐漸成為時(shí)代的新趨勢(shì),也為現(xiàn)有的電子商務(wù)物流領(lǐng)域的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。在物流行業(yè)中,PLC技術(shù)的應(yīng)用可以優(yōu)化立體倉(cāng)庫(kù)的建設(shè)。立體倉(cāng)庫(kù)主要包括水平移動(dòng)結(jié)構(gòu)以及垂直升降結(jié)構(gòu)。使用PLC技術(shù)可以改變整個(gè)過(guò)程,優(yōu)化貨物運(yùn)輸?shù)恼麄€(gè)階段,提高貨物的存儲(chǔ)效率,并有助于改善倉(cāng)庫(kù)建設(shè)水平。立體倉(cāng)庫(kù)使用閉環(huán)控制來(lái)收集在整個(gè)過(guò)程中需要使用的數(shù)據(jù)并進(jìn)行編譯。編譯后的數(shù)據(jù)發(fā)送到PLC控制系統(tǒng)端口,以實(shí)現(xiàn)全過(guò)程控制。該技術(shù)的使用不僅可以優(yōu)化貨物運(yùn)輸,而且可以最大程度地避免人為因素造成的錯(cuò)誤,從而為電子商務(wù)物流業(yè)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)[6]。

4.4 PLC技術(shù)在供熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

供熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)采用PLC技術(shù),使用人機(jī)交互設(shè)備,并通過(guò)收集PLC數(shù)據(jù),監(jiān)視模塊和其他接口設(shè)備來(lái)監(jiān)視一級(jí)網(wǎng)和二級(jí)網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。PLC完成一級(jí)和二級(jí)網(wǎng)的連接后,在收集供水的溫度,壓力和流量后,必須使用微處理器,程序存儲(chǔ)器等調(diào)整電磁閥,變頻器和泵的運(yùn)行參數(shù)。供熱站和其他設(shè)備控制循環(huán)水的量,以及吸收和排出介質(zhì)中的熱量,以實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱站的控制。PLC控制系統(tǒng)包括以下控制方法:(1)調(diào)節(jié)電動(dòng)控制閥:主要根據(jù)二級(jí)網(wǎng)的供熱溫度曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)控制熱交換器的一級(jí)網(wǎng)的流量,然后使用PID控制器控制一級(jí)網(wǎng)的回流管道的電磁閥控制設(shè)置。將一級(jí)網(wǎng)供應(yīng)到熱交換器,從而調(diào)節(jié)向二級(jí)網(wǎng)供應(yīng)的水的溫度。(2)循環(huán)泵的控制:由PID控制器控制,以控制循環(huán)泵的性能,以實(shí)現(xiàn)二級(jí)網(wǎng)的供水和回水之間的設(shè)定壓力差,并間接控制二級(jí)網(wǎng)的循環(huán)流量。(3)調(diào)節(jié)補(bǔ)水泵:控制補(bǔ)水泵的頻率,控制輔助流量,穩(wěn)定輔助網(wǎng)絡(luò)的背壓設(shè)置以及實(shí)現(xiàn)輔助網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)補(bǔ)給。(4)PLC控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)二級(jí)網(wǎng)的溫度:控制一級(jí)網(wǎng)中的水的供應(yīng)和返回,然后通過(guò)二級(jí)網(wǎng)的流量控制所有供熱,從而調(diào)節(jié)供熱站[7]。

4.5 PLC技術(shù)在水處理中的應(yīng)用

PLC技術(shù)在水處理中的應(yīng)用整個(gè)過(guò)程大致可分為三個(gè)部分:水增壓原水站、一級(jí)反滲透和二級(jí)反滲透。每個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)都需要獨(dú)立的管理和操作。水處理系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集和順序控制功能,PLC主要執(zhí)行順序控制,也可以通過(guò)編程對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的保護(hù)和鎖定。操作員站的上位機(jī)屏幕可以顯示過(guò)程和測(cè)量參數(shù)以及組參數(shù)。當(dāng)參數(shù)超過(guò)警報(bào)閾值或控制對(duì)象發(fā)生故障并且狀態(tài)改變時(shí),該參數(shù)可以以不同的顏色顯示或閃爍,并發(fā)出聲音報(bào)警。使用屏幕上的控制按鈕可以選擇三種操作模式:自動(dòng)模式,組模式或遠(yuǎn)程手動(dòng)控制。操作員站可以定期打印出操作數(shù)據(jù)記錄,報(bào)警記錄,設(shè)備操作記錄等。PLC編程應(yīng)幫助人們實(shí)時(shí)改善水箱的狀況。通過(guò)壓力式液位計(jì)對(duì)原水箱、純水箱和試驗(yàn)水池液位進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控。當(dāng)水位變化時(shí),液位計(jì)將向控制模塊傳輸信號(hào)。如果原水箱未滿,則可以打開(kāi)原水電磁閥門,未經(jīng)處理的水進(jìn)入水箱,然后打開(kāi)處理閥,但是在此過(guò)程中將有大約兩秒鐘的延遲。在此過(guò)程中,濃水電磁門會(huì)隨第一級(jí)高壓泵打開(kāi),高壓泵將水抽入原水箱。待液位達(dá)到設(shè)定值以后一級(jí)泵停止,電磁閥關(guān)閉。由于PLC編程操作簡(jiǎn)單方便,不受外界影響,因此可靠性高,并促進(jìn)水處理系統(tǒng)的連續(xù)高效運(yùn)行[8]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,PLC技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用有極大的優(yōu)勢(shì),可以極大的提高工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量,已在多個(gè)行業(yè)中取得非常好的應(yīng)用效果。本文簡(jiǎn)單分析了PLC技術(shù)在火電廠、立體倉(cāng)庫(kù)、供熱站以及水處理中的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,PLC技術(shù)也不斷取得進(jìn)步,未來(lái)PLC技術(shù)將更為智能化,在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用也將越來(lái)越廣泛。