PLC技術(shù)在電氣工程自動化控制中的應(yīng)用

歐陽敏

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引言

伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動化控制技術(shù)應(yīng)用日漸廣泛，能夠為電氣設(shè)備穩(wěn)定運行提供支持。但從電氣工程應(yīng)用實踐來看，設(shè)備自動化控制容易出現(xiàn)各類問題，需要引入PLC技術(shù)提高工程自動化控制水平，保證設(shè)備高效、安全工作。因此應(yīng)加強PLC技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用研究，合理進行有關(guān)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，從而推動電氣自動化行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 PLC技術(shù)概述

PLC實際為可編程控制器，是在工業(yè)領(lǐng)域適用的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，能夠進行數(shù)據(jù)全面計算，并實現(xiàn)結(jié)果自動分析和數(shù)據(jù)自動存儲。相較于及電氣控制柜等其他控制方式，PLC技術(shù)性能強大，可以抵抗各種干擾，為系統(tǒng)運行控制及后期維護提供便利。因為PLC擁有豐富軟件功能，可以減少硬件接線量，降低線路故障發(fā)生幾率。與此同時，PLC擁有較強的通用性，采用的編程語言簡單，無需掌握過多專業(yè)知識。運用PLC技術(shù)，配備了數(shù)據(jù)輸入、輸出和存儲裝置，能夠結(jié)合項目工作需求增減作業(yè)環(huán)節(jié)，在短時間內(nèi)完成項目開發(fā)和現(xiàn)場調(diào)試。在后期升級改造時，可以在不更改硬件的情況下修改在線控制方案，現(xiàn)場調(diào)整控制程序，減輕人員工作壓力的同時，提高設(shè)備生產(chǎn)效率[1]。PLC目前已經(jīng)取得了標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，產(chǎn)品體積較小，可以提供統(tǒng)一設(shè)備接口，增強系統(tǒng)兼容性和集成性，并使系統(tǒng)保持一定拓展性，體現(xiàn)出與時俱進的技術(shù)優(yōu)勢。

2 電氣工程自動化控制中的PLC應(yīng)用

2.1 PLC的開環(huán)控制應(yīng)用

在電氣工程自動化控制方面，系統(tǒng)采用了大量電磁集成元件，在運行期間容易發(fā)生觸電故障。在系統(tǒng)中，多數(shù)電氣設(shè)備接線復(fù)雜，運行期間受開關(guān)及相應(yīng)零部件干擾，造成設(shè)備運行安全性較差。應(yīng)用PLC實現(xiàn)開環(huán)控制，在一定程度上代替繼電接觸器發(fā)揮控制功能，減少設(shè)備中的輔助開關(guān)數(shù)量，獲得斷路器的集中效果，達到實現(xiàn)設(shè)備統(tǒng)一控制的目標(biāo)。在實踐應(yīng)用階段，需要利用接口端子將電氣設(shè)備和計算機連接起來。憑借控制器的定時、計數(shù)等功能，PLC可以完成邏輯運算，實現(xiàn)各種開關(guān)的啟閉控制。實際在工業(yè)領(lǐng)域，使用的PLC需要進行復(fù)雜運算，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，能夠直接記錄生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，滿足系統(tǒng)自動化控制要求。而應(yīng)用PLC實現(xiàn)系統(tǒng)故障診斷和自修復(fù)功能，可以對各部分運行狀態(tài)進行監(jiān)測，根據(jù)記錄的故障數(shù)據(jù)展開分析，實現(xiàn)故障預(yù)警和自動化處理，全面降低系統(tǒng)故障率，保證設(shè)備運行的可靠性。

2.2 PLC的數(shù)字控制應(yīng)用

在電氣工程自動化控制中，需要采集溫度、速度等各種變量的數(shù)據(jù)信息，運用PLC實施控制可以將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過實現(xiàn)數(shù)字控制提高系統(tǒng)控制水準(zhǔn)。在模擬量和數(shù)字量切換方面，PLC可以實現(xiàn)多種控制運算，如PID等，通過前饋補償控制縮短軟件與控制系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)處理時間，提高系統(tǒng)存儲器容量，憑借單回路實現(xiàn)設(shè)備自動化控制[2]。采用高速計數(shù)器，可以順利進行編碼單元轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠距離接收，無需操作即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)換和控制程序。實際在電氣工程中，數(shù)字控制可以劃分為控制和被控制兩部分。根據(jù)程序要求采集數(shù)據(jù)信息，可以生成控制程序，通過編程實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)有效計算和處理。聯(lián)合其他程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)高效篩選和處理，能夠?qū)崿F(xiàn)被控制程序，并保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性和保密性。因此應(yīng)用PLC能夠?qū)崿F(xiàn)自動化系統(tǒng)的有針對性管理，提高系統(tǒng)運行效率。

2.3 PLC的順序控制應(yīng)用

順序控制為電氣自動化控制的重要組成部分，包含功能和主程序兩種模塊。應(yīng)用PLC實現(xiàn)順序控制，可以實現(xiàn)各類程序遠程控制，達到有效管理電氣設(shè)備的目標(biāo)。在將技術(shù)融入順序控制時，可以形成相應(yīng)控制系統(tǒng)，包含現(xiàn)場傳感、遠程控制和主次站模塊，通過系統(tǒng)全面分析掌握系統(tǒng)運行特點和功能，合理進行系統(tǒng)程序編寫，達到降低程序處理次數(shù)的目標(biāo)，從而提高系統(tǒng)程序運行效率[3]。應(yīng)用PLC技術(shù)合理編排系統(tǒng)程序，可以使總線與信息模塊相互配合，實現(xiàn)設(shè)備運行協(xié)調(diào)控制。如在設(shè)備順序控制上，應(yīng)用PLC使主站層、接口和現(xiàn)場傳感器網(wǎng)絡(luò)相互配合，能夠降低設(shè)備發(fā)生故障的幾率，通過計算機分析反映設(shè)備運行存在的問題，通過全面優(yōu)化提高系統(tǒng)整體匹配程度，繼而加強系統(tǒng)設(shè)備的安全維護力度。因此在電氣工程順序控制中，PLC技術(shù)可以發(fā)揮重要功能，為相關(guān)設(shè)備運行效果提供保障。

2.4 PLC的現(xiàn)場控制應(yīng)用

在電氣工程向著自動化方向發(fā)展的情況下，現(xiàn)場設(shè)備日漸增加，對工程自動化控制水平提出了較高要求。應(yīng)用PLC技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備控制功能，可以通過機電一體化管理采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)和監(jiān)控現(xiàn)場作業(yè)流程，達到提高數(shù)據(jù)信息采集效率的目標(biāo)。通過將PLC安裝到現(xiàn)場控制柜上，連接輸出負載和輸入元件，能夠?qū)崿F(xiàn)運行程序整體調(diào)試，對現(xiàn)場各條線路進行檢查，確認存在問題后及時修改。此外，將PLC與計算機軟件結(jié)合，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，對生產(chǎn)過程中的信號進行自動檢測，加強自動化系統(tǒng)監(jiān)控管理。通過對系統(tǒng)控制過程進行診斷，可以發(fā)現(xiàn)失誤和漏洞，通過改進現(xiàn)場自動化操控增強系統(tǒng)穩(wěn)定性[4]。

3 PLC在電氣工程自動化控制中的應(yīng)用實踐

3.1 在斷路器控制中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)自動化控制實踐中，可以應(yīng)用PLC實現(xiàn)斷路器控制，利用繼電器操縱斷路器，可以依靠PLC代替繼電器組件，提升變頻回路控制性能。根據(jù)特定情況，控制斷路器做出正確指示和動作，能夠使系統(tǒng)在發(fā)生問題后自動跳閘和報警，降低動作錯誤率，提升系統(tǒng)檢修和維護成效。高壓斷路器控制回路接線復(fù)雜，使用PLC改進系統(tǒng)控制，可以直接從斷路器操動機構(gòu)箱中引出接線，接入PLC輸入端，作為機構(gòu)行程開關(guān)的常閉接點。在繼電器輸出點電流達到2A的情況下，操縱機構(gòu)控制元件進行110V操作時的電流最大可以達到2A。為保證PLC工作安全，可以利用接觸器作為分合閘輸出執(zhí)行元件，利用常開觸頭控制機構(gòu)線圈。由于PLC接線十分規(guī)律，輸入和輸出接線都設(shè)置公共端，能夠使元件從另一端接入時不會出現(xiàn)錯誤。依靠PLC元件取代復(fù)雜二次接線和邏輯電路，可以取消原本閃光電源，直接通過設(shè)定程序參數(shù)調(diào)整硬件參數(shù)，最終編制得到符合動作要求的控制程序。因此結(jié)合斷路器控制需求，通過選擇適配PLC能夠簡化接線，實現(xiàn)多臺斷路器控制和信號顯示，減少線路維護和檢修工作量。

3.2 在電機調(diào)頻控制中的應(yīng)用

在電氣自動化控制系統(tǒng)中，包含電動機、電源等各種控制與調(diào)節(jié)設(shè)備，需要配備調(diào)頻控制器實現(xiàn)設(shè)備頻率調(diào)節(jié)，保證電機穩(wěn)速運轉(zhuǎn)，達到加強系統(tǒng)功率控制的目標(biāo)。應(yīng)用PLC實現(xiàn)變頻控制，在電源調(diào)制時轉(zhuǎn)換得到不同交流電形式，結(jié)合控制原理可以將控制器劃分為電壓調(diào)頻和電流調(diào)頻兩類。如采用PWM變頻器，可以實現(xiàn)電流調(diào)頻，將電力網(wǎng)絡(luò)中的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，通過調(diào)頻方式完成轉(zhuǎn)化后的直流電處理[5]。使用PLC實現(xiàn)電路信號整理后，可以將直流電重新轉(zhuǎn)換為交流電，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。配備的PLC控制器可以使用電流或電壓傳感器，通過設(shè)計信號采集電路，依靠芯片實現(xiàn)信號輸入端的電壓幅值調(diào)節(jié)，可以完成對應(yīng)信號調(diào)理。依靠總線回路將經(jīng)過處理的信號返回控制芯片和PLC儲存器，能夠完成信號分析和處理。采取仿真模擬方式對設(shè)備運行情況進行分析，可以及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)頻問題，通過自動切換變頻回路加強設(shè)備運行調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度和電機運行效率，保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

3.3 在諧波控制中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)運行期間，隨著負載的變短變化，信號傳輸網(wǎng)絡(luò)中會產(chǎn)生高階諧波，頻率將達到基波頻率的整數(shù)倍，給設(shè)備運行帶來較大危害。采用PLC實現(xiàn)諧波控制，能夠消除諧波，避免電磁元件產(chǎn)生渦流效應(yīng)，造成設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生過大功率和熱量損耗，因此可以保證機械設(shè)備運轉(zhuǎn)的均衡性，避免設(shè)備損壞。在應(yīng)用PLC技術(shù)過程中，可以將控制單元與主電路連接，通過編程實現(xiàn)電流跟蹤和邏輯運算，發(fā)出相應(yīng)控制指令抑制諧波產(chǎn)生。在系統(tǒng)自動化控制過程中，運用PLC能夠?qū)崿F(xiàn)諧波產(chǎn)生的等效電壓和等效電流計算，利用連接的諧波抑制模塊實現(xiàn)諧波抑制功能。針對連續(xù)變化的信號頻率，可以通過算法實現(xiàn)輸出控制，對整個回路運行數(shù)據(jù)進行采集、分析和處理，與存儲器中數(shù)據(jù)比較發(fā)出控制指令。結(jié)合系統(tǒng)自動化控制方案，引入智能模塊、現(xiàn)代通信技術(shù)能夠推動系統(tǒng)智能化和自動化發(fā)展，使PLC技術(shù)發(fā)揮更大優(yōu)勢，增強各種技術(shù)使用效果，保證設(shè)備高效運行的同時，滿足電力資源配置需求。

4 結(jié)束語

發(fā)揮PLC強大技術(shù)優(yōu)勢，可以實現(xiàn)電氣工程設(shè)備的開環(huán)控制、順序控制、數(shù)字控制等各種控制功能，保證工程自動化控制運行更加流暢，繼而提高工程整體運行效率和質(zhì)量。在實踐應(yīng)用過程中，需要結(jié)合控制功能開發(fā)需求合理應(yīng)用PLC技術(shù)，通過掌握PLC技術(shù)原理和應(yīng)用方法實現(xiàn)自動化控制目標(biāo)，達到提高系統(tǒng)運行可靠性的效果。