PLC技術(shù)在電氣設(shè)備自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

趙 銳，何 毅，支明辰，陳文軍，王復(fù)澳

（上海寶冶冶金工程有限公司機(jī)電分公司，上海 200000）

1 PLC技術(shù)的背景與意義

PLC 是指可編程邏輯控制器，它是一種可以應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境下的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它借助一種可以編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并按照特定的指令或者提前設(shè)置好的特定流程從一個(gè)指令過渡到另一個(gè)指令，通過數(shù)字式或者模擬式的輸入輸出方式來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或者生產(chǎn)過程，使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化[1]。而且PLC 技術(shù)只能單方向的從一個(gè)指令過渡到另一個(gè)指令，而不能進(jìn)行循環(huán)的過渡；同時(shí)，在相同的一段時(shí)間之內(nèi)，PLC 技術(shù)只能對(duì)一段已經(jīng)編好的程序進(jìn)行執(zhí)行操作，并按照特定的程序和特定的流程進(jìn)行下去。

在實(shí)際運(yùn)用的過程中，PLC 技術(shù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不需要進(jìn)行實(shí)際的接線，其內(nèi)部需要的線路之間的有效連接可以通過軟件來完成，而PLC 技術(shù)僅僅需要的是在連接PLC 系統(tǒng)的輸入端以及輸出端的部位所需要的接線[2]。PLC 技術(shù)在實(shí)際運(yùn)行的過程中，可以通過內(nèi)部提前編好的程序進(jìn)行自動(dòng)存儲(chǔ)，如果控制的要求需要更改時(shí)，可以直接對(duì)PLC 系統(tǒng)所借助的存儲(chǔ)器中的程序進(jìn)行更改即可，而因?yàn)镻LC 系統(tǒng)內(nèi)部的線路不是實(shí)際的接線，其之間的連接是通過軟件來進(jìn)行的，所以并不需要對(duì)線路的更改，因此它的適用范圍很廣，而且使用起來是非常便利的。

PLC 隸屬于計(jì)算機(jī)的一種，它主要由接口的電路、電源、通信模塊等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在電器設(shè)備自動(dòng)化控制當(dāng)中取得了廣泛的應(yīng)用。在整個(gè)PLC 系統(tǒng)中，程序的運(yùn)行、指令的過渡等操作所需要的動(dòng)力均來源于電源的結(jié)構(gòu)，電源的穩(wěn)定直接影響著整個(gè)系統(tǒng)能否穩(wěn)定的運(yùn)行，指令能否穩(wěn)定的過渡。所以電源在選用的過程中應(yīng)該以電壓是否能夠穩(wěn)定以及它的蓄電容量能否達(dá)標(biāo)等作為選擇的標(biāo)準(zhǔn)，要嚴(yán)格按照要求對(duì)電源進(jìn)行選擇[3]。在整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力穩(wěn)定時(shí)，CPU 可以根據(jù)提前設(shè)定好的程序?qū)Ξ?dāng)前系統(tǒng)在運(yùn)行過程中所呈現(xiàn)的狀態(tài)進(jìn)行判斷，并將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳送到輸出裝置。PLC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的輸入以及輸出等依靠的是接口電路來完成的，而雖然有很多種不同的接口電路，每種不同的接口電路的接口均存在差異，但是它們的共同作用都是將數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入或者輸出。PLC 系統(tǒng)可以適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境而順利地進(jìn)行程序的運(yùn)行，而且操作非常便利，因此應(yīng)用的范圍非常廣泛。

2 PLC在電氣設(shè)備自動(dòng)化控制當(dāng)中的應(yīng)用策略

PLC 系統(tǒng)在電氣設(shè)備自動(dòng)化控制當(dāng)中主要應(yīng)用的范圍包括：在數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用、在交通控制系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用以及在中央空調(diào)中的應(yīng)用。①PLC 系統(tǒng)在數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用：雖然有很多的控制系統(tǒng)應(yīng)用在數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，但是PLC 控制系統(tǒng)的應(yīng)用相比于其他系統(tǒng)操作起來更加的簡便，而且PLC 系統(tǒng)的應(yīng)用會(huì)讓數(shù)控系統(tǒng)在定位控制的過程當(dāng)中更加準(zhǔn)確。②PLC 系統(tǒng)在中央空調(diào)方面的應(yīng)用：由于PLC 系統(tǒng)具有比較穩(wěn)定的性能，而且在操作時(shí)也非常方便，所以PLC 系統(tǒng)會(huì)在中央空調(diào)方面廣泛應(yīng)用。PLC 系統(tǒng)在交通控制系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用主要的表現(xiàn)為：對(duì)交通信號(hào)燈的控制以及對(duì)交通信號(hào)燈總線路的控制[4]。將PLC 電氣設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用在交通信號(hào)方面，不僅減少了在控制交通時(shí)的人力，尤其是高峰期時(shí)需要較大的人力來控制交通，以防止交通堵塞；而且PLC 的應(yīng)用也可以更加準(zhǔn)確、及時(shí)監(jiān)控和掌握相關(guān)路段的交通情況?，F(xiàn)階段由于交通信號(hào)燈系統(tǒng)以及城市人工智能系統(tǒng)在交通方面的聯(lián)合應(yīng)用，也使得交通控制系統(tǒng)更加智能化以及現(xiàn)代化，比較巧妙的緩解了整個(gè)城市在上下班高峰期時(shí)交通擁堵的情況，方便了人們的出行；同時(shí)在交通系統(tǒng)中的智能化和現(xiàn)代化的應(yīng)用，會(huì)在車輛行駛時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)抓拍，減少了車輛違規(guī)違章甚至違法情況的發(fā)生，促進(jìn)了交通秩序的規(guī)范化。

2.1 順序控制

順序控制指的是每一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須要根據(jù)所輸入的信號(hào)進(jìn)行順序操作，但是在實(shí)際的運(yùn)行的過程中，隨著時(shí)間的延長，設(shè)備所消耗的能量也會(huì)越來越多，從而加大了生產(chǎn)過程中的投入，經(jīng)濟(jì)利益也會(huì)隨之降低[5]。而PLC 技術(shù)在順序控制方面的使用，可以減少這種現(xiàn)象的發(fā)生，PLC 控制系統(tǒng)可以通過對(duì)開關(guān)量的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行順序的控制，而對(duì)每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的單獨(dú)控制可以通過模塊的形式來實(shí)現(xiàn)，從而極大地減少了在其中一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)而導(dǎo)致的整個(gè)系統(tǒng)的非正常運(yùn)行現(xiàn)象的發(fā)生，降低了每個(gè)單獨(dú)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障而產(chǎn)生的對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的不良影響。

2.2 開關(guān)控制

開關(guān)控制指的是通過對(duì)繼電器的聯(lián)通和斷開之間的值進(jìn)行有效控制，而實(shí)現(xiàn)的對(duì)整個(gè)電氣設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的控制。以往的開關(guān)量控制的方法還存在一定的缺陷，而這些缺陷會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正常的運(yùn)行產(chǎn)生比較大的不良的影響，例如其穩(wěn)定性不足、敏感性極低等。而PLC 技術(shù)在開關(guān)控制中的應(yīng)用，改善了以往傳統(tǒng)控制技術(shù)所存在的缺陷，有效地控制了開關(guān)量，提高了整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量，同時(shí)安全事故發(fā)生的概率也大幅降低，這對(duì)于整個(gè)電氣設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)來說是一個(gè)巨大的進(jìn)步，使其應(yīng)用范圍也逐步擴(kuò)大。

2.3 閉環(huán)控制

閉環(huán)控制主要指的是接受輸出數(shù)據(jù)的設(shè)備，在根據(jù)指令運(yùn)行結(jié)束以后，會(huì)將運(yùn)行的相關(guān)結(jié)果作為下一次的輸出信號(hào)重新傳送給控制系統(tǒng)進(jìn)行判斷，在判斷結(jié)束后，會(huì)再次向接收輸出設(shè)備的設(shè)備發(fā)布指令，在指令運(yùn)行結(jié)束后，再次將運(yùn)行結(jié)束之后的結(jié)果傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)會(huì)再次對(duì)運(yùn)行的數(shù)據(jù)以及成效進(jìn)行判斷，并向輸出設(shè)備重新發(fā)布指令，輸出設(shè)備會(huì)進(jìn)行再一次的運(yùn)行。像這種輸出設(shè)備以及控制系統(tǒng)之間的循環(huán)即指的是閉環(huán)系統(tǒng)。具體的操作程序?yàn)椋涸诶肞LC 系統(tǒng)控制電機(jī)時(shí)，運(yùn)用閉環(huán)控制的PLC 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩等相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，在電機(jī)的相關(guān)參數(shù)超出正常范圍時(shí)，就會(huì)及時(shí)對(duì)電機(jī)發(fā)布一個(gè)新的調(diào)控指令來使電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)回到正常范圍。

PLC 技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力泵的控制，PLC 技術(shù)可以對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行精準(zhǔn)的分析，通過對(duì)動(dòng)力泵實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)的分析以及閉環(huán)控制模式的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)關(guān)鍵部位的監(jiān)控以及檢測(cè)：通過對(duì)溫度以及運(yùn)行的具體狀態(tài)等方面來實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)的關(guān)鍵部位[6]。在閉環(huán)控制模式下，整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)信息的傳輸更加快速高效、系統(tǒng)的運(yùn)行效率也相比之前更加高效，而且PLC 的閉環(huán)系統(tǒng)在通常情況下采用的是單通道，所以在信息的傳輸過程中受到干擾的可能性就會(huì)明顯降低，準(zhǔn)確性也會(huì)有所提升。所以在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，可以將PLC 技術(shù)應(yīng)用在電器設(shè)備自動(dòng)化當(dāng)中，使得整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率大幅提升。

2.4 運(yùn)行控制

運(yùn)行控制主要是對(duì)電氣系統(tǒng)中各個(gè)部件的具體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控以及控制。這對(duì)于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、保證各個(gè)部件的正常運(yùn)行狀態(tài)具有很大的意義。由于各個(gè)部件在運(yùn)行的過程中不是一成不變的，而是動(dòng)態(tài)變化的，所以運(yùn)行控制根據(jù)的是各個(gè)部件狀態(tài)的變化，并通過對(duì)多個(gè)單機(jī)片進(jìn)行集成的方法對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)設(shè)備的損壞程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)更換損壞嚴(yán)重的部件，有效防止事故的發(fā)生。

還需要不斷地將PLC 系統(tǒng)在電器設(shè)備自動(dòng)化中的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步的研發(fā)以及更新，將PLC 技術(shù)融入到電器設(shè)備自動(dòng)化領(lǐng)域，設(shè)計(jì)出更多更好的人工智能化的產(chǎn)品，使得人機(jī)界面更加成熟穩(wěn)定，也使得生產(chǎn)效率極大提高，應(yīng)用的范圍越來越廣泛?，F(xiàn)階段，PLC 技術(shù)在計(jì)算計(jì)散熱控制系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用也越來越廣泛，其相比于其他的控制系統(tǒng)而言具有比較顯著的優(yōu)勢(shì)：穩(wěn)定性更高、操作更加的簡便、響應(yīng)更加及時(shí)等。除此之外，PLC 技術(shù)在變頻器方面的使用也比較多，它可以對(duì)變頻器的工作進(jìn)行積極有效的配合，從而使效率大幅提升，系統(tǒng)的調(diào)速性能也得到了很大程度的改善。

3 PLC在電氣自動(dòng)化控制應(yīng)用中的要點(diǎn)

（1）在電氣自動(dòng)化控制之中使用PLC 技術(shù)，濕度的影響較大，需要保障PLC 技術(shù)應(yīng)用程度，這一因素非常的重要。一般情況下，需要保障的濕度不超過85%。

（1）在工業(yè)自動(dòng)化控制之中應(yīng)用PLC 技術(shù)，PLC 會(huì)由于振動(dòng)出現(xiàn)一些不良影響，影響主要在特定頻率上體現(xiàn)，在運(yùn)用PLC 技術(shù)時(shí)，保障其介于10～55 Hz[7]。

（3）在電氣自動(dòng)化生產(chǎn)控制之中使用PLC 技術(shù)，需要對(duì)溫度進(jìn)行科學(xué)控制，要是溫差過大，則會(huì)對(duì)PLC 性能造成一定的影響。一般情況下要保障其所處的溫度為0～55℃。

（4）PLC 技術(shù)在自動(dòng)化控制之中之所以能夠正常的使用，最重要的原因是電能。根據(jù)相關(guān)研究表明，其比較適合使用交流電，電壓為220。同時(shí)，為了把電源線的干擾有效降低，還需要安裝相應(yīng)的屏蔽設(shè)施，借此實(shí)現(xiàn)更好的抗干擾作用。

4 PLC技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用前景

雖然PLC 技術(shù)與其他傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比具有很多的優(yōu)勢(shì)，比如它的穩(wěn)定性比較高、在實(shí)際的操作過程中簡單方便等，但是它的抗干擾能力還不是特別的完善，急需要進(jìn)一步的增強(qiáng)。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)處于一個(gè)極其惡劣的環(huán)境下或者存在較大較強(qiáng)的電磁干擾時(shí)，PLC 控制系統(tǒng)就會(huì)比較容易出現(xiàn)問題，會(huì)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境造成一定程度的影響，破壞原本正常的生產(chǎn)秩序，從而影響了項(xiàng)目的進(jìn)度，降低了效率。所以在PLC 控制技術(shù)方面的增強(qiáng)是很有必要的，需要增加其抗干擾的能力，使其及時(shí)在有較大干擾或者環(huán)境極其惡劣的情況下，都可以正常運(yùn)行。同時(shí)在安裝、設(shè)計(jì)以及應(yīng)用時(shí)也需要進(jìn)行必要的升級(jí)與更新，防止造成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。與此同時(shí)，PLC 技術(shù)在更新升級(jí)的過程中，可以借鑒其他技術(shù)所具有的優(yōu)點(diǎn)，積極吸取最有利的方面，來完成對(duì)系統(tǒng)的更新升級(jí)。目前，DCS 技術(shù)已經(jīng)在不斷的完善更新的過程中，PLC 技術(shù)和DCS 技術(shù)可以互相借鑒，不斷更新，且兩者之間可以逐步發(fā)展為一個(gè)全新的控制應(yīng)用系統(tǒng)，也就是FCS 系統(tǒng)。FCS 系統(tǒng)保存了原本兩個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)的特征以及優(yōu)勢(shì)，成為了最有利的結(jié)合方式，也極大地促進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的控制。

5 結(jié)語

PLC 技術(shù)在電氣設(shè)備自動(dòng)化當(dāng)中的應(yīng)用，不僅將復(fù)雜的繼電器變得簡單化，還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、使得操作起來更加簡單快捷，省去了繁瑣的操作步驟，將整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了不斷的完善，生產(chǎn)以及應(yīng)用的成本也逐步降低。與此同時(shí)，應(yīng)用PLC 技術(shù)時(shí)，極易上手操作，操作人員可以在很短的時(shí)間內(nèi)掌握對(duì)其的操作流程以及維護(hù)技能，所以，PLC 技術(shù)在很多方面都有比較顯著的優(yōu)勢(shì)，為自動(dòng)化的發(fā)展提供了重要的參考依據(jù)。在不遠(yuǎn)的未來，可以完成對(duì)PLC技術(shù)的進(jìn)一步更新，使得其不論環(huán)境是否惡劣、是否存在強(qiáng)烈的電磁干擾都可以有效運(yùn)行，從而使得PLC控制技術(shù)在電器設(shè)備自動(dòng)化當(dāng)中的應(yīng)用得到更加持續(xù)的發(fā)展。