電氣自動化設(shè)備中PLC控制系統(tǒng)的運用研究

陳江波

（中國航空工業(yè)集團公司西安飛機設(shè)計研究所，陜西 西安 710089）

1 電氣自動化設(shè)備PLC控制系統(tǒng)的特點

1.1 處理效率高

繼電器是PLC控制系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，繼電器在很大程度上影響著PLC系統(tǒng)的使用效果，關(guān)系著電氣自動化設(shè)備管理水平。實際處理效率高是自動化設(shè)備中PLC控制系統(tǒng)的主要使用特征之一。PLC系統(tǒng)內(nèi)的繼電器與傳統(tǒng)控制器件之間有明顯差異，PLC繼電器能在沒有導(dǎo)線的支持下正常使用，且也可以不考慮節(jié)點變位時間及返回系數(shù)產(chǎn)生的影響，明顯簡化了數(shù)據(jù)處理過程，提升處理工作效率[1]。

1.2 系統(tǒng)操作便利

將PLC系統(tǒng)運用在電氣設(shè)備中能顯著提升設(shè)備管理水平，進而使設(shè)備生產(chǎn)效率及質(zhì)量得到提高。而之所以能取得以上良好的使用效果，是因為得益于PLC系統(tǒng)操作過程簡便。在自動化設(shè)備內(nèi)，PLC系統(tǒng)能快捷、直接地傳送控制指令，便于工作人員解讀與掌握，有益于降低工人對設(shè)備的操作控制難度，進而提升設(shè)備的使用效率。因為PLC控制系統(tǒng)操作過程較簡單，故而對工作人員的專業(yè)技術(shù)能力沒有提出較高的要求，能幫助使用單位減少人工成本支出。

1.3 系統(tǒng)安全性好

PLC系統(tǒng)自身的安全性、可靠性均處于較高水平，如果能規(guī)范、合理地將其用在電氣設(shè)備領(lǐng)域，則能輔助增強設(shè)備的抗干擾性能，使設(shè)備運作過程的安全性得到更大保障，進而提升生產(chǎn)效率。

2 自動化設(shè)備PLC控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 硬件實現(xiàn)

2.1.1 選擇PLC控制系統(tǒng)

在選用PLC系統(tǒng)之前，要對系統(tǒng)的使用功能進行綜合分析、評估，在確認其符合功能要求的基礎(chǔ)上分析其經(jīng)濟性、適用性等問題。從在成本經(jīng)濟視角上看，PLC技術(shù)自身就是高端、高效與節(jié)能型設(shè)備，改善了既往普通工業(yè)設(shè)備能耗高，可靠性、抗干擾能力差且采用進價昂貴的機電一體化裝置去實現(xiàn)自動檢測與監(jiān)控的局面；對操作便捷性層面進行分析，PLC系統(tǒng)可以被用在不同生產(chǎn)環(huán)境中，確保了系統(tǒng)運行狀態(tài)的穩(wěn)定性，降低故障問題發(fā)生的風(fēng)險。

2.1.2 PLC接口

PLC系統(tǒng)的接口功能是通過調(diào)控程序?qū)嵤┻^程進而發(fā)揮管理控制功能，主要用在數(shù)據(jù)輸入、信號輸出及外部設(shè)備之間的通信方面?？梢酝ㄟ^組合使用單片機與繼電器的形式構(gòu)建PLC系統(tǒng)的接口，完成計算機系統(tǒng)內(nèi)信息交互的過程，這也是電氣自動化控制系統(tǒng)的基本要求。

2.1.3 硬件抗干擾方法

對于PLC設(shè)備而言，其內(nèi)部的硬件抗干擾方法主要包括如下幾種[2]：一是加大現(xiàn)場總線的管理控制力度，確保其能常態(tài)化使用；二是增強系統(tǒng)軟件性能，確保其能穩(wěn)定、可靠地處理故障問題；三是運用屏蔽線完成保護及完善布線工作等，借此方式減少外界因素給系統(tǒng)運行過程帶來的干擾程度；四是運用FDSS技術(shù)產(chǎn)品提供接口信號；五是引進具備相應(yīng)資質(zhì)的廠家制造的PLC設(shè)備并配置好有關(guān)軟件與硬件組件等，以減少系統(tǒng)運行過程中的外界干擾情況，降低損失。

2.2 軟件實現(xiàn)

2.2.1 系統(tǒng)主界面的功能

主界面的功能主要是管控PLC控制室內(nèi)各個按鈕的，用戶打開主界面之后，先進入用戶設(shè)置狀態(tài)，單擊“開始”鍵把該操作區(qū)細分成如下幾個象限：第一象限用于呈現(xiàn)相關(guān)輸入?yún)?shù)與輸出指標；第二個象限被作為第一個內(nèi)容顯示菜單項；三、四象限功能菜單下涵蓋了三個不同等級的數(shù)據(jù)變量。

2.2.2 PLC控制與通信

其一是部署并控制現(xiàn)場總線，其二是在設(shè)備內(nèi)部運用遠程通信系統(tǒng)并進行信息傳輸，在該項功能的支持下能順利執(zhí)行不同自動化設(shè)備之間的信息交互過程，也能綜合應(yīng)用計算機、電子元件和通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，使電氣設(shè)備生產(chǎn)安全性、高效性得到更大保障。

2.2.3 設(shè)備管理系統(tǒng)

PLC系統(tǒng)使用過程中進行的管理內(nèi)容主要是日常檢修、維護電氣設(shè)備，保證設(shè)備故障狀態(tài)無異常，能順利完成生產(chǎn)任務(wù)。自動化管理系統(tǒng)主要由PLC系統(tǒng)、中央處理機、計算機等部分構(gòu)成，其中計算機能采集、整理及存儲實際工作所需要的各種數(shù)據(jù)信息[3]。

2.2.4 故障診斷

PLC系統(tǒng)的故障診斷常規(guī)方法是分析電氣設(shè)備運行過程中可能存在的各種隱患，探查故障具體成因，在此基礎(chǔ)上運用合理的措施將其解除。當(dāng)探查到設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)異常情況時，可以快速做出相應(yīng)處理，規(guī)避傳統(tǒng)控制中因一些復(fù)雜、動態(tài)化或不可預(yù)期因素引起的誤判斷而導(dǎo)致設(shè)備突發(fā)故障的情況。

3 電氣自動化設(shè)備中PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 順序控制

PLC控制系統(tǒng)憑借自身安裝操作簡單、運行可靠、節(jié)能、適應(yīng)性強等諸多優(yōu)勢，在電氣自動化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其中按照設(shè)計順序執(zhí)行管理控制過程是其最基礎(chǔ)的應(yīng)用形式。在設(shè)計研發(fā)、應(yīng)用PLC系統(tǒng)的早期，核心模板就是基于順序控制過程提升不同電氣設(shè)備控制的精準化水平的。經(jīng)過多年的發(fā)展和完善后，PLC系統(tǒng)在自動化設(shè)備內(nèi)實施的順序控制力度整體強化，逐漸滿足國家在生產(chǎn)設(shè)備節(jié)能減排、提升工作效率等方面提出的要求。

3.2 開關(guān)量控制

傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)基本上是運用電磁繼電器進行控制的，這種控制模式不僅反應(yīng)速度偏慢，而且會時常因觸點降低而影響開關(guān)控制操作的精準度，且后期維修、更換流程也較煩瑣復(fù)雜。合理應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)，一方面有效彌補了電磁繼電器現(xiàn)場使用時暴露出的各種不足，另一方面也因系統(tǒng)自身具備的技術(shù)優(yōu)勢而實現(xiàn)了操作的便捷性。在運用PLC系統(tǒng)執(zhí)行開關(guān)量控制任務(wù)時，工作人員僅需執(zhí)行合閘操作過程即可按照實際管控需求傳送控制指令。

3.3 閉環(huán)控制

當(dāng)前電氣自動化設(shè)備的啟動方式主要有手動啟動與自動啟動兩種，前者是工作人員結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)時間進行自主選擇，不能運用PLC系統(tǒng)；而在自動啟動環(huán)節(jié)中，可以運用PLC系統(tǒng)內(nèi)嵌控制模塊，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備操作特征自主選擇運行時間。迄今為止，電氣設(shè)備的閉環(huán)控制主要有PLC系統(tǒng)、常規(guī)控制系統(tǒng)兩種類型，大部分工況下是把PLC系統(tǒng)作為核心控制系統(tǒng)，常規(guī)回路起到控制補充的作用。在實際使用時，常規(guī)回路也可能會被規(guī)劃布置成電氣設(shè)備內(nèi)的安全控制回路，借此方式使PLC系統(tǒng)運行的安全性得到更大保障。

3.4 自動切換

普通電氣自動化設(shè)備在運行時，為最大限度提升其生產(chǎn)可靠性，PLC控制系統(tǒng)通過運行相應(yīng)程序去實現(xiàn)多樣化的操作控制功能。另外PLC系統(tǒng)還能及時、精準、完整地記錄電氣設(shè)備運行期間形成的信號數(shù)據(jù)，并將其作為實施備用電源啟、閉操作的一項重要依據(jù)，采用以上形式能顯著提升PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及邏輯判斷能力。由此可見，PLC系統(tǒng)不僅能精準完成備用電自動投入應(yīng)用操作，也能結(jié)合電氣設(shè)備運行狀況改變功能模式，滿足實際工況的操作要求，提升電氣設(shè)備的自動化水平。

3.5 設(shè)備故障檢測

電氣自動化設(shè)備在實際生產(chǎn)運行過程中受客觀環(huán)境、設(shè)備加工工藝、人員操作能力及責(zé)任心等因素的影響，往往容易出現(xiàn)一些故障問題，一旦發(fā)生事故會帶來巨大的損失。現(xiàn)代電氣設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜、線路分部繁雜，如果某一構(gòu)件出現(xiàn)問題，很可能會產(chǎn)生“連鎖反應(yīng)”，導(dǎo)致其他構(gòu)件出現(xiàn)故障，從而影響設(shè)備安全運行。所以專業(yè)技術(shù)人員需要定期對電氣設(shè)備進行檢查、維修及保養(yǎng)工作，人為檢修工作效率相對偏低。而運用PLC系統(tǒng)能對電氣設(shè)備進行自動化監(jiān)測，能快速精準的對故障進行定位，并運用溫度傳感器采集設(shè)備運行的溫度數(shù)據(jù)，從而反饋電氣設(shè)備的運行狀態(tài)，綜合、深入地分析運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，分析故障原因，指定并發(fā)布故障維護指令。

4 具體應(yīng)用場景

4.1 火電電氣自動化設(shè)備

將PLC系統(tǒng)用在這種電氣設(shè)備內(nèi)，不僅能突出優(yōu)化設(shè)備自身的運行性能，還提升了設(shè)備的自動化管控效果。電磁機電裝置是電氣設(shè)備實現(xiàn)自動化控制目標的基礎(chǔ)，這種裝置的工作原理是動態(tài)調(diào)控電流和電壓指標的改變過程，進而實現(xiàn)對設(shè)備相關(guān)運行參數(shù)的自動化控制。火電電氣設(shè)備內(nèi)部的電磁元件配置了大量接口連接各種組件，組件之間連接狀態(tài)復(fù)雜，其內(nèi)可能隱匿著諸多風(fēng)險因素。應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)能有效處理以上實際問題，系統(tǒng)具備的存儲海量信息與安全連接信號功能可減少接線操作的頻次，使火電電氣設(shè)備能安全運行。

4.2 交通電氣自動化設(shè)備

將PLC控制系統(tǒng)用在這種設(shè)備中，其能合理調(diào)整、科學(xué)控制交通信號，通過這種形式使交通系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠度得到保障。當(dāng)?shù)缆吩缤砀叻?、?jié)假日出現(xiàn)交通堵塞情況時，工作人員可以運用人工智能與PLC系統(tǒng)持續(xù)改進、完善交通自動化監(jiān)控系統(tǒng)的功能，進而提升系統(tǒng)運行效率，并精準地記錄違規(guī)車輛信息，有效維護交通秩序，確保人們出行活動的安全性。

4.3 空調(diào)電氣自動化設(shè)備

在空調(diào)設(shè)備內(nèi)采用PLC控制時，能準確、實時控制空調(diào)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，幫助維修技術(shù)人員快速探查、處理空調(diào)運行過程中發(fā)生的異常情況。既往空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部主要采用兩種控制模式，即電氣化控制與數(shù)字化控制，但以上兩種模式在實際應(yīng)用時均表現(xiàn)出一定滯后性，外加空調(diào)運行負荷不斷增長，故而取得的控制效果很難滿足空調(diào)運行的規(guī)范要求，以致空調(diào)的運行性能很難得到保障。運用PLC控制系統(tǒng)能使以上實際問題迎刃而解，顯著改善空調(diào)設(shè)備的運轉(zhuǎn)性能，增強其抗干擾能力，降低空調(diào)的管理及運維成本，進而使相關(guān)企業(yè)創(chuàng)造出更多效益。

皮帶輸送機是礦山生產(chǎn)及運輸?shù)闹匾o助性機具，傳統(tǒng)的逆變器能實現(xiàn)智能化變頻，有益于提升皮帶輸送機的運行效率。但是當(dāng)帶式輸送機運輸?shù)V石時，設(shè)備全速運行會浪費掉大量的電力資源。運用PLC控制系統(tǒng)，可以對輸送機進行有效控制，并可以對變頻器進行功率變頻操作，降低運行損耗，節(jié)約電力資源。

在井下風(fēng)門中采用PLC控制形式，這種控制系統(tǒng)具有電氣自動化運行風(fēng)門，當(dāng)出現(xiàn)兩側(cè)風(fēng)壓偏大的狀況時，通過開啟風(fēng)門以平衡兩側(cè)壓力，減少風(fēng)阻給PLC控制氣閥與氣缸帶來的影響，規(guī)避氣門損壞情況發(fā)生。當(dāng)開啟氣閥開啟時，通過運用PLC控制風(fēng)門開啟角度，可減少損失量，提升風(fēng)門的控制及應(yīng)用效果。

5 結(jié)束語

總之，合理應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)能顯著提升電氣設(shè)備的自動化水平，優(yōu)化現(xiàn)場生產(chǎn)流程，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障問題時能快速定位，科學(xué)分析其成因，為后期故障處理提供可靠參照，確保生產(chǎn)過程安全，進而創(chuàng)造良好效益。相關(guān)人員要確立與時俱進的職業(yè)理念，持續(xù)學(xué)習(xí)新知識、新技能，歸納PLC控制系統(tǒng)的使用經(jīng)驗，完善其應(yīng)用過程等，以創(chuàng)造出更高的價值?！?/p>