PLC 技術(shù)在電氣設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用

馬吉祥

（煙臺市雷騰電子科技有限公司， 山東 煙臺 264000）

0 引言

近年來社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展， 電氣技術(shù)也得以不斷更新進(jìn)步，對于電氣相關(guān)企業(yè)而言，要實(shí)現(xiàn)自身的持續(xù)穩(wěn)健發(fā)展，提升市場核心競爭力，應(yīng)當(dāng)開展好各類電氣設(shè)備的管控工作，不斷推進(jìn)自動化控制技術(shù)的推廣與應(yīng)用。自動化控制的實(shí)現(xiàn)需要依靠現(xiàn)代科技的支撐， 可編程邏輯控制器（PLC）屬于計算機(jī)科學(xué)的重要衍生技術(shù)，將PLC 可編程控制器運(yùn)用到電氣設(shè)備控制中來可以在很大程度上保證設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定性， 促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不斷提升，實(shí)現(xiàn)持續(xù)健康發(fā)展[1]。

1 PLC 可編程控制器概述

20 世紀(jì)70 年代初， 基于繼電控制技術(shù)演變出的PLC 技術(shù)問世， 這一技術(shù)的產(chǎn)生讓繼電器控制的邏輯判斷、計數(shù)以及計時作用得以進(jìn)一步發(fā)揮。PLC 技術(shù)整合了自動控制、計算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)等，可以和電氣設(shè)備之間進(jìn)行直接通信，自動生成作業(yè)報表，及時發(fā)現(xiàn)并示警可能存在的故障異常。 PLC 技術(shù)屬于現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中非常重要的組成部分， 和計算機(jī)基本操作原理存在一定差異的是，PLC技術(shù)具備和工業(yè)系統(tǒng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸體系， 包含了與控制系統(tǒng)相匹配的控制軟件， 表現(xiàn)出極強(qiáng)的信息傳輸性能[2]。 原理結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 原理結(jié)構(gòu)圖

2 電氣設(shè)備自動化控制中使用PLC 技術(shù)的作用

2.1 有助于提高準(zhǔn)確性以及安全性

在借助傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備來傳輸數(shù)據(jù)時， 往往會消耗大量的人力與物力，且在此過程中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性也無法得到保證。 而通過使用PLC 技術(shù)，則有助于成功實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確處理與傳遞， 進(jìn)而降低人工作業(yè)的難度，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 且由于人工難度降低了，因而也就在一定程度上避免了人工失誤的出現(xiàn)，大大提高了電氣設(shè)備自動化系統(tǒng)的安全性、高效性。 同時，在工業(yè)發(fā)展過程中，通過將PLC 技術(shù)應(yīng)用于電氣設(shè)備自動化控制中，能夠非常明顯地提升電氣設(shè)備自動化系統(tǒng)的抗干擾性能，即使作業(yè)環(huán)境非常復(fù)雜，電子設(shè)備自動化系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)也不會受到影響，最終讓工業(yè)行業(yè)的生產(chǎn)效率不斷提高[3]。 另外，隨著國家科技水平日益提升，PLC 技術(shù)也愈加完善， 其功能得到了進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)而確保了電氣設(shè)備自動化的良好發(fā)展。

2.2 促使操作向著簡便和穩(wěn)定的方向發(fā)展

經(jīng)比較可知，傳統(tǒng)的電氣設(shè)備不僅運(yùn)行復(fù)雜，且操作起來也十分繁瑣，如此也就增加了人工作業(yè)的壓力，讓工作人員面對快節(jié)奏的生活需求往往很難適應(yīng)[4]。 而應(yīng)用PLC 技術(shù)，則很好地解決了這個問題。 且該技術(shù)主要是通過計算機(jī)來傳達(dá)操作指令的，這樣一來也就簡化操作。 且PLC 技術(shù)屬于獨(dú)立生產(chǎn)技術(shù)的范疇，對于電氣設(shè)備行業(yè)發(fā)展需求，其自身性能優(yōu)勢已可滿足。 但在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中，電磁干擾對電氣設(shè)備使用的影響較大，加之操作人員缺乏較高的知識水平， 所以也就影響到了電氣設(shè)備的應(yīng)用效果。 所以，在具體發(fā)展過程中，應(yīng)將提高此項技術(shù)的穩(wěn)定性、高效性作為重點(diǎn)，以讓電氣設(shè)備自動化控制的應(yīng)用效果得到充分保障。

2.3 有利于電氣設(shè)備自動化控制實(shí)現(xiàn)多功能運(yùn)用以及網(wǎng)絡(luò)化使用

傳統(tǒng)的控制處理方式，往往無法實(shí)現(xiàn)多種電氣設(shè)備的快速運(yùn)轉(zhuǎn)，所以便需要對PLC 技術(shù)予以采用。 其具備多功能特性， 能夠讓各類型電氣設(shè)備的運(yùn)行更加安全且高效。從而讓國民生活需求得到滿足。 受此因素影響，便對注重優(yōu)化、完善集散型控制系統(tǒng)，提高其技術(shù)水平，以有效減少生產(chǎn)過程中的問題，促進(jìn)服務(wù)質(zhì)量的提升。與此同時，將這一技術(shù)應(yīng)用于電氣設(shè)備自動化控制過程中，能夠?yàn)橄到y(tǒng)的運(yùn)行提供有效保障，高效進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。利用這一方式，形成一種對現(xiàn)場總線控制的系統(tǒng)，如此既可對生產(chǎn)作業(yè)流程實(shí)施嚴(yán)格控制，還能夠控制儀表，確保智能化、網(wǎng)絡(luò)化改變的實(shí)現(xiàn)，最終促進(jìn)企業(yè)自動化生產(chǎn)效率、電氣設(shè)備自動化生產(chǎn)水平的提升，對國家發(fā)展起到積極推動作用。

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

3.1 PLC 技術(shù)在順序控制中的應(yīng)用

在電氣設(shè)備自動化控制中， 最關(guān)鍵的一部分就是順序控制，將PLC 技術(shù)應(yīng)用于此節(jié)可對整個系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)更標(biāo)準(zhǔn)、 更有針對性以及系統(tǒng)化的生產(chǎn)工藝控制[5]。這一技術(shù)應(yīng)用于順序控制中，其基礎(chǔ)是通信總線，可利用總線把主控層、遠(yuǎn)程控制站連接起來，再對整個電氣設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制。 當(dāng)控制要求增加， 現(xiàn)在應(yīng)用PLC 技術(shù)進(jìn)行順序控制需把以下幾方面做好： ①實(shí)現(xiàn)對控制站與設(shè)備傳感器的有效連接； ②為對電氣設(shè)備的實(shí)際情況有一個充分了解， 應(yīng)借助顯示屏上顯示的信息做出準(zhǔn)確判斷， 控制室人員可將顯示屏的信息結(jié)合起來發(fā)出控制指令，讓遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制同時實(shí)現(xiàn)，最終順利實(shí)施順序控制；③把PLC 技術(shù)應(yīng)用于順序控制中，能夠做到對順序控制階段的動態(tài)監(jiān)控， 以使不同設(shè)備與生產(chǎn)工藝的需求都能夠通過控制得到滿足， 且可在PLC 中提前編寫每個控制階段的程序，借以開展自動化控制，確保各控制階段智能化運(yùn)行的順利實(shí)現(xiàn)（見圖2）。

圖2 基于PLC 的順序控制

3.2 PLC 技術(shù)在開關(guān)量控制中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中一般會用到大量電磁元件， 其中包括電磁性繼電器等， 而這樣一來也就增加了接觸點(diǎn)故障的發(fā)生概率，讓系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性大打折扣。同時傳統(tǒng)控制系統(tǒng)本就具有復(fù)雜的接線。在自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用PLC 技術(shù)，只需把大量實(shí)物元件的軟繼電器數(shù)量減少，便有助于系統(tǒng)可靠性的提升，且系統(tǒng)本身的功能也會更加齊全，維修保養(yǎng)起來也不會太復(fù)雜?；诙谓泳€的簡化，能夠把對專門閃光電源的配備需求減少。而PLC 控制系統(tǒng)不僅能夠?qū)⑾到y(tǒng)輔助開關(guān)數(shù)量減少，還可實(shí)現(xiàn)對多臺斷路器的信號的集中顯示，做到集中控制。在火力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用備用電源自動投入裝置， 能夠讓系統(tǒng)的可靠性得到充分保障。 為了讓這一類裝置的控制能力得到進(jìn)一步提升，需在電業(yè)局生產(chǎn)中合理運(yùn)用以PLC 技術(shù)為基礎(chǔ)的備用電源自動投入裝置。 若需對系統(tǒng)的運(yùn)行方式做出更改，可通過修改又或是調(diào)整編程即可，不同再進(jìn)行其他的操作。 另外，系統(tǒng)自身的邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理能力也一定要強(qiáng)。 利用把系統(tǒng)的抗干擾能力提高，來幫助其對各種情況做出有效應(yīng)對，并將適用范圍擴(kuò)大，讓保障系統(tǒng)的運(yùn)行更加高效且穩(wěn)定。

3.3 PLC 技術(shù)在閉環(huán)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

閉環(huán)控制系統(tǒng)其實(shí)是在補(bǔ)充PLC 控制系統(tǒng)， 具備泵類電機(jī)設(shè)備。這一種設(shè)備主要有三種啟動方式，分別是機(jī)旁手動啟動、自動啟動以及現(xiàn)場控制箱手動啟動。通過對PLC 技術(shù)予以應(yīng)用，能夠自動啟動泵類電機(jī)設(shè)備，方便將泵的工作總時長聯(lián)系起來對備用泵做出合理選擇。 如果啟動方式為機(jī)旁手動啟動，那么可以實(shí)際情況為基礎(chǔ)，并根據(jù)運(yùn)行要求，現(xiàn)場展開調(diào)試，按照各臺泵運(yùn)行時間的不同對主備用泵的開關(guān)進(jìn)行控制。在具體操作時，開關(guān)所在位置應(yīng)該是調(diào)速器手動檔位，從而方便進(jìn)行操作。通過結(jié)合PLC 技術(shù)和一般控制系統(tǒng)， 有助于安全系數(shù)更高的回路形成。就算PLC 控制系統(tǒng)出錯，常規(guī)系統(tǒng)的運(yùn)行也不會受到影響，進(jìn)而讓泵類電機(jī)設(shè)備能夠正常運(yùn)行。把PLC 技術(shù)應(yīng)用于閉環(huán)控制系統(tǒng)中，可把系統(tǒng)分為三個單元，分別是轉(zhuǎn)速測量、電子調(diào)節(jié)以及電液執(zhí)行。這三個單元的應(yīng)用對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性均會產(chǎn)生直接影響，可實(shí)現(xiàn)對解調(diào)器調(diào)節(jié)規(guī)律的有效把控， 更好地應(yīng)用導(dǎo)水機(jī)。 總之，在閉環(huán)控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC 技術(shù)，可從宏觀層面上確保調(diào)控的有效性， 讓操作人員對電氣設(shè)備控制系統(tǒng)的實(shí)際情況有一個充分掌握， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對其各項參數(shù)數(shù)據(jù)的全面把控， 同時方便他們對指令的接收以及傳輸信號的識別，最終讓電氣設(shè)備得到有效控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 PLC 技術(shù)在運(yùn)動控制中的應(yīng)用

運(yùn)動控制一般是對電氣工程內(nèi)相關(guān)部門的實(shí)際運(yùn)行情況實(shí)施自動化監(jiān)測， 可以在很大程度上保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行， 也可以讓整個系統(tǒng)嚴(yán)格根據(jù)預(yù)定流程執(zhí)行相關(guān)命令。 運(yùn)動控制在實(shí)際應(yīng)用中通常是結(jié)合不同部件的具體狀態(tài)， 依托于集成單片機(jī)對設(shè)備的耗材部件實(shí)施有效監(jiān)測，及時對存在較大損耗的部件予以更換。另外本文以發(fā)電機(jī)組PLC 技術(shù)的應(yīng)用為例，運(yùn)動控制涉及的PLC 系統(tǒng)架構(gòu)相對復(fù)雜，但能夠顯著促進(jìn)作業(yè)效率提升，可以實(shí)時了解發(fā)電機(jī)組相關(guān)設(shè)備部件的實(shí)際運(yùn)行情況， 比如說利用PLC 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)三相異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)， 基本控制連接圖和梯形圖如圖3 所示。

圖3 三相異步電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制接線圖與梯形圖

4 PLC 技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例—以膠帶運(yùn)輸機(jī)的開關(guān)量控制為例

本文研究選擇西門子S7-200 型可編程邏輯控制器，該型號的控制器表現(xiàn)出極高的自動化水平， 同時能夠借助于合理組合的方式給用戶帶來更為豐富的服務(wù)， 有效滿足用戶的差異化需求。該型號控制器能夠依靠網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)、工業(yè)以太網(wǎng)搭建相對全面的控制系統(tǒng)，能夠在諸多行業(yè)和領(lǐng)域予以運(yùn)用。

通過圖4 能夠了解到， 針對S7-200 型控制器來說，將2 臺三相異步電動機(jī)采取并聯(lián)的模式和三線電源進(jìn)行連接， 不同電機(jī)開啟與關(guān)閉通過RJ1 與RJ2 兩個開關(guān)予以控制， 三相接線主要通過QF1 與QF2 予以控制。 對PLC 控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計的過程中， 相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)確保賦予其更加人性化的功能， 可以在自動化控制的前提下融入手動操作模塊， 從而確保系統(tǒng)表現(xiàn)出更強(qiáng)的靈活性。 如果自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障， 工作人員還能夠通過手動控制來進(jìn)行設(shè)備啟停，防止出現(xiàn)更為嚴(yán)重的后果。

圖4 電機(jī)主電路接線圖

4.1 主程序設(shè)計

主程序設(shè)計工作屬于維持電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵一環(huán)，其主要承擔(dān)了調(diào)度以及平衡相關(guān)子程序的重任，科學(xué)的主程序設(shè)計可以確保電氣設(shè)備保持安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。 自動啟停、 手動啟停以及全線啟停屬于該系統(tǒng)的幾種不同控制模式。除開作業(yè)人員手動予以啟停，另外兩種方式都應(yīng)當(dāng)依靠傳感器進(jìn)行信號傳輸， 同時在中央處理器輔助下實(shí)現(xiàn)對內(nèi)部邏輯的控制。 手動啟停模塊不需要系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度，作業(yè)人員直接借助外部繼電器對電路予以操控。

（1）膠帶啟動。全線啟動：作業(yè)人員按下操作按鈕，膠帶運(yùn)輸機(jī)第一時間發(fā)出報警信息，大約維持5s 左右指示燈變綠。自動啟動：作業(yè)人員開啟膠帶運(yùn)輸機(jī)自啟動功能，隨后按下1 號電機(jī)按鈕，在這一狀態(tài)下會發(fā)出3s 左右的報警信息，隨后指示燈變綠，代表1 號電機(jī)已經(jīng)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，對于2 號電機(jī)來說也應(yīng)當(dāng)采取一樣的操作流程進(jìn)行啟動，若指示燈變綠代表2 號電機(jī)也處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。 手動啟動：作業(yè)人員按下1 號電機(jī)按鈕后觀察到指示燈變綠，再隨即按下2 號電機(jī)按鈕，綠燈亮起后代表電動機(jī)都已經(jīng)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

（2）膠帶停止。 全線停止：作業(yè)人員按下停止按鈕之后，1 號膠帶機(jī)故障指示燈隨即點(diǎn)亮，膠帶機(jī)第一時間停止，等待3s 左右2 號膠帶機(jī)故障指示燈點(diǎn)亮，隨后停止工作。 自動停止：借助于PLC 控制系統(tǒng)，能夠在兩臺機(jī)器中設(shè)置停止按鈕， 作業(yè)人員按下之后能夠及時停止運(yùn)行并點(diǎn)亮故障指示燈。手動停止：作業(yè)人員按下按鈕后自動指示燈熄滅，隨即膠帶機(jī)停止。

4.2 故障程序設(shè)計

為促進(jìn)膠帶運(yùn)輸機(jī)作業(yè)效率不斷提升， 借助于PLC控制系統(tǒng)能夠把若干傳感器設(shè)置于其可能出現(xiàn)故障的區(qū)域，如果發(fā)生運(yùn)行故障，傳感器能夠第一時間把故障信息傳輸?shù)絇LC 控制系統(tǒng)， 通過中央處理器對故障信號實(shí)施分析，給出科學(xué)的電控控制指令，從而讓處于故障區(qū)域的指示燈第一時間點(diǎn)亮，幫助作業(yè)人員及時發(fā)現(xiàn)。若設(shè)備故障信息大于限值，PLC 控制系統(tǒng)能夠自動讓膠帶機(jī)及時停機(jī)，有效降低可能造成的損失。 當(dāng)故障完成排除之后，通過按下復(fù)位鍵則能夠讓膠帶機(jī)順利運(yùn)行。

5 結(jié)束語

總而言之，PLC 技術(shù)在電氣自動化控制中的推廣運(yùn)用，可以讓過去較為復(fù)雜的繼電器邏輯進(jìn)行優(yōu)化，促進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性不斷提升，在此基礎(chǔ)上還可以對設(shè)備自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善，幫助相關(guān)企業(yè)減少生產(chǎn)維護(hù)成本。 同時PLC技術(shù)的普及應(yīng)用能夠幫助作業(yè)人員在短時間內(nèi)了解并熟悉操作方式與維修技巧，所以表現(xiàn)出十分顯著的優(yōu)勢與價值。PLC 技術(shù)在國內(nèi)工業(yè)制造發(fā)展過程中帶來了很大的幫助，發(fā)揮出了有效的促進(jìn)作用，在未來PLC 技術(shù)必然會得以不斷更新和改進(jìn)，可以更加廣泛地應(yīng)用到各種復(fù)雜環(huán)境中來。