PLC技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化控制中的應(yīng)用探究

濟(jì)南熱力集團(tuán)有限公司 柏 強(qiáng)

1 PLC 技術(shù)的原理和優(yōu)勢(shì)

1.1 原理

針對(duì)PLC 技術(shù)的原理可以簡(jiǎn)單地概括為“順序掃描，持續(xù)循環(huán)”，具體過程能夠劃分為以下三個(gè)主要階段。

第一，輸入采樣。在實(shí)際運(yùn)用PLC 技術(shù)時(shí)，需要高度關(guān)注的便是輸入采樣階段，其指的是PLC 本身可以借助掃描的形式合理地完成所有輸入狀態(tài)及有關(guān)信息的獲取工作，并將這些信息高效地存儲(chǔ)于I/O 映像區(qū)的一系列有關(guān)單元當(dāng)中。

第二，程序執(zhí)行。該階段PLC 控制器能夠持續(xù)地依照自上而下這一順序依次地有效地對(duì)用戶程序（梯形圖）開展掃描工作，以此保證其具備良好的可靠性以及邏輯性，同時(shí)能夠在固定文件中充分顯示數(shù)據(jù)的具體處理?xiàng)l件以及結(jié)果。

第三，輸出刷新。有效完成用戶程序方面的掃描工作之后，PLC 控制器可以直接進(jìn)入到輸出刷新階段。對(duì)于該階段來講，PLC 系統(tǒng)當(dāng)中的CPU 能夠憑借I/O 映像區(qū)當(dāng)中的有關(guān)數(shù)據(jù)信息，合理地對(duì)一切輸出鎖存電路實(shí)施充分有效的更新，在此基礎(chǔ)上通過輸出電路達(dá)到有效驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)外設(shè)的目的。

1.2 優(yōu)勢(shì)

第一，可靠性強(qiáng)。目前來看，PLC 技術(shù)對(duì)大規(guī)模集成電路技術(shù)進(jìn)行了運(yùn)用，同時(shí)其生產(chǎn)工藝也非常嚴(yán)格先進(jìn)，對(duì)于內(nèi)部電路方面也對(duì)更為先進(jìn)的抗干擾技術(shù)進(jìn)行了運(yùn)用，所以其具備著極強(qiáng)的可靠性優(yōu)勢(shì)。

第二，簡(jiǎn)單易用。對(duì)于PLC 技術(shù)來講，其屬于一種通用工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的控制計(jì)算機(jī)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，具備著接口容易以及編程語言易被相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行理解和接受的優(yōu)點(diǎn)。

圖1 PLC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

第三，體積小，能耗低?，F(xiàn)階段的PLC 控制器體積非常小，以超小型為例，其實(shí)際底部尺寸能夠達(dá)到100mm 以下，實(shí)際重量不足150g，而且功耗方面僅為數(shù)瓦[1]。

2 PLC 技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

2.1 用于可編程程序控制

第一，提前做好勘查工作。在將PLC 技術(shù)運(yùn)用于可編程程序控制時(shí)，作為技術(shù)人員應(yīng)該提前落實(shí)好勘查活動(dòng)，借助合理仔細(xì)的勘查來有效地摸清電氣工程所處區(qū)域的環(huán)境條件、一系列真實(shí)狀況等，以此確保自身能夠?qū)﹄姎夤こ探ㄔO(shè)活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)可能涉及的各類設(shè)備設(shè)施的具體運(yùn)行狀況等做出充分把握。比如通常情況下電氣自動(dòng)化控制中往往需要用到傳感器設(shè)備，對(duì)于此類設(shè)備的工作狀態(tài)，相關(guān)工作人員應(yīng)該有細(xì)致地了解和把握，這樣能夠?yàn)镻LC 技術(shù)的準(zhǔn)確適當(dāng)運(yùn)用提供重要保障，從而提升PLC 技術(shù)運(yùn)用的合理性、適宜性，以及有效性，切實(shí)增強(qiáng)PLC 運(yùn)用方案編制的科學(xué)性。

第二，提前做好有關(guān)準(zhǔn)備。作為相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)基于現(xiàn)場(chǎng)勘查活動(dòng)，提前完成相關(guān)準(zhǔn)備工作，比如要結(jié)合自動(dòng)化控制的具體實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，對(duì)編程方面的各種要求做出深入的分析和判斷，除此之外，還需要秉持著嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)的態(tài)度打造一個(gè)完善適宜的PLC 運(yùn)用方案，實(shí)現(xiàn)PLC 準(zhǔn)確高效運(yùn)用，從而更好地滿足自動(dòng)化控制的具體要求，增強(qiáng)PLC 運(yùn)用的有效性及可靠性。

第三，有關(guān)人員還應(yīng)注意在自動(dòng)化控制活動(dòng)中有效運(yùn)用PLC 技術(shù)時(shí)，應(yīng)盡可能地將編程程序還有遠(yuǎn)程控制做出充分融合，這樣能夠促使電氣工程領(lǐng)域的自動(dòng)化控制更加具備良好的集成性，從而使得PLC 等有關(guān)技術(shù)手段能夠得到科學(xué)適宜的運(yùn)用。

2.2 用于數(shù)據(jù)控制

第一，數(shù)據(jù)收集。借助PLC 技術(shù)相關(guān)工作人員能夠針對(duì)電氣設(shè)備合理地開展的相關(guān)識(shí)別程序的編寫工作，在此基礎(chǔ)上通過完成數(shù)據(jù)方面的分析、篩選還有整合處理工作，即可通過終端設(shè)備針對(duì)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的各類數(shù)據(jù)展開科學(xué)采集，比如通常情況下PLC能夠切實(shí)依照編程內(nèi)容遵循一定的掃描程序完成各類信息的高效識(shí)別，也可以通過掃描梯形圖等形式針對(duì)相關(guān)運(yùn)行信息開展高效獲取。對(duì)于這些信息來講，其能夠在處理器的有效支持下，高效地在大量數(shù)據(jù)中順利完成關(guān)鍵信息的提取工作，從而完成數(shù)據(jù)信息采集方面的整個(gè)工作流程。第二，數(shù)據(jù)處理。目前來看PLC 技術(shù)的數(shù)據(jù)處理功能一般可以體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

一是信號(hào)輸入。對(duì)于模擬量信號(hào)來講，需要借助定時(shí)器這種措施完成相關(guān)采樣周期的科學(xué)設(shè)定，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，在采樣周期當(dāng)中若實(shí)際實(shí)施了100次采樣操作，最終可能出現(xiàn)1次直接存入同等數(shù)量的雙字變量數(shù)據(jù)信息。

二是有效性檢測(cè)。假設(shè)技術(shù)人員將模擬量輸入的具體類型有效地設(shè)置為電壓信號(hào)5V，相應(yīng)的電流信號(hào)為20mA，每一個(gè)信道能夠零點(diǎn)調(diào)整。若是輸入的數(shù)據(jù)量信號(hào)實(shí)際上明顯比儀表的零位低，對(duì)于這種情況來講，系統(tǒng)本身的輸入端此時(shí)或許出現(xiàn)了相應(yīng)的故障現(xiàn)象。而這會(huì)導(dǎo)致輸入的數(shù)據(jù)不具備任何效用，那么此時(shí)PLC 設(shè)備便可以直接依照相應(yīng)的出錯(cuò)提示展開自動(dòng)化的分析處理。

三是可以實(shí)施數(shù)字濾波操作。目前來看，PLC輸入端的系統(tǒng)內(nèi)部安裝有相應(yīng)的濾波器，此類設(shè)備發(fā)揮著消除或者是削弱高頻干擾的作用，但難以對(duì)低頻干擾做出有效調(diào)控。而通過對(duì)數(shù)字濾波進(jìn)行合理運(yùn)用，則可以對(duì)脈沖性等有關(guān)干擾開展濾波工作實(shí)際效果較為良好。一般情況下，可借助中間值濾波法來有效地規(guī)避脈沖。這一原理主要為將K 次采樣值中的相應(yīng)最大值以及最小值進(jìn)行去除，再將剩余的采樣值求取平均值，從而充當(dāng)濾波值[2]。

2.3 用于遠(yuǎn)程控制

通過與現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，能夠促使PLC 具備良好的遠(yuǎn)程控制功能，再將其運(yùn)用于電氣工程自動(dòng)化控制中，可以進(jìn)一步增強(qiáng)電氣工程自動(dòng)化控制能力。目前來看，PLC 的遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)方法主要如下。

第一，選擇PLC 方面的驅(qū)動(dòng)協(xié)議，打造變量映射PLC 相應(yīng)的寄存器地址，由于PLC 本身為工業(yè)協(xié)議，所以必須借助變量將PLC 地址進(jìn)行映射，以此轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的網(wǎng)絡(luò)通用協(xié)議?，F(xiàn)階段該協(xié)議已經(jīng)轉(zhuǎn)為在相應(yīng)的遠(yuǎn)程控制終端當(dāng)中進(jìn)行內(nèi)置，所以可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，通常情況下用戶僅需落實(shí)好變量以及PLC 寄存器地址方面的映射即可。

第二，將映射變量方面的程序有效地安裝在遠(yuǎn)程終端當(dāng)中，這樣遠(yuǎn)程終端即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)封閉運(yùn)行，之后變量能夠?qū)崟r(shí)地與PLC 寄存器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互，同時(shí)還可以自動(dòng)同步到相應(yīng)的云服務(wù)后臺(tái)。作為用戶僅需借助網(wǎng)頁(yè)、手機(jī)APP 或相應(yīng)廠家自帶的OPC 通信軟件等來有效地對(duì)云服務(wù)器的變量進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制以及讀寫PLC 寄存器的目的。

第三，對(duì)于遠(yuǎn)程控制來講，可借助廠家配套的相應(yīng)APP 來進(jìn)行操作，也能夠借助廠家提供的付費(fèi)云組態(tài)來有效地開發(fā)相應(yīng)的個(gè)性化App，對(duì)于遠(yuǎn)端組態(tài)而言，也能夠借助廠家對(duì)應(yīng)OPCSEVER來有效地完成異地組態(tài)監(jiān)控。作為用戶還能夠借助HTTPS 接口，通過JSON 當(dāng)中的POST/GET，來有效開發(fā)屬于自身的控制平臺(tái)，以此達(dá)到高效遠(yuǎn)程控制PLC 的目的，這樣即可在不分時(shí)間以及地域，并且電氣工程現(xiàn)場(chǎng)不需其他人員配合的狀態(tài)下完成電氣工程相關(guān)設(shè)備設(shè)施的高效管控。

2.4 用于模擬變量控制

現(xiàn)階段PLC 技術(shù)在電氣工程模擬變量控制中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在對(duì)設(shè)備的溫度、速率以及壓強(qiáng)還有流速等一系列變量方面的數(shù)據(jù)檢測(cè)和模擬上，在實(shí)際運(yùn)用過程中通常能夠通過PLC 直接將模擬量快速地轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字量。為了切實(shí)發(fā)揮此項(xiàng)技術(shù)的這一作用，相關(guān)廠家在實(shí)際生產(chǎn)制造電氣設(shè)備時(shí)，需要保證模擬量還有數(shù)字量?jī)烧咧g具備良好的匹配性，這樣可以便于PLC 技術(shù)將兩者進(jìn)行高效轉(zhuǎn)換，從而可以進(jìn)一步提升電氣設(shè)備本身對(duì)模擬量方面的精確度，有助于提高模擬控制成效[3]。

2.5 用于立體倉(cāng)庫(kù)

目前，PLC 技術(shù)在立體倉(cāng)庫(kù)（如圖2所示）中有著廣泛運(yùn)用，一般情況下主要對(duì)其中的堆垛機(jī)、傳輸設(shè)備等開展調(diào)控工作，通過對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的合理運(yùn)用，能夠保證立體倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部的一系列貨物實(shí)現(xiàn)高效存放和科學(xué)調(diào)配。

圖2 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)

現(xiàn)階段一些物流企業(yè)在對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)開展管控活動(dòng)時(shí)，便借助PLC 閉環(huán)控制這一形式來有效地對(duì)倉(cāng)庫(kù)使用期間的一系列有關(guān)數(shù)據(jù)信息做出合理適當(dāng)?shù)木帉?，此外旋轉(zhuǎn)編輯器還可以持續(xù)地提供反饋數(shù)據(jù)，對(duì)于PLC 來講，能夠?qū)@些信息做出全面地收集、整理和分析，再將分析結(jié)果傳輸給計(jì)算機(jī)等有關(guān)設(shè)備來高效地對(duì)倉(cāng)庫(kù)開展閉環(huán)控制工作。

2.6 用于閉環(huán)控制

對(duì)于閉環(huán)控制來講，其主要指的是對(duì)某個(gè)受控目標(biāo)，通過PID 完成當(dāng)下數(shù)據(jù)和一系列預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)之間的分析比對(duì)活動(dòng)，以此獲取到相應(yīng)的數(shù)據(jù)差值，并及時(shí)地將這一分析結(jié)果直接反饋給輸入端與之有關(guān)的控制系統(tǒng)，同時(shí)持續(xù)地開展系統(tǒng)糾正活動(dòng)。在電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中，為了有效獲取這一功能，應(yīng)該保證采集終端持續(xù)收集到的各類數(shù)據(jù)信息充分地傳輸至PLC 設(shè)備內(nèi)部，比如在實(shí)踐當(dāng)中，如果將溫度設(shè)定為需要進(jìn)行檢測(cè)管控的目標(biāo)，通常情況下可基于PID 指令充分地借助PLC 設(shè)備實(shí)現(xiàn)通斷方面的科學(xué)調(diào)控，在這種狀態(tài)下PID 方面發(fā)出的指令能夠持續(xù)地傳送模擬量信號(hào)，能夠用來對(duì)開關(guān)量方面的變化做出高效調(diào)控。因此，現(xiàn)階段在實(shí)際運(yùn)用PLC 期間，大部分廠家都需要提前配備適用性較強(qiáng)的A/D 等相應(yīng)轉(zhuǎn)換單元以此完成PLC 方面一系列模擬量的科學(xué)調(diào)控，具體實(shí)現(xiàn)方法如圖3所示，呈現(xiàn)出了良好的運(yùn)用效果值得進(jìn)行推廣和借鑒。

圖3 電機(jī)閉環(huán)控制示意圖

2.7 用于工業(yè)機(jī)器人

目前，PLC 在工業(yè)機(jī)器人中有著極為廣泛地運(yùn)用。對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來講，一般均帶有較多的I/O 通信接口，能夠有效地與PLC 的輸入、輸出進(jìn)行連接。對(duì)于PLC 的控制器能夠連接各類執(zhí)行裝置，如電磁閥、指示燈，以及蜂鳴器等的相應(yīng)輸出信號(hào)，同時(shí)可以連接開關(guān)按鈕以及傳感器等方面的輸入信號(hào)。再將PLC 通過通信線有效地與觸摸屏進(jìn)行連接，便能夠?qū)LC 的輸入以及輸出信號(hào)狀態(tài)全部顯示在觸摸屏上，進(jìn)而達(dá)到監(jiān)控以及控制的目的，這樣便可以促使工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

2.8 用于機(jī)床電氣

機(jī)床電氣屬于生產(chǎn)制造活動(dòng)的關(guān)鍵設(shè)備，其涉及的部件較多，比如車身結(jié)構(gòu)、電氣操作系統(tǒng)以及液壓系統(tǒng)等。對(duì)于PLC 技術(shù)來講，其具備著數(shù)字控制以及掃描等功能，可以用來監(jiān)控機(jī)床電氣設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況，能夠自動(dòng)化地分析判斷設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，同時(shí)將關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳送給相關(guān)技術(shù)人員，這樣技術(shù)人員便能夠借助這些數(shù)據(jù)開展及時(shí)有效的維修工作，比如更換舊部件以及磨損設(shè)備等，從而避免設(shè)備出現(xiàn)安全事故等問題。

綜上所述，對(duì)于PLC 技術(shù)而言，其屬于電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中的一個(gè)核心內(nèi)容，切實(shí)做好此項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用工作，可助推電氣工程自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。