PLC技術(shù)在電氣工程及其自動(dòng)化控制中的應(yīng)用分析

季鵬飛

可編程邏輯控制器（PLC）技術(shù)是電氣工程自動(dòng)化控制的核心技術(shù)之一。PLC技術(shù)以其靈活可編程、高可靠性、易于維護(hù)和適應(yīng)性強(qiáng)等基本特征，在控制開關(guān)、集中管控電氣設(shè)備系統(tǒng)、機(jī)床設(shè)備以及工業(yè)機(jī)器人設(shè)備等方面有著廣泛的應(yīng)用。本文從PLC技術(shù)的基本原理、基本特征以及在電氣工程自動(dòng)化控制中的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，以期為我國(guó)電氣工程自動(dòng)化控制的發(fā)展提供參考。

PLC是電力系統(tǒng)中不可缺少的一環(huán)。可編程控制器具有效率高、安全可靠、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)使其適用面十分廣闊。該方法適用于工業(yè)自動(dòng)化，航空航天，交通運(yùn)輸，醫(yī)學(xué)儀器等多種電子設(shè)備的控制。PLC在上述行業(yè)中的運(yùn)用，不僅能有效地提高企業(yè)的生產(chǎn)率、減少企業(yè)的成本，而且能有效地改善企業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì)，保證企業(yè)的安全。另外，PLC還可以與人工智能，物聯(lián)網(wǎng)等其他技術(shù)相融合。將兩者有機(jī)地組合在一起，可以使PLC控制系統(tǒng)更加高效、靈活。因此，開展電力系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，是一項(xiàng)十分重要的課題。

一、PLC技術(shù)的基本原理

可編程序控制器（PLC）是一種應(yīng)用非常普遍的電控技術(shù)。其工作原理為：通過對(duì)各種電器元件的各種輸入、輸出進(jìn)行合理的計(jì)算與分析，從而達(dá)到對(duì)各種電器裝置進(jìn)行有效地控制。PLC控制系統(tǒng)一般 由CPU、輸入輸出、通訊、供電等部分構(gòu)成。CPU是該系統(tǒng)的中心部分，主要完成輸入信號(hào)的接收、邏輯運(yùn)算與處理以及產(chǎn)生信號(hào)的輸出。其中，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通信模塊主要是通過通訊來完成對(duì)各終端的監(jiān)測(cè)與控制。供電部分為整機(jī)供電，以確保整機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

PLC控制系統(tǒng)以其輸入、輸出為中心。該輸入信號(hào)被用來探測(cè)諸如傳感器信號(hào)和按鈕信號(hào)等外界環(huán)境的狀況。然后，該輸出信號(hào)被用來對(duì)諸如馬達(dá)，氣缸，蜂鳴器等的動(dòng)作進(jìn)行控制。PLC通過對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯計(jì)算與分析，從而達(dá)到對(duì)其進(jìn)行有效地控制與調(diào)整的目的。 PLC在實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)，也提供了豐富的程序設(shè)計(jì)方法和程序設(shè)計(jì)語言。例如功能塊圖（FBD）、結(jié)構(gòu)文本 ST以及序列功能圖等程序設(shè)計(jì)語言。每一種程序設(shè)計(jì)方法都具有各自的特色與適用場(chǎng)合，需要結(jié)合特定的實(shí)際情況加以選用。因此，PLC在自動(dòng)化生產(chǎn)線和機(jī)器人控制等方面有著廣闊的用途。由于PLC是模塊化的，可編程的，可擴(kuò)展的；由于具有較高的可靠性，因此被廣泛地用于現(xiàn)代化的工業(yè)控制。

二、PLC技術(shù)的基本特征

（一）靈活可編程

PLC具有很強(qiáng)的可編程性。利用PLC編制的程序，可以編寫PLC的控制器，完成多種復(fù)雜的控制功能。這樣的可編程性，使PLC具有很好的適應(yīng)性，可以根據(jù)不同的工藝要求進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)人員可以在不改動(dòng)任何硬件設(shè)施的前提下，對(duì)PLC的編程進(jìn)行調(diào)整，從而大大節(jié)約了開發(fā)費(fèi)用。這就使PLC在面臨改變和更新的時(shí)候具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。

（二）可靠性高

該P(yáng)LC的控制系統(tǒng)通過了嚴(yán)密的試驗(yàn)，性能穩(wěn)定可靠。PLC生產(chǎn)廠商對(duì)生產(chǎn)過程中的各種品質(zhì)進(jìn)行了嚴(yán)密的監(jiān)控，以保證其在苛刻的生產(chǎn)條件下仍能正常工作。與常規(guī)的繼電保護(hù)方式比較，PLC在保護(hù)動(dòng)作時(shí)不易發(fā)生誤動(dòng)作，使整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。同時(shí)，PLC還具備自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)防護(hù)等能力，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，可立即發(fā)出警報(bào)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭?dòng)作。

（三）易于維護(hù)

該方法采用了硬件模塊化的方法，結(jié)合了PLC的可視化程序，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的維修與檢修。PLC的硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，在出現(xiàn)問題時(shí)，只需將失效的組件替換即可，無需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大范圍的檢修。另外，PLC的編程軟件一般都是使用圖形化的接口，讓工程師能夠利用拖拽、連線等簡(jiǎn)便的方式來進(jìn)行復(fù)雜的編程工作，這極大地減少了編程的復(fù)雜度，讓維修人員能夠更好地了解并對(duì)其進(jìn)行更改，從而增強(qiáng)了該系統(tǒng)的可維護(hù)性和可操作性。

（四）適應(yīng)性強(qiáng)

PLC的應(yīng)用范圍廣，能與其他的自動(dòng)裝置、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫整合。PLC具有多種通訊接口，能與其他裝置進(jìn)行通信，使多個(gè)裝置相互協(xié)作。這就使PLC在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中，可以作為一個(gè)中心，對(duì)全流程進(jìn)行全方位的控制。在PLC的協(xié)同和調(diào)度下，各裝置能夠有效地進(jìn)行信息的交流和交互，使生產(chǎn)率和產(chǎn)量得到了提升。

三、PLC技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化控制當(dāng)中的應(yīng)用

（一）在控制開關(guān)當(dāng)中的應(yīng)用

PLC在電力系統(tǒng)的自動(dòng)控制領(lǐng)域得到了很大的發(fā)展，尤其是在電力系統(tǒng)的控制交換機(jī)方面。采用PLC對(duì)電力裝置進(jìn)行數(shù)字化控制，使其工作更加穩(wěn)定、可靠。PLC采用模塊化的結(jié)構(gòu)，既便于維修，又便于管理，又能在不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的情況下，隨時(shí)替換各個(gè)模塊。另外，PLC還具備了自診斷與故障探測(cè)的能力，能夠在發(fā)生問題的時(shí)候，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并匯報(bào)給維修人員，使維修人員能夠快速地做出反應(yīng)。PLC應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，能有效地對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，從而大大地改善了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。PLC能按照預(yù)先設(shè)定的邏輯與規(guī)律，進(jìn)行開關(guān)，調(diào)節(jié)電氣設(shè)備的溫、壓等多種功能。

PLC還能與多種類型的傳感器、驅(qū)動(dòng)器通訊，獲得重要的輸入、輸出信息。通過采集到的數(shù)據(jù)，可以對(duì)裝置的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，以便及時(shí)地對(duì)裝置進(jìn)行處理，從而保證裝置的安全性和可靠性。

PLC采用的是模塊化的結(jié)構(gòu)，它不僅采用了數(shù)字式的信號(hào)控制器，而且具有很高的安全性。PLC采用模塊化的結(jié)構(gòu)，既便于維修，又便于管理，又能在不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的情況下，隨時(shí)替換各個(gè)模塊。另外，PLC還具備了自診斷與故障探測(cè)的能力，能夠在發(fā)生問題的時(shí)候，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并匯報(bào)給維修人員，使維修人員能夠快速地做出反應(yīng)。上述特點(diǎn)提高了PLC的可維護(hù)性，提高了其工作的安全性能。此外，本設(shè)計(jì)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PLC的遠(yuǎn)程控制。這就意味著維修人員能夠很容易地從遙遠(yuǎn)的地方解決問題，并降低旅行費(fèi)用和時(shí)間費(fèi)用。另外，PLC還具有許多先進(jìn)的特性，如：“自動(dòng)備份”“自動(dòng)升級(jí)”等。

（二）在集中管控電氣設(shè)備系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC在電力系統(tǒng)的自動(dòng)控制中得到了越來越多地應(yīng)用。而PLC則被廣泛地運(yùn)用于中央監(jiān)控電氣系統(tǒng)。采用PLC進(jìn)行邏輯控制，可以對(duì)多臺(tái)電器進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控與管理，大幅地提升了企業(yè)的生產(chǎn)效率與經(jīng)營(yíng)效益。在中央控制上，采用PLC對(duì)多臺(tái)電器進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，省去了手工操作的煩瑣與繁瑣。對(duì)PLC進(jìn)行集中控制，既能有效地提升企業(yè)的生產(chǎn)率，又能有效地減少企業(yè)的經(jīng)營(yíng)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營(yíng)的精細(xì)化。同時(shí)，運(yùn)用PLC進(jìn)行電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，保證了線路的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而提升了企業(yè)的生產(chǎn)品質(zhì)與效益。在企業(yè)中，應(yīng)用PLC可以使多臺(tái)電器相互配合，提高工作效率。將PLC用于中央監(jiān)控電器系統(tǒng)，可以使公司的經(jīng)營(yíng)過程得到極大的精簡(jiǎn)，降低了人力、物力的損耗，使公司的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益得到了極大的提升。

（三）在機(jī)床設(shè)備中的應(yīng)用

可編程控制器在機(jī)械裝備上得到了越來越多地應(yīng)用。利用PLC對(duì)機(jī)器進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，從而達(dá)到了對(duì)機(jī)器設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控的目的。PLC在電力系統(tǒng)的自動(dòng)控制中也得到了廣泛地使用。利用PLC對(duì)機(jī)器進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，達(dá)到了對(duì)機(jī)器的自動(dòng)監(jiān)控，從而大大地改善了機(jī)器的工作效率，延長(zhǎng)了機(jī)器的使用壽命。實(shí)際上，PLC在機(jī)械裝備中的運(yùn)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了對(duì)其自身進(jìn)行監(jiān)控的范疇。該系統(tǒng)也適用于對(duì)原材料跟蹤、生產(chǎn)線控制和成品品質(zhì)監(jiān)控等全過程的自動(dòng)監(jiān)控與監(jiān)控。所以，PLC在機(jī)械裝備上的運(yùn)用，對(duì)于改善機(jī)械裝備的生產(chǎn)率和品質(zhì)，是必不可少的。另外，可編程控制器在機(jī)械裝備上的運(yùn)用也在不斷地創(chuàng)新。比如，在智能化制造的背景下，大量的機(jī)械裝備都將人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合，以達(dá)到更加智能的加工過程。同時(shí)，PLC在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用也日益受到重視。利用PLC對(duì)機(jī)器進(jìn)行智能化的控制，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析，使其能夠更聰明地對(duì)自身進(jìn)行最優(yōu)調(diào)整，進(jìn)而使其產(chǎn)量和品質(zhì)得到進(jìn)一步的提升。

（四）在工業(yè)生產(chǎn)線控制中的應(yīng)用

1.自動(dòng)化控制

PLC技術(shù)在工業(yè)制造環(huán)境中發(fā)揮著核心作用，它使得各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備和工藝步驟能夠?qū)崿F(xiàn)智能化管理。借助于精心設(shè)計(jì)的PLC程序，技術(shù)人員能精準(zhǔn)配置并改進(jìn)生產(chǎn)線的操作序列及動(dòng)態(tài)行為。這些 PLC 控制系統(tǒng)依據(jù)預(yù)先定義的邏輯規(guī)則，靈活地調(diào)控各類執(zhí)行裝置，如電動(dòng)機(jī)和氣壓缸，確保高效自動(dòng)化生產(chǎn)流程的順暢運(yùn)行。這一自動(dòng)化解決方案顯著減少了人力需求，同時(shí)極大地提升了生產(chǎn)效率。

2.傳感器數(shù)據(jù)采集與處理

在制造業(yè)的操作流程中，多種類型的傳感器，包含溫度、壓力以及光電感應(yīng)器等，被廣泛應(yīng)用于動(dòng)態(tài)追蹤生產(chǎn)線的各種物理特性。通過與這些感應(yīng)設(shè)備的無縫對(duì)接，PLC技術(shù)能有效捕獲到瞬時(shí)的參數(shù)信息。這些信息在PLC控制單元內(nèi)經(jīng)歷處理和深度解析，以評(píng)估工藝流程是否符合預(yù)期，或是揭示可能需要修正或介入的情況。得益于PLC強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，工程技術(shù)人員得以不間斷地洞察生產(chǎn)狀況，迅速識(shí)別出任何可能出現(xiàn)的問題，進(jìn)而提升了生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平。

3.故障檢測(cè)與報(bào)警

PLC技術(shù)內(nèi)嵌了故障偵測(cè)與預(yù)警機(jī)制，能夠有效地監(jiān)督生產(chǎn)流程中的器械和感應(yīng)器狀態(tài)。在遭遇問題時(shí)，如設(shè)備發(fā)生故障、感應(yīng)器信號(hào)出現(xiàn)異?；蛘叱筋A(yù)定參數(shù)，PLC控制系統(tǒng)會(huì)迅速觸發(fā)警告，并詳細(xì)記錄下相關(guān)的錯(cuò)誤信息。這一特性使得維護(hù)團(tuán)隊(duì)得以即時(shí)察覺并采取行動(dòng)，加速故障排查過程，縮短機(jī)器停機(jī)時(shí)間，從而確保生產(chǎn)線持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)作。

4.生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄與統(tǒng)計(jì)

PLC控制裝置具備實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)的能力，同時(shí)也能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)的記載和保存功能。通過對(duì)制造流程中的各類數(shù)據(jù)實(shí)施統(tǒng)計(jì)研究和深入剖析，我們能夠獲取關(guān)于生產(chǎn)流水線的效能參數(shù)、產(chǎn)出量、品質(zhì)等關(guān)鍵性指標(biāo)。這些寶貴的數(shù)據(jù)顯示給企業(yè)決策者，為他們提供有力的決策依據(jù)，便于評(píng)估生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì)出更為高效的生產(chǎn)策略，從而不斷提升生產(chǎn)線的效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

四、結(jié)語

本文通過深入分析PLC技術(shù)的基本原理、基本特征以及在電氣工程自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，PLC技術(shù)以其高可靠性、靈活可編程、易于維護(hù)和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在電氣工程自動(dòng)化控制領(lǐng)域具有重要價(jià)值。未來，我國(guó)應(yīng)繼續(xù)加大對(duì)PLC技術(shù)的研究和應(yīng)用力度，以推動(dòng)電氣工程自動(dòng)化控制水平的提升，為我國(guó)工業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

作者單位：星源材質(zhì)（南通）新材料科技有限公司