電氣工程及其自動(dòng)化控制中運(yùn)用PLC技術(shù)的實(shí)踐探究

北京萬國(guó)長(zhǎng)安科技有限公司 謝 巖

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，電氣工程及其自動(dòng)化控制得到廣泛地應(yīng)用。PLC 技術(shù)是一種集成邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、輸入輸出控制等多種功能的綜合性計(jì)算機(jī)技術(shù)，同時(shí)PLC 技術(shù)以微控制器為核心，首先PLC 技術(shù)具備較強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力。其次，PLC 技術(shù)具有較強(qiáng)的靈活性，能夠根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。最后，PLC技術(shù)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可以對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行準(zhǔn)確定位和記錄。由此可見，PLC 技術(shù)在電氣工程及其自動(dòng)化控制中的應(yīng)用具有十分重要的意義。

1 PLC 技術(shù)的主要特征及工作原理

1.1 模擬量輸入模塊

模擬量輸入模塊主要是指將數(shù)字量信號(hào)通過轉(zhuǎn)換的方式轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，并將其輸入PLC 系統(tǒng)中的硬件模塊中，以便于在實(shí)際使用過程中對(duì)各種信息進(jìn)行采集。在實(shí)際應(yīng)用過程中，可根據(jù)具體需求來對(duì)模擬量輸入模塊進(jìn)行選擇，以便有效保障電氣工程及其自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。通常情況下，模擬量輸入模塊包括以下幾種：一是數(shù)字量輸入模塊，其主要包括數(shù)字量、模擬量輸入模塊以及模擬量輸出模塊三種；二是模擬量輸出模塊，其主要包括模擬量輸出、溫度、濕度等模擬量信號(hào)；三是數(shù)字量輸入模塊，其主要包括數(shù)字量、模擬量、數(shù)字信號(hào)等[1]。

1.2 邏輯運(yùn)算模塊

邏輯運(yùn)算模塊主要是指通過對(duì)計(jì)算機(jī)輸入的程序指令進(jìn)行處理，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的動(dòng)作，進(jìn)而完成相應(yīng)的邏輯運(yùn)算功能[2]。在實(shí)際應(yīng)用過程中，邏輯運(yùn)算模塊主要包括以下幾個(gè)方面：一是狀態(tài)控制模塊。狀態(tài)控制模塊主要是指根據(jù)不同的操作要求，對(duì)各種輸入信息進(jìn)行判斷，并完成相應(yīng)的動(dòng)作。通常情況下，當(dāng)系統(tǒng)中存在某一種狀態(tài)時(shí)，需要根據(jù)具體情況來對(duì)其進(jìn)行處理。二是順序控制模塊。順序控制模塊主要是指對(duì)執(zhí)行程序指令進(jìn)行執(zhí)行的過程中所涉及的邏輯關(guān)系進(jìn)行判斷，并完成相應(yīng)的動(dòng)作。三是比較控制模塊。比較控制模塊主要是指對(duì)兩個(gè)不同狀態(tài)之間的變化程度進(jìn)行判斷，并完成相應(yīng)的動(dòng)作，以便于在實(shí)際操作過程中能夠保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。

1.3 數(shù)字運(yùn)算模塊

數(shù)字運(yùn)算模塊的主要功能是對(duì)程序進(jìn)行編譯和處理，其主要是通過對(duì)硬件寄存器的使用來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)指令的輸出，從而使其能夠有效處理數(shù)字量信息。在實(shí)際使用過程中，數(shù)字運(yùn)算模塊主要分為高速計(jì)數(shù)器兩種類型，數(shù)字運(yùn)算模塊可根據(jù)具體需求來選擇不同類型的計(jì)數(shù)器。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，高速計(jì)數(shù)器的運(yùn)用主要包括以下幾個(gè)方面：一是對(duì)輸入地址進(jìn)行編碼，其主要是根據(jù)不同類型的輸入信息來對(duì)寄存器進(jìn)行分類處理；二是對(duì)輸入位進(jìn)行存儲(chǔ)，其主要是根據(jù)不同類型的輸入信息來對(duì)寄存器進(jìn)行存儲(chǔ)；三是讀取數(shù)據(jù)位，其主要是根據(jù)不同類型的數(shù)據(jù)信息來對(duì)寄存器進(jìn)行讀取[3]。

綜上所述，PLC 技術(shù)的主要特征在于，可編程、模塊化、兼容性強(qiáng)，具有良好的可移植性和可擴(kuò)充性，而且在一定程度上能夠?qū)Τ绦蜻M(jìn)行修改與完善，保障PLC 技術(shù)的穩(wěn)定性和可靠性。PLC 技術(shù)的工作原理主要是基于其內(nèi)部模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在實(shí)際使用過程中完成相應(yīng)的功能。具體來說：首先是模擬量輸入模塊的運(yùn)用，其主要包括數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及溫度、濕度等模擬量輸入模塊；其次是邏輯運(yùn)算模塊的運(yùn)用，其包括狀態(tài)控制模塊以及順序控制模塊；然后是數(shù)字運(yùn)算模塊的運(yùn)用，其包括地址編碼、存儲(chǔ)以及讀取等[4]。

2 PLC 在電氣工程及其自動(dòng)化控制中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 方便操作

PLC 技術(shù)在電氣工程及其自動(dòng)化控制中的應(yīng)用具有操作簡(jiǎn)單、方便使用的優(yōu)勢(shì)，能夠讓操作者通過簡(jiǎn)單的操作，就可完成電氣工程及其自動(dòng)化控制任務(wù)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。具體來說，PLC 技術(shù)在電氣工程及其自動(dòng)化控制中的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢(shì)。

一是方便操作。例如，在電氣工程及其自動(dòng)化控制中，如果需要對(duì)某一設(shè)備進(jìn)行控制，那么只需要對(duì)其進(jìn)行編程，然后再將相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息傳輸給PLC 技術(shù)即可；此外，PLC 技術(shù)不僅可以對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和處理，而且還能將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)诫姎夤こ碳捌渥詣?dòng)化控制中的各個(gè)環(huán)節(jié)中去。

二是方便使用。PLC 技術(shù)在電氣工程及其自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，不僅能夠提高工作效率，而且還能讓操作更加簡(jiǎn)單、方便。例如，在電氣工程及其自動(dòng)化控制中，如果出現(xiàn)故障，工作人員可通過對(duì)PLC 技術(shù)進(jìn)行調(diào)試，來獲取故障信息和信息數(shù)據(jù)，然后再利用相關(guān)設(shè)備對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)和排除，最后再對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

2.2 穩(wěn)定性高

PLC 具有較高的穩(wěn)定性，其具有抗干擾能力強(qiáng)、體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而確保其能夠正常運(yùn)行。具體包括。首先，PLC 系統(tǒng)本身就具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，其采用模塊化設(shè)計(jì)方式，能夠有效降低故障率；其次，PLC 系統(tǒng)中包含有眾多的數(shù)字輸入輸出模塊、模擬輸入輸出模塊以及擴(kuò)展模塊等，能夠有效提高PLC 系統(tǒng)的抗干擾能力；再次，PLC 系統(tǒng)中包含有通信模塊、軟件模塊、指令處理模塊等，能夠有效提高PLC 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；最后，在電氣工程及其自動(dòng)化控制中，使用PLC 技術(shù)進(jìn)行電氣設(shè)備控制時(shí)，需要將其作為電氣設(shè)備的運(yùn)行核心進(jìn)行控制和管理，能夠有效降低電氣設(shè)備發(fā)生故障或者意外情況的概率。

2.3 高度可編程性和靈活性

PLC 在電氣工程及其自動(dòng)化控制中的另一顯著優(yōu)勢(shì)是其高度的可編程性和靈活性。PLC 能夠通過簡(jiǎn)單的編程調(diào)整來適應(yīng)不同的生產(chǎn)需求和操作條件，從而使得其在多種工業(yè)應(yīng)用中被重新配置和優(yōu)化。此種靈活性使得用戶可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定制，以適應(yīng)特定的操作流程，從而大大提高了生產(chǎn)效率和設(shè)備使用的適應(yīng)性。

3 在電氣自動(dòng)化控制中運(yùn)用PLC 技術(shù)的具體方案

3.1 PLC 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理

在PLC 控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集和處理是較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)，同時(shí)也是保證自動(dòng)化控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提。在實(shí)際工作中，為更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC 控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和處理功能的應(yīng)用，需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析和研究。

一是應(yīng)將數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)應(yīng)用到PLC 控制系統(tǒng)中。二是在數(shù)據(jù)采集和處理過程中，應(yīng)確保數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。三是應(yīng)確保PLC 控制系統(tǒng)具有一定的抗干擾能力。四是應(yīng)確保PLC 控制系統(tǒng)可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行良好的連接。在具體應(yīng)用過程中，應(yīng)按照實(shí)際情況選擇合適的數(shù)據(jù)采集方式，并根據(jù)數(shù)據(jù)采集方式來確定PLC 控制系統(tǒng)是否需要進(jìn)行報(bào)警處理。

3.2 PLC 控制系統(tǒng)與其他設(shè)備的連接方式

一是與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接方式。為保證PLC 控制系統(tǒng)可以更好地適應(yīng)電氣工程及其自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行需求，需要在實(shí)踐中對(duì)PLC 控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的連接方式進(jìn)行研究，通過有效的連接方式，可以實(shí)現(xiàn)PLC 控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的信息交流。具體來說，可以通過繼電器、接觸器、傳感器、繼電器以及數(shù)字輸入輸出模塊等進(jìn)行連接，其中繼電器為PLC 控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的連接方式，可以確保PLC 控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性。

二是與上位計(jì)算機(jī)的連接方式。在對(duì)PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)工作時(shí)，需要將上位計(jì)算機(jī)作為主要工作設(shè)備，通過上位機(jī)可以對(duì)PLC 控制系統(tǒng)中的各個(gè)功能進(jìn)行有效運(yùn)用，并對(duì)PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理。同時(shí)，還可以通過上位機(jī)與PLC 控制系統(tǒng)之間的通訊來實(shí)現(xiàn)信息交流。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的連接方式，這樣才能保障PLC控制系統(tǒng)與上位計(jì)算機(jī)之間信息交流的順暢和穩(wěn)定。

三是與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的連接方式。在實(shí)際運(yùn)行過程中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與PLC 控制系統(tǒng)之間存在一定程度上的信息交流問題，主要是因?yàn)镻LC 控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生較大噪聲，影響到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，再加上現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生故障問題。因此，在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)采取有效措施對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)和處理，通過合理使用屏蔽電纜、屏蔽網(wǎng)絡(luò)以及屏蔽電源等方式來避免上述情況出現(xiàn)。

3.3 PLC 在電氣自動(dòng)化控制中的故障診斷

在進(jìn)行PLC 故障診斷的過程中，需要對(duì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面分析，并利用PLC 技術(shù)的故障診斷功能對(duì)系統(tǒng)的故障進(jìn)行全面診斷，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)故障類型進(jìn)行確定，以便可更好地進(jìn)行后續(xù)處理工作。具體來說，需要對(duì)PLC 系統(tǒng)中的各個(gè)模塊、各個(gè)元件的運(yùn)行情況進(jìn)行全面分析。在實(shí)際分析過程中，需要利用相關(guān)程序?qū)Ω鞣N電氣控制元件、系統(tǒng)中的模擬量以及數(shù)字量等各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確?？蓪?duì)各種電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中存在的各種問題進(jìn)行全面掌握。

并且，應(yīng)根據(jù)分析結(jié)果制定相應(yīng)的解決措施，以保證電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可更好地避免各類故障問題的發(fā)生。除此之外，還需要根據(jù)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中存在的各種故障類型以及具體情況，進(jìn)一步對(duì)PLC 技術(shù)進(jìn)行全面分析，并以此為基礎(chǔ)制定相應(yīng)的處理措施，以保證電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以更好地實(shí)現(xiàn)故障診斷功能。

在具體運(yùn)用PLC 技術(shù)進(jìn)行故障診斷時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面：首先是故障類型方面的分析。在具體應(yīng)用PLC 技術(shù)進(jìn)行故障診斷的過程中，需要針對(duì)各種常見故障類型采取相應(yīng)的處理措施。其次是故障原因分析。最后是故障排除方案制定。在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中會(huì)存在一些未知因素，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中存在的未知因素制定相應(yīng)的處理方案。

3.4 PLC 在電氣自動(dòng)化控制應(yīng)用注意事項(xiàng)

PLC 在電氣自動(dòng)化控制應(yīng)用應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：一是選擇方面。PLC 的選擇不僅應(yīng)滿足當(dāng)前的功能需求，還應(yīng)預(yù)留足夠的輸入輸出端口和處理能力，應(yīng)對(duì)可能的系統(tǒng)升級(jí)或功能增加。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，須詳細(xì)規(guī)劃PLC 的布局和電氣接線，確保所有組件的兼容性和最優(yōu)布局，以降低電磁干擾并提高系統(tǒng)的可靠性。

二是編程方面。在編程之初，應(yīng)遵循工業(yè)編程標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)，選擇適宜的編程語言（如梯形圖、功能塊圖等），并采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的編程風(fēng)格，以便于程序的維護(hù)和故障排查，提升代碼的可讀性和可重用性。

三是維護(hù)方面。管理者需定期對(duì)PLC 系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)檢查，包括軟件更新、硬件檢查以及系統(tǒng)優(yōu)化。對(duì)于系統(tǒng)中的每一個(gè)故障，應(yīng)有快速準(zhǔn)確的診斷程序，及時(shí)解決問題以避免造成更大的損失。在設(shè)計(jì)PLC 系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮到便于維護(hù)和升級(jí)的設(shè)計(jì)原則，如使用標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的部件，使維修更為方便、成本更低。管理者還應(yīng)建立完善的數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)機(jī)制，確保在發(fā)生硬件故障或其他意外時(shí)，重要數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，并能快速恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。

四是安全方面。管理者還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)PLC 的訪問控制，設(shè)置復(fù)雜的密碼和多級(jí)用戶權(quán)限，有效防止未授權(quán)訪問。同時(shí)，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)防火墻和入侵檢測(cè)系統(tǒng)，保護(hù)PLC 系統(tǒng)不受網(wǎng)絡(luò)攻擊的威脅。在編程和系統(tǒng)維護(hù)中應(yīng)用加密措施，確保傳輸數(shù)據(jù)的安全，預(yù)防數(shù)據(jù)泄露或被篡改的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

綜上所述，PLC 技術(shù)在電氣工程及其自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能的有效提升，促進(jìn)電氣工程及其自動(dòng)化控制系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。因此。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)對(duì)PLC 技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理地選擇，以實(shí)現(xiàn)其功能的最大限度發(fā)揮。