論PLC在電氣自動化控制中的應用

龍海涵 遼寧科技學院

引言

PLC被稱為工業(yè)自動化的大腦，廣泛應用于各個領域，尤其在鋼鐵制造、石油化工、電力配送、機械制造，汽車交通等領域應用更加廣泛。據(jù)中國產(chǎn)業(yè)網(wǎng)統(tǒng)計，2016年我國PLC市場規(guī)模已達到73億元，并且每年以超過10%的速率增加。隨著工業(yè)制造2025的提出，我國PLC產(chǎn)業(yè)以及相關產(chǎn)業(yè)都會有一個快速發(fā)展期。

PLC在電氣設備上的應用不斷加深，為電氣自動化發(fā)展注入新的動力，讓我國的電氣自動化控制又上一個臺階。PLC給我們工業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來了諸多成績，也讓我們認識到很多的不足，在現(xiàn)有的PLC產(chǎn)業(yè)中，根據(jù) I/O 點數(shù)可分為大、中、小型，點數(shù)越多，控制關系越復雜，我國主要生產(chǎn)一些小型PLC，在一些中、大型PLC方面，還依靠進口，存在一定的技術(shù)壁壘，影響著把我國電氣自動化方面的發(fā)展。因此，我國仍需要投入更多的科研力量加強對PLC技術(shù)的研究和應用推廣，為我國的工業(yè)發(fā)展提供助力。

1 PLC原理及特點

PLC全稱為可編輯邏輯控制器，其采用可編程的存儲器，存儲內(nèi)部程序，實現(xiàn)邏輯運算、順序控制以及定時等功能，并且將機械生產(chǎn)過程以數(shù)字化或者模擬式形式輸出給用戶，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 PLC控制系統(tǒng)原理圖

PLC控制系統(tǒng)主要包括四個部分，分別是電源、CPU、輸入出接口以及存儲戒指。其中最為核心的為CPU中央處理器。如圖1所示，電源部件為整個系統(tǒng)提供能量支持，其包括兩種狀態(tài)，開啟和閉合；微處理器CPU作為PLC控制系統(tǒng)的核心部件，起作用機理為調(diào)用存儲或接受的數(shù)據(jù)，對其進行對比分析處理，做出下一步運作指令，類似于人腦；輸入輸出結(jié)構(gòu)，主要包括外設結(jié)構(gòu)、擴展結(jié)構(gòu)以及輸入輸出部件，外設結(jié)構(gòu)實現(xiàn)硬件設備的連接，進而傳遞相關信息，輸入部件和輸出部件完成外界信號和數(shù)據(jù)傳遞，主要包括現(xiàn)場信號的接受，以及將驅(qū)動信息傳遞至受控元件，是微處理器CPU的信息傳遞結(jié)構(gòu)；存儲器主要包括用戶程序和系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序作為基礎程序，而用戶程序則是根據(jù)使用者需求將信息數(shù)據(jù)存儲于該系統(tǒng)中，方便CPU根據(jù)需求，調(diào)用用戶信息數(shù)據(jù)，進而可以高效做出判斷，提高運行效率。

2 PLC技術(shù)的應用

2.1 PLC技術(shù)在順序控制中的應用

在電氣輔助系統(tǒng)中，順序控制通常被用作主要控制方法。將PLC技術(shù)應用到順序控制中，不僅容易實現(xiàn)工藝流程的單機控制，而且借助PLC的通信模塊，可以提高生產(chǎn)過程中的協(xié)同性，從而提高電氣的自動化控制水平。提高設備運行效率不斷改進。

2.2 PLC在開關量控制中的應用

傳統(tǒng)的電氣設備控制系統(tǒng)大多采用電磁電器，增加了系統(tǒng)布線的復雜性，另一方面也很容易造成工作中的接觸事故，導致整個控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性低。 當PLC技術(shù)應用于電氣設備的控制系統(tǒng)時，只需使用軟繼電器即可輕松控制開關量，這無疑使電氣設備控制系統(tǒng)的安全性大大提高。另外，采用PLC技術(shù)控制開關量還可以有效減少開關數(shù)量，輕松實現(xiàn)多個斷路器的集中控制，使控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性大大提高。

2.3 PLC在閉環(huán)控制中的應用

電氣控制系統(tǒng)的一個主要發(fā)展趨勢是實現(xiàn)閉環(huán)自動控制。將PLC技術(shù)應用到電氣設備的控制系統(tǒng)中，可以根據(jù)設備的運行狀態(tài)對設備的運行進行監(jiān)控，并確定控制輸出。如果PLC裝置可以用來控制泵電機的自動啟動，則控制系統(tǒng)可以根據(jù)每個泵的實際操作來決定備用泵是否打開。總之，PLC技術(shù)在閉環(huán)控制中的應用，不僅大大提高了電氣控制系統(tǒng)的可靠性和安全性，而且還促進了電氣控制系統(tǒng)的功能，這是未來閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢之一。ROL系統(tǒng)在實際工作中，最常用的電氣設備控制方法是PLC與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)合。

3 PLC在石化設備中應用實例解析

某企業(yè)具備兩臺石油氣壓縮機，額定功率為75KW，其運行模式為一開一備。在實際的生產(chǎn)需求中，僅需要輸出功率為45KW。此種運行功率情況下，負載率較低，風壓和流量大小都需要手動閥調(diào)節(jié)，操作較為復雜，并且調(diào)節(jié)過程中浪費大量的電能。因此采用PLC實現(xiàn)各種調(diào)節(jié)功能，來保證設備的運行和企業(yè)的經(jīng)濟效益。

3.1 系統(tǒng)工作要求

1）在正產(chǎn)的生產(chǎn)過程中，必須保證至少有一臺壓縮機在工作，在切換過程中，也需要保證一臺機器的運行；

2）壓縮機的出口壓力必須在預定值上；

3）可以有效監(jiān)測壓縮機的運行狀態(tài)，所發(fā)現(xiàn)問題可以及時維修處理。

3.2 系統(tǒng)設計方案

為了達到風壓要求，保證出口壓力值，就需要測定實際壓力。將設定的出口壓力定位P1，設計測定壓力為P2，那么根據(jù)ΔP(=P2-P1)值大小由PLC內(nèi)PID功能模塊進行PID運算，來實現(xiàn)對于電動機轉(zhuǎn)速的控制，進而保證出口壓力值。當ΔP＞0時，實際出口壓力過大，通過調(diào)整變頻器輸出評率，改變電動機轉(zhuǎn)速，降低實際風壓。達到要求壓力值，反之亦然。通過這種調(diào)節(jié)方式，實現(xiàn)風壓穩(wěn)定控制。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在設備配置上，選用西門子ECO1-7500/3變頻器、1臺S7-200型PLC(CPU215/216，配套EM235擴展模塊)以及接觸器、操作按鈕、來完成啟動、停止、切換等工作方式，來完成壓縮機運轉(zhuǎn)和故障預測性監(jiān)測。PID運算功能的實現(xiàn)，S7-200系列中CPU215/216具有32位浮點運算指令和內(nèi)置PID調(diào)節(jié)運算指令等特殊功能。使用時，只需在PLC內(nèi)存中填寫1張PID控制參數(shù)表，再執(zhí)行指令：PID TABLE, LOOP，即可完成PID運算。進而實現(xiàn)系統(tǒng)的啟動、運行、停止及切換。

4 總結(jié)

根據(jù)上文的闡述，發(fā)現(xiàn)PLC具備良好的控制性能，在未來的共農(nóng)業(yè)發(fā)展中，有著不可替代的優(yōu)勢。在應用PLC控制器方面，需要根據(jù)設計工藝，選取合理的PLC，來保證使用要求。隨著標準化和通用性水平的提高，未來的PLC應用會越來越廣泛。