PLC技術在電氣工程及其自動化控制中的應用

肖鋒

（肇慶理工中等職業學校 廣東省肇慶市 526020）

近些年我國的電氣工程已經逐步發展成熟，并且已經成為了為人們生產生活提供便捷服務的重點工程，因此進一步優化電氣工程的運轉質量和經營效益是關鍵任務，而PLC 技術則能夠在工程的經營控制方面起到極強的影響價值，能夠為電氣工程的系統優化和質量提升奠定基礎，同時也可以作為為電氣工程未來發展創造廣闊空間的重要媒介，因此分析PLC 技術的實際應用優勢，并且闡述在電氣工程中的自動化控制應用方式，是進一步提升電氣工程服務職能的重要研究課題。

1 PLC技術的基礎概念和應用價值

1.1 內容概述

PLC 自動控制技術又被稱為Programmable Logic Controller，其余的核心是數字化系統，通過電子技術來實現操控，在上個世紀60年代末，PLC 技術的前身可編程的邏輯控制器在美國得到研發，并開始在工業領域進行使用，這種可編程的邏輯控制器有效取代了傳統工業發展過程中使用的繼電器控制設備，能夠實現更加高效且多功能的自動化控制服務。發展至今，可編程邏輯控制器已經成為了PLC 技術的核心結構，同時伴隨著科技的發展，PLC 技術的功能也呈現著多樣化，逐漸在電氣工程領域實現了自身的價值，能夠為電氣工程的發展提供智能化的自動化控制系統，遠超傳統控制模式的效率，在節省人力的同時，也能夠提升電氣工程的經濟效益。

從原理上來講，PLC 系統是經過加密處理的數字編譯邏輯控制器，可以通過外部傳感器來實現對外界信息的獲取，并且通過儲存模塊將外界獲取到的信息進行數據分析，利用邏輯運算來實現命令的傳達，通過順序控制以及計數定時功能及時的將指令進行傳輸，以控制中心來實現對機械以及相關系統的操控。在運行指令方面，能夠有效代替傳統的計算機編程語言，這不僅能夠方便操作，也可以進一步提升輸出效率和運行性能，已經成為了當前電氣工程自動化控制系統中的關鍵技術。

1.2 優勢

（1）PLC 技術的應用能夠促使自動化控制體系更加便捷，簡化操作，所利用的梯形圖以及邏輯圖，可以代替傳統的編程語言，在修改和編譯過程中能夠簡化基礎的信息體系，為相關工作人員，奠定了便捷的基礎，同時，可以根據實際的自動化控制需求進行程序修改增減，具有極強的靈活性和可操作性。

（2）PLC 技術所形成的自動化控制系統，有著多樣化的功能及性價比較高，能夠滿足電氣工程發展過程中的各項需求，單一的PLC 設備中涵蓋了近千個編程元件，能夠有效實現一對多的自動化控制，不僅能夠有效解決不同業務的運行需求還可以有效減少故障隱患的存在幾率，和與其功能相同的繼電器結構相比，PLC 技術所形成的自動化控制系統，能夠提供與其相同的功能體系，同時價格更加優惠。

（3）自動控制系統的可靠性極高，同時有著較強的抗干擾能力。在電氣工程控制系統中，傳統所使用的繼電器設備涵蓋了大量的時間繼電器以及中間繼電器，系統較為復雜，大量的接觸點在長時間的運行過程中很有可能出現接觸不良的情況，這不僅會增加維修成本，也會降低生產效率，但是利用PLC 技術所形成的自動控制系統不必再使用元件極為復雜的繼電設備，不僅能夠提升運行可靠性，也可以免受周邊環境的干擾。

圖1：PLC 開關量控制結構

圖2：閉環系統結構

2 電氣工程自動化控制系統中的PLC技術應用模式

2.1 順序控制模式

順序控制往往取決于電氣工程運行過程中的相關工序，利用PLC 技術來實現順序控制，能夠有效提升整體電氣工程運行的可靠性，同時也能夠提供安全保障，PLC 系統可以按照實際的系統運轉流程，來進行運行狀態的監測，并且結合不同的需求來下發指令，能夠有效將電氣工程運轉系統分化為不同的階段，每一個階段，執行不同的任務，能夠進一步強化不同運轉工序的職能。與此同時還可以建立在整體調控的基礎上進行技術優化，進一步強化PLC 技術的順序控制效率。

2.2 開關量控制模式

在傳統的單純利用繼電器作為自動控制核心的電氣工程系統中，繼電器的運轉，需要在通電之后進行長時間的反應，而在短路保護，系統運行的過程中，繼電器無法正常工作，這樣會降低整體系統的運行效率，但是利用PLC 技術來實現短路保護，可以通過編輯控制器以及編程系統來進行運行狀態監測，避免短路的出現，同時也能夠維持繼電器的常規運行，在提升運行效率的同時，也能夠進一步優化開關量控制流程。

在實際的開關量控制模式中，由于電器工程系統的開關點眾多，因此PLC 自動控制體系往往直接對接十幾個，甚至上百個控制點。這些控制點，利用網絡和云平臺進行集中處理，能夠有效實現不同類型機電設備以及不同控制系統的分化控制（圖1），不會受到復雜程序以及復雜指令的影響，另外，利用PLC 自動控制系統所實現的邏輯控制，也能夠利用組合或者時序的方式進行調整，管理人員僅僅通過人機交互界面便能夠靈活的控制多個開關點，能夠同時滿足個體控制和集中調整的需求，不僅能夠提升控制效率，也可以有效穩定整體系統的運行狀態，這是其他的自動控制器無法提供的優勢。

2.3 閉環控制模式

利用PLC 技術實現電子工程系統運行的閉環控制，主要是建立在模擬量的基礎上實現的，詳細的PLC 模擬量閉環系統，如圖2所示。這其中，被控制量主要涉及到了轉速、壓力、流量、溫度等多種具有連續變化特征的主要元素，可以根據不同的電氣系統進行針對性分化，執行機構為電動調節閥以及變頻器。

在這個過程中需要監測系統能夠及時的獲取外界的被控制量信息，并且將運行狀態的信號傳輸至處理中心，信號在傳輸時會被轉換成直流電壓信號或者直流電流信號，由PLC 系統中的模擬量輸入模塊，將其重新轉化成數字量，這其中，模擬量信息和數字量轉化的程序主要是由pid 程序實現的。當控制中心獲取到已經轉化完成的數字量之后，會根據前期的系統編程來進行數字量判斷，并且根據判斷的結果以及電氣系統運行的公式來下達操作質量，從而形成控制閉環。

2.4 集中控制模式

利用PLC 技術來實現集中控制，主要是建立在自動監視功能的基礎上實現的，需要建立起不同電氣設備之間的聯系和狀態關系，確保整體效果最優，同時個體設備的運行效率也能夠得到管控。集中控制能夠進一步促使電氣系統的工作量得到優化，通常應用在，工序較為復雜且人力消耗較多的，電氣工程中，例如針對煤礦企業的運行裝置來講，涉及到了集撿設備、儲煤設備、傳送帶、轉載機以及膠帶機等多個運行系統，通過常規的人力控制以及傳統的繼電器控制可能無法實現不同設備之間的零斷層聯系，這不僅會浪費較多的時間，也會導致整體系統的運轉效率下降，因此利用PLC 技術自動控制系統實現集中控制，能夠建立在遠程監測的基礎上，利用控制中心實現對多個設備的一體化監測和管理，能夠促使不同工序之間緊密相連，極大的縮短浪費的時間長，同時在提升效率的過程中，也能夠保證不同工序的正常運轉狀態，及時的發現運轉故障，并且進行停機維護。

2.5 程序編譯模式

程序編譯功能也是PLC 技術在電氣工程系統應用中的重要體現，PLC 技術往往是建立在順序掃描和不斷循環的基礎上進行自動化控制的，在運行過程中，CPU 需要根據前期管理人員編制好的相關程序以及工序進行監測和指令下達，結合不同的地址，來落實周期性循環作業，通過掃描，實現輸入信號以及輸出信號的轉換。結合當前PLC 技術的發展標準來看，編程語言主要涉及到了指令表、梯形圖、順序功能流程圖、功能模塊以及結構文本化語言這五種，這其中梯形圖語言是應用較為廣泛且最為常見的語言之一。而程序的算法主要涉及到了脈沖量、模擬量以及開關量計算。完備的編程系統和計算方法能夠有效應對不同體系的電氣工程，能夠實現快捷的自動控制效果。

3 PLC在機械制造領域中的實際應用

隨著PLC 技術體系的逐步創新，在我國各個行業中均已經具有著較強的應用優勢，尤其是在機械制造行業，為了進一步迎合當前社會的發展需求，機械制造行業面臨的壓力和挑戰逐步增加，為了進一步提升生產的效率，確保生產質量，利用PLC 技術來實現機械制造自動化生產是至關重要的任務，同時也是緩解行業壓力的重點舉措。但實際的機械制造自動化生產鏈中，PLC 技術的主要應用方向有以下幾點。

3.1 實現自動化的物資運輸處理

在PLC 自動化技術的加持下，可構建一個由自動裝置、自動運輸設備、自動軟件構成的物資供輸自動化系統，這個系統能夠將機械制造過程中所需的原材料或制造好的成品輸送到固定位置，大大提升工作效率。

3.2 實現自動化設備裝配

在機械設備裝配過程中，利用PLC 技術設計程序，能夠實現設備組裝、調試、測試、驗收的自動化。以當前在機械制造領域廣泛應用的機械手為例，這種自動化設備能夠檢測到物體的具體位置，伸展手臂抓取物件，按照既定程序移動，物品到達既定區域，松開物件回到初始位置，不同的機械手配合，就能夠完成產品的組裝，且精度極高。

3.3 落實自動質量檢測

在高精度作業環境下，傳統的人工檢測方式由于工作效率低、檢測精度不足，已經無法適應行業要求，自動化檢測技術應運而生。在PLC 自動化檢測系統中，設備能夠有效識別組件磨損狀態，并利用人工智能技術來識別電流信號以及細微缺陷，可以全面提升機械制造水平。在應用PLC 技術的過程中，應該以世界先進水準作為基準線，合理高效應用這項技術，加大對于新型PLC 自動化控制系統的研發力度，切實提升我國機械制造自動化高度。

4 結束語

綜上所述，在電氣工程及其自動化控制系統中引入PLC 技術是社會發展的必然趨勢，也是提升整體社會進步的主要推動力，是技術應用在生產中的重要成果，因此合理的使用PLC 技術，落實自動控制系統優化，增強電氣工程運營的穩定程度，從應用模式角度進行針對性分析，并且尋找更多的應用方向，進行功能優化和性能提升，不僅推動了電氣工程行業可持續穩定的發展，也能夠成為促使全社會乃至全國智能化轉型的動力。