基于PLC的大型電氣設備自動化控制技術研究

向久林

（恩施職業技術學院，湖北 恩施 445000）

0 引 言

科學技術不斷發展進步，工業若要保持穩定發展的運行狀態，作為企業管理人員與技術人員應具備足夠的先進技術更新與應用意識，充分認識到PLC技術在日常工作進度推進過程中的應用優勢。電氣自動化控制作為工業生產中的重要環節，與整體的生產效率有著極為緊密的聯系，決定了經濟效益的重要方向。在電氣自動化控制環節，更需要確保PLC技術在其中的運用科學性與靈活性，充分發揮PLC技術優異性能，為資源的合理配置與優化提供基礎條件，為奠定電氣工程未來穩定發展提供重要基礎。

1 基于PLC的大型電氣設備自動化控制技術

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一種具有微型處理功能的，適合于自動控制的數據化操作控制器，它通過將控制指令輸入到控制器的存儲器中，并加以存儲和執行來完成對設備的自動控制。PLC主要由中央處理器（CPU）、儲存器、I/O擴展模塊、輸入/輸出接口、編程器以及外部設備接口組成，如圖1所示。

圖1 PLC構成圖

目前，電氣設備在人們日常生活中的應用逐步增多，從交通工具到各種家電、電子設備等，已成為人們生活中不可缺少的一部分。適當引進大型電氣設備，能有效地提高生產效率，減輕工人的勞動強度，改善原有的生產環境，完成人們無法完成的工作，而且電氣設備作為國家工業領域的基礎設施，對整個國民經濟的發展和科技創新具有較大的影響力。PLC技術的應用為工業生產過程中交流電機解耦模型直流調速和實現過程的矢量轉換奠定了基礎。轉矩控制理念被提出后，在矢量控制的背景下，最大程度將坐標的變化難度降到最低，并在逆變器電壓的基礎上把控定子磁鏈與轉子磁鏈，實現對電機轉矩的完全管控[1]。該種控制方式的應用突出了應用便利性，極大簡化了操作過程，不需要嚴格的電機模型參數支撐。由于控制了頻率的產生，因此在其功能與自身特性的基礎上提升了自身的運行效果，同樣也由于技術應用過程中表現出的平穩性，使得在電氣自動化相關設施中的運用達到了最佳效果，從根本上提高了PLC技術的運用效率。

2 電氣設備自動化控制中PLC的實際運用效果

我國在電動機點動控制和節能等方面優勢明顯，功率因數高、調速性能好且能夠實現軟啟動是延長設備使用壽命的重要保障。PLC技術是現在交流電動機調速中最節能、最理想的手段。異步電動機的調速方法分為以下3種，一是改變電動機的極對數，但是這種調速的方法存在級差，不可用來實現無級調速，不能運用在水泵和火電廠風機等輔助機械上。二是通過改變轉速差率來實現異步電機轉速，可以實現無級調速，但只能應用在容量比較小的電機上，存在整體效率低下和故障率高的缺陷，不適合用在大容量電動機的速度調節上。三是通過改變定子頻率調節異步電機的轉速，也就是變頻器使用的調速方法。調速過程如圖2所示。

圖2 調速過程

2.1 為PLC技術應用覆蓋范圍擴大奠定基礎

在利用電源頻率轉變過程的基礎上，實時調整電機轉速，確保該類技術在電氣自動化控制的環節能夠突顯較大優勢，達到不間斷運行的效果。變頻器的合理運用同樣是實現節能標準構建的重要基礎，通過變頻器能夠調節各類對應裝置，起到較好的節能作用[2,3]。PLC技術的合理應用是電機、電路以及電源等在應用時被合理調整的關鍵因素，并能夠在該類技術的應用模式下實現對電機運用具體情況的實時監管，從而根據對電流的要求實時調整變頻器，為節能標準的落實與整體工作效率的提升提供基礎條件。

2.2 電氣自動化技術運用效率的提升

現階段在各個領域中均能夠應用PLC技術，并通過與計算機和現代機電等先進技術的結合為各領域的工作交流奠定基礎，凸顯了在工業生產過程中的重要應用優勢。通過在電氣自動化設置中選擇應用合理的PLC技術，能夠對該類工程在設計與應用環節的具體情況進行實時把控[4]。變頻器的主要應用特征就是通過減速異步電機或停機調節等操作，實現電機運作頻率的轉變與應用標準的落實。變頻器能夠運用自身靈活調節能力改善應用效果，管控異步電動機的實時運行效率，確保將同步轉速控制在合理的異步電動機運作效率范圍內，維持穩定的運行狀態。需要注意的是，電機相位具有反向特征，在該特征的影響下異步電動機很容易出現制動轉矩的現象，為達到電動機的減速或停機效果奠定了基礎。

3 電氣設備自動化控制中PLC技術的具體應用

PLC技術由于自身的運用特點，在應用時能夠節約能耗，為該類技術在各個領域中的靈活運用提供了基礎條件。決定該技術是否能夠在其應用領域將其應用優勢充分發揮出來，主要表現為負載情況，即恒功率負載狀態，也可以說處在基頻以上狀態時展開相關工作，能夠充分展現效率與轉矩間的反比效果[5-7]。而對于電氣自動化控制系統來說，為保證其運用安全性通常需要為其配備多種類型的保護裝置，另外還需在運行過程中嚴格監管電機的具體運行情況。若是應用技術存在異常的情況，則應在第一時間發出預警信息，并及時啟用應急方案，將可能對系統運行安全造成的影響降到最低。

3.1 深度指示器

對電機的實際運行狀態進行保護時，核心裝置通常為深度指示器。若是在運行過程中，該裝置出現故障，那么將極有可能連帶對其他保護器產生影響。所以，將PLC技術應用于本裝置時，要特別重視深度指示器的功能保障工作，重點在于以下兩點。第一，在電機實際運行過程中應聯系各周期記錄編碼器的傳輸數據，詳細記錄數據內容，清楚是否有前后脈沖數據變化的現象。若是并無明顯的數據變化，則應確定應用的深度指示器是否已經無法發揮正常的功能[8]。第二，一旦出現功能失效的情況，則應評估爬行階段的具體狀態，并及時發出預警信號。爬行區域進入的情況下，應做好相關的保護措施并同時發送預警信號。

3.2 自適應電機模型單元

構建自適應電機模型單元時，對于電氣自動化控制系統來說有著極為重要的應用效果，能夠突顯重要的功能，在過程應用方面占據著無可替代的重要地位[9]。在具體應用時，主要的特征表現在以下幾個方面。第一是應以實際情況為基礎，深入分析目前的應用狀態，聯合運行實際與標準要求，輸入電機相對應的一系列參數，以保證核驗的針對性與有效性，該環節的根本目的是能夠有效控制電動機的正常工作狀態。第二是應聯合實際電機運行情況，選擇應用合適的變頻器，這也是控制轉矩在標準范圍內的關鍵因素。第三是通過將自適應電機模型單元融入至實際的電機運行狀態分析過程中，能夠充分了解到機電一體化的系統運行狀態。該過程在聯合應用實際的情況下能夠選擇出最符合電機運行要求與特點的閉環轉速情況，并通過與實際運行情況相結合方式，確保能夠充分發揮PLC技術的應用效果，突顯該技術在應用過程中的價值及作用優勢。

3.3 等速段超速

電氣自動化運行的核心設施為測量運行速率的裝置，也就是針對速度的超段保護。在設定的運行效率高于相關標準的情況下，執行電機等裝置的運行任務，包含繼電器將有回路緩慢或安全運作的指令特征出現，從而及時切斷電機線路，在后續過程中應用合適的防護對策。在所對應的電氣自動化設施的運行狀態下，一旦出現運行效率較高的情況，則應確保應用合理及對應管理對策的及時性，從而最大程度地將對電機的影響降到最低。因此在保護措施落實環節，具體應從兩個方面入手。第一，若電機效率高于額定標準，應保證預警信息發出的及時性，并需要在預警信息發出后，要求工作人員開啟所對應的系統及裝置的保護設施[10,11]。第二，若發現在落實保護措施后電機運行效率逐漸恢復到標準范圍內，此時即可解除預警信息，避免長時間預警影響到應急制動裝置的運行效果。

3.4 減速段超速

作為電機運作的核心環節，減速段的重要性毋庸置疑，但也正是核心的應用特征使安全事故頻發。此外應選擇利用合適的PLC技術，為實時把控電機的運行效率奠定基礎，并可在此過程中采取合適的對比方式，明確電機的運行效率。一旦在此環節出現異常情況，電氣自動化控制系統便能夠通過安裝的預警系統發出信號，可同時聯動預先設定完畢的保護措施以對裝置進行全方位保護。

4 結 論

將PLC技術應用到電氣自動化控制的過程中，在最大程度減少能源消耗的同時也能夠確保其運行的安全性，繼而幫助制定符合電氣自動化運行的相關標準，為企業創造出更多效益。此外，電氣自動化控制設施中融入變頻調速技術后，能夠持續對電機的相關功能進行優化，從而完成生產方式的現代化轉變，為我國工業長效穩定發展奠定堅實的基礎。