電氣工程自動化控制中PLC技術的應用

賈聃 朱峰剛

[摘 ? ?要]對PLC技術的特點與工作流程進行分析，闡述該技術在電氣自動化中的應用方法，該技術的應用不但可創建新型電氣控制模型、調整適中程序、控制轉速測量裝置，還可在礦井提升機、空調系統、機床電氣控制等領域應用。最后對PLC自動化電氣控制系統的設計與應用進行研究，包括系統需求、設計方案與應用實現三個方面，應用該系統對電氣控制水平提升具有重大意義。

[關鍵詞]電氣工程;自動化控制;PLC技術

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]This paper analyzes the characteristics and working process of PLC technology， and expounds the application method of this technology in electrical automation. The application of this technology can not only create a new electrical control model， adjust the appropriate program， control the speed measurement device， but also be applied in the fields of mine hoist， air conditioning system， machine tool electrical control， etc. Finally， the design and application of PLC automatic electrical control system are studied， including system requirements， design scheme and application realization. Through the application of the system， it is of great significance to improve the level of electrical control.

[Keywords]electrical engineering; automatic control; PLC technology

現階段，PLC技術在工業領域得到廣泛應用，是指專項服務于工業環境中的可編程數字計算操作系統。該技術在微處理器基礎上，綜合運用計算機、通信技術、網絡技術等成為新型工業控制裝置，可自動完成順序控制、計數、邏輯運算等命令，并將存儲內容利用模擬量傳輸，對各類機械生產進行控制。在電子技術不斷成熟之下，PLC系統的應用范圍進一步延展，擁有更為廣闊的發展空間。

1 PLC技術概述

1.1 技術特征

在工業生產中，PLC可通過模擬數據與編程等方式，使作業環境更加安全可靠。PLC系統自身存儲其可執行邏輯運算、計數等操作，并依靠模擬量控制電機與器械，即便在復雜接線的控制器系統中應用，也具有較強的可靠性。PLC以計算機和接觸器控制為基礎，可有效彌補傳統機械觸電繼電器的弊端，利用邏輯關系替代以往導線線路，使節點變位時間幾乎為零，且無需考慮返回系數問題。同時，PLC系統的抗干擾力較強，適用于復雜工業環境中;該系統的指令形式簡單，操作難度小，逐漸替代傳統系統在電氣工程領域得到普及應用。

1.2 基本工作流程

PLC是將計算機、通信與自控技術綜合應用的新技術，在其工作中勢必要利用微處理器作為硬件基礎，該技術的工作流程為：①采集和輸入現場信息，在控制系統軟件程序操控下，執行預編輯良好的指令針對現場輸入區進行掃描，并對輸入區的當前狀態進行評估;②根據特定功能執行相應程序，以用戶控制系統為依據，設置明確的程序指令，根據特定規則全方位掃描，再綜合考慮現場運行狀態、指令規定等內容，實施邏輯運算或分析;③對系統有效響應過程進行控制，采集執行程序相關結果與運算輸出結果，將二者輸入主機中，由主機向其他傳輸點發布信息，由此實現設備控制的目標。在上述過程完成后，新的過程控制行為將重新執行，每執行一次，便可完成一個工作周期。在實際應用中，常常要求更多設備流程不間斷的運作，而PLC的應用剛好可滿足此種設備要求，且PLC程序語言模式通俗易懂，易編寫和修正，適用范圍廣闊，可有效縮短軟件開發時效，節約大量開發資金投入。

2 PLC在電氣工程自動化中的應用

當前PLC技術不斷優化完善，功能更加全面，在電氣設備控制領域得到廣泛應用，可利用其創建新型電氣控制模型，調整適中程序，控制轉速測量裝置，還可在礦井提升機、空調系統、機床電氣控制等領域應用，取得理想的應用成果。

2.1 創建新型電氣控制模型

在以往的電氣工程運行中，應用較多的是電磁性繼電器創建電路控制模型，使系統中的路線結構與觸點數量滿足規定標準。而應用PLC技術后，可有效解決以往系統結構運行方面存在的不足，并提出針對性解決措施。只有在確保自動化開關量穩定優化的基礎上，才可從本質上提升自控系統運行完整度。此外，大部分自控企業均利用PLC中的自控模塊促進管理機制的高效落實，達到更加良好的處理效果。在技術模型構建方面，與傳統電路繼電器相比，PLC的應用可節約更多繼電器反應時間，將技術特點充分發揮出來，使生產環境更加安全。

2.2 調整適中程序

當前，國內控制技術已經進入成熟階段，大部分企業的PLC技術均是作為順序控制器投入使用。火電廠與其他電廠中的除灰工序便要利用PLC完成除灰任務。在發電階段，電氣自動化水平與除灰效率有著直接影響。為了達到預期目標，可利用PLC技術幫助企業節約更多生產成本，通過控制適中程序降低勞動力方面的投入，達到提高施工效率的目標。

2.3 控制轉速測量裝置

在自動化系統中，電機啟動方式分為手動、自動與現場啟動三種。通過PLC閉環控制的應用可對不同類型調節器與轉速測量裝置進行控制，如泵機啟動、電機速度控制等，由此達成電氣自動控制的目標。在自動化運行中，可依據多種電機運行狀態選取合適的控制模式，采用PLC閉環控制使系統運行更加安全高效，設備自控水平得到顯著提升。

2.4 其他領域應用

（1）機床電氣控制。在通用加工機床中，可對機械、液壓與電氣進行協調控制，電氣與液壓在特定時間內相互配合常出現多樣化故障，為后期檢修增加難度。對此，可將PLC系統引入其中，替代以往以基礎漆為主體的控制裝置，操作者可快速準確的掌控時間。在PLC技術應用中，可有效預防設備故障的發生，構建控制與檢測同步開展的綜合系統，取得理想的電氣控制效果。

（2）礦井提升機。在煤礦開采行業中，礦井提升機作為不可或缺的設備，可通過鋼絲繩牽引的方式使提升機在斜坡道中運動。PLC系統在提升機中的作用還可從調整轉速中體現出來;當收到開車信號后，按下操作按鈕，PLC變頻器便會結合實際情況進行調速，使提升機能夠高效投入工作中。為預防溜車情況發生，PLC系統還可利用直流制動的方法進行電機控制，此種調節方式產生的速度曲線不但可對提升機速度進行檢驗，使設備定位更加精準，在操作方式上也更為靈活便捷。

（3）空調系統。從理論層面上看，中央空調在制冷系統控制中可采取以下措施，即繼電器、直接數字、可編程控制器。前兩種因自身缺陷無法彌補逐漸被淘汰，PLC編程控制因在操作便利性、可靠性、可維修性等方面占有明顯優勢，當前已經成為中央空調系統的典型形式。

3 PLC自動化電氣控制系統的設計與應用

3.1 系統需求

在煤礦生產中，生產安全受內外多項因素影響。主扇風機中的自動監控系統應用情況對生產安全性具有直接影響。該系統可分為兩項內容：①變電站檢測控制;②對風機不同階段各項參數進行檢測。該系統的現實需求如下：在運行過程中能夠嚴格監測通風系統，包括內部風量、壓強、風速、甲烷濃度等，并對各項指標對生產安全的影響程度自動排序和記錄;對每臺風機相關電量數值進行實時監測，如功率、電壓、電流等，并及時提示異常數據并處理，有效避免突發事件發生，降低損失量。

3.2 設計方案

為了使該系統運行更加穩定高效，營造有利的硬件設計環境，需要制定相應的設計方案，對系統內部結構的各模塊功能進行明確，使多個模塊相互協調，達成系統運行的總體目標。該系統的設計方案如下：

（1）輸入電路模塊。該模塊作為PLC系統運行的基礎，供電電源的適應范圍應合理恰當。根據當前自控系統的要求，需要強化電源抗干擾性，減少環境對電源運行的影響，這便要安裝電源凈化原件，使電源濾波器、隔離變壓器等作用充分發揮出來。在后者應用中，應制定雙層隔離方案，構建屏蔽層，減少外部環境高低頻脈沖產生的影響。在該模塊設計中，還應控制電源容量，使電源短路得到有效防護，使電源系統更加穩定安全運行。

（2）抗干擾模塊。為避免外部因素對系統造成的干擾，可采用隔離方式。在此期間，可利用超隔離變壓器對高頻干擾進行隔離，還可采用屏蔽方式阻斷干擾源傳播，提高系統整體抗感染能力。在實際應用中，還可將PLC放入金屬柜中，該物體具有良好的磁場與靜電屏蔽性能。為降低系統運行中的干擾度，布線分散模式的應用可使不同強度的線路相互分離。

（3）輸出電路模塊。在輸出電路設計中，應根據生產實際需求完善電路設計體系，充分發揮晶體管的作用，對變頻器調速、控制信息進行輸出。大量實驗研究表明，通過晶體管的應用可有效提高PLC的控制效率。在低頻工作環境下應合理選擇繼電器類型，以其為輸出的電路設備，工作流程較為簡單，具有較高的工程效益，有助于強化控制系統整體負載力。

3.3 應用實現

通常情況下，PLC系統由系統和用戶兩項程序組成。前者的功能有三種，即將程序語言轉換成機器語言，對整個系統進行管控，并在設備故障時自動檢測和診斷。后者屬于外部模式，對用戶可見，采用PLC語言編制程序進行現場控制。在監控系統中，PLC的輸入量只顯示數字量，由傳感器對電流模擬量將溫度、壓力等數據轉變為相應數字。同時，因電動機應定期檢修，也屬于監測系統中的關鍵內容之一。通常情況下，從本質上看系統故障監測便是對傳感器狀態進行判斷，一旦發現數據超過警戒值便會立即報警，再啟動診斷程序，檢驗傳感器是否發生損壞。最后將故障檢測結果在上位機上展示出來，調度者可利用程序對基本信息進行查詢，使故障得到及時有效的修復。

在PLC硬件系統應用中，主要包括系統構成與信號分析兩項內容。主扇風機控制以PLC與變頻技術為基礎，可利用變頻與調速的主扇風機對上述系統進行控制。然后，根據主扇風機速度等判斷所需電動機的數量，由此實現閉環系統的相應設計。同時，采用安裝在主扇風機四周的傳感器進行數據監測，獲得該設備實時運行指標，將檢測的數據傳遞給PLC，實現PLC對各項數據進行分析計算的目標，制定與之相對的控制方案。后者的原理在于PLC啟動后，由速度傳感器對主扇風機運行時的速度進行監測，將該信號轉變為電流信號，并將其輸入到PLC模擬量擴展中，以此作為風機真實速度值，再將該設備接收的信號與系統自身速度對比分析，并與其他數值對比后，對速度控制范圍內電壓信號傳輸情況進行判斷;由變頻器利用采集的信號調整電動機速度，對設備數量與相關數值進行調節，實現電氣自動化控制的目標。

4 結論

在計算機與控制技術不斷成熟之下，PLC技術理論體系日益完善，在工業領域得到更加廣泛的應用。該技術可有效彌補傳統機械觸電繼電器的弊端與不足，使控制系統更加安全可靠，不但可創建新型電氣控制模型，調整適中程序，控制轉速測量裝置，還可在礦井提升機、空調系統、機床電氣控制等領域發揮自身價值，未來將獲得更加廣闊的發展空間。

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