PLC在工業電氣自動化中的應用探究

劉瑞濤

(石家莊職業技術學院電氣與電子工程系,河北石家莊 050081)

0 引言

為了適應當今工業形式的發展,需要在電氣自動化的數字技術領域中不斷創新。PLC作為工業電氣自動化的關鍵技術之一,必須不斷引入新的思路,進行創新發展,并使工業真正實現數字化、智能化和自動化[1]。

1 PLC概述

PLC技術是由多個控制序列互連的控制網絡,其主要是利用嵌入式計算機與設備的繼電器觸點連接。這種新的控制方法的出現可在一定程度上有助于電氣自動化的靈活控制,且此方法的可靠性較高,最重要的是,可以實現精確的電氣自動化控制。PLC技術不僅可以按照既有程序進行控制,而且可以根據需要對其進行編程,拓展其功能,實現多功能控制。PLC的主要結構包括了微處理器、電路模塊、存儲器等,可以實現數據收集、數據傳輸以及執行控制等多個功能。在PLC技術中,不同的模塊其主要的功能不一樣,比如微處理器,主要是實現數據的收集與處理,是PLC技術的主要核心部分,而電路模塊主要負責信息傳輸,是PLC技術的連接基礎,存儲器主要負責程序執行和存儲,是PLC的操作部分。由于PLC的智能性、高效性和穩定性,使得其在控制領域中獲得了廣泛的應用[2]。

2 PLC技術的應用優勢

通過PLC技術控制的設備在工作過程中,操作員不需要對計算機有足夠的了解,只需要對計算機編程有一點了解。開發過程不會花費很長時間,設計和調試過程中的技術要求也不是很高,這使工作變得更容易,從而顯著提高了整體質量和效率。另外,硬件配套設施可以適應不同的情況,系統配置的各種組合形成具有不同功能的控制系統,且維修非常方便,可以在運行過程中執行自我診斷,以便及時消除故障。另外,系統本身的故障率不是很高,因此系統在運行中具有巨大的優勢。主要有以下優勢[3]:

(1)編程簡單、可用性強:PLC技術中使用的編程方法是梯形圖。該編程方法使用編程語言來實現各種控制功能,而且梯形圖中的線路也相對清晰。技術人員和PLC用戶都可以自己閱讀用戶手冊或簡短的教程可以快速掌握梯形圖編程控制程序,這種簡單易用的編程方法可以滿足不同用戶的需求。

(2)可靠性高,抗干擾能力強:基于PLC技術的當前應用和生產,大規模集成電路技術得到了廣泛的應用并且具有相當高的可靠性。PLC可以實現在線編程,使生產過程發生了很大的變化,因此被廣泛應用于小批量生產和控制各種工業生產。作為微處理器控制設備,PLC在內部結構的設計和制造中使用了大量的抗干擾組件,例如軟繼電器,警戒時鐘等軟件和屏蔽、濾波器、隔離等硬件。當工業設備發生故障時,警戒時鐘會及時響應異常信息,使員工能夠及時保護和維修故障設備。

(3)功能完善,適用范圍廣:在PLC內部安裝了各種硬件,以實現邏輯運算、數據處理、驅動程序通信、人機對話、自動記錄和檢測等功能。它把各種簡單和復雜的功能集成在一起,可以控制生產設備、生產過程和生產線以及各種系統。

(4)減少設計和施工工作量:從PLC控制器的角度來看,應用存儲邏輯將先前的連接邏輯覆蓋。顯著減少了外部設備的布線,縮短了系統構建周期,降低了設計復雜性,并簡化了硬件和軟件維護。通過以上改進不僅可以減少硬件安裝工作量,而且可以減少后續使用期間的檢測。這項工作大大減輕了工作量。

3 PLC在工業電氣自動化的應用基礎

PLC是一套非常復雜的系統,其包含了多個學科領域的知識與應用。主要包括以下幾個方面的內容[4]:

(1)PLC工業電氣自動化的應用是基于計算機基礎之上的,因此必須通過本地通信網絡與中心服務器相互連接,以便為員工提供隨時隨地管理計算機的網絡基礎。如今,基于客戶端/服務器和基于瀏覽器/服務器的網絡通信模型已廣泛應用于所有制造業,通信模型的特定選擇基于工業生產中對PLC工業電氣自動化的需求。

(2)在執行PLC工業電氣自動化應用程序時對硬件要求的分析:通常有兩個方面的要求,一種是自動控件的安裝和使用,這是對物理數據監視的最簡單的操作,以使電機保持最佳工作狀態;另一方面,某些設備被用作實現電氣自動化應用的媒介,如電機通常用于自動控制與電機有關的所有生產機械和設備。

(3)PLC工業電氣自動化中軟件需求的分析和應用:要實現自動控制,最重要的是內部PLC工業電氣自動化可以與外部設備很好地連接。當前,自動化控制系統的應用通常包括初始化系統的運行狀態,創建集中的運行程序庫,使用密碼控制過程,檢測和監視設備狀態,在設備出現故障時管理操作以及PLC主機電機操作系統已連接到控制系統。這些系統的設計應確保在獨立執行操作的基礎上相互協調發展,并共同促進自動化控制系統的使用和實施。

(4)PLC工業電氣自動化中變頻調速系統也很重要。工業電氣自動化的最大目標是在制造過程中隨時隨地根據電流和電壓的變化來改變機器本身的功能,并改變電壓,這會在整個制造和工業系統中造成混亂。變頻器速度控制通過全局和局部變量實現與PLC電機控制的通信。

4 PLC在工業電氣自動化中的應用

4.1 開關量控制應用

在傳統的電氣開關數量自動控制中,主要使用磁點繼電器進行操作,該控制方法系統接線的操作復雜,因此其控制的可靠性和穩定性較差,各種外部因素會導致運行效率低的缺點。在電氣自動化控制中,有必要改進繼電器,并嚴格控制操作過程中觸點故障的可能性。PLC技術可以有效改善這一控制過程。

4.2 PLC技術在火電廠中的應用

PLC技術在火電廠中的應用可以有效增加經濟效益和生產效率。借助PLC控制系統,操作員可以監控煤處理系統,從而大大提高了系統的可靠性。此外,就火電廠的泵啟動方法而言,自動泵送系統包括三種方法:自動啟動、現場控制箱啟動和機器側屏手動啟動。首先,就自動啟動模式而言,PLC自動泵控制系統中的泵啟動由內部順序控制模塊控制,該模塊由啟停備用泵來確定。從目前來看,泵控制主要包括PLC控制和常規控制。在這兩種方法中,PLC是主要方法,常規控制可以視為PLC自動控制系統的安全電路,因此,即使出現問題,也可以保證泵的正常運行[5]。

4.3 PLC技術在立體倉庫中的應用

由于現代科學技術的不斷創新,促進了各種電氣設備的廣泛使用。當前,在線電子商務的發展已逐漸成為時代的新趨勢,也為現有的電子商務物流領域的發展做出了貢獻。在物流行業中,PLC技術的應用可以優化立體倉庫的建設。立體倉庫主要包括水平移動結構以及垂直升降結構。使用PLC技術可以改變整個過程,優化貨物運輸的整個階段,提高貨物的存儲效率,并有助于改善倉庫建設水平。立體倉庫使用閉環控制來收集在整個過程中需要使用的數據并進行編譯。編譯后的數據發送到PLC控制系統端口,以實現全過程控制。該技術的使用不僅可以優化貨物運輸,而且可以最大程度地避免人為因素造成的錯誤,從而為電子商務物流業的發展做出了貢獻[6]。

4.4 PLC技術在供熱站自動控制系統中的應用

供熱站自動控制系統采用PLC技術,使用人機交互設備,并通過收集PLC數據,監視模塊和其他接口設備來監視一級網和二級網的運行狀態。PLC完成一級和二級網的連接后,在收集供水的溫度,壓力和流量后,必須使用微處理器,程序存儲器等調整電磁閥,變頻器和泵的運行參數。供熱站和其他設備控制循環水的量,以及吸收和排出介質中的熱量,以實現對供熱站的控制。PLC控制系統包括以下控制方法:(1)調節電動控制閥:主要根據二級網的供熱溫度曲線進行調節控制熱交換器的一級網的流量,然后使用PID控制器控制一級網的回流管道的電磁閥控制設置。將一級網供應到熱交換器,從而調節向二級網供應的水的溫度。(2)循環泵的控制:由PID控制器控制,以控制循環泵的性能,以實現二級網的供水和回水之間的設定壓力差,并間接控制二級網的循環流量。(3)調節補水泵:控制補水泵的頻率,控制輔助流量,穩定輔助網絡的背壓設置以及實現輔助網絡的自動補給。(4)PLC控制系統調節二級網的溫度:控制一級網中的水的供應和返回,然后通過二級網的流量控制所有供熱,從而調節供熱站[7]。

4.5 PLC技術在水處理中的應用

PLC技術在水處理中的應用整個過程大致可分為三個部分:水增壓原水站、一級反滲透和二級反滲透。每個單獨的系統都需要獨立的管理和操作。水處理系統主要包括數據采集和順序控制功能,PLC主要執行順序控制,也可以通過編程對設備進行必要的保護和鎖定。操作員站的上位機屏幕可以顯示過程和測量參數以及組參數。當參數超過警報閾值或控制對象發生故障并且狀態改變時,該參數可以以不同的顏色顯示或閃爍,并發出聲音報警。使用屏幕上的控制按鈕可以選擇三種操作模式:自動模式,組模式或遠程手動控制。操作員站可以定期打印出操作數據記錄,報警記錄,設備操作記錄等。PLC編程應幫助人們實時改善水箱的狀況。通過壓力式液位計對原水箱、純水箱和試驗水池液位進行監測監控。當水位變化時,液位計將向控制模塊傳輸信號。如果原水箱未滿,則可以打開原水電磁閥門,未經處理的水進入水箱,然后打開處理閥,但是在此過程中將有大約兩秒鐘的延遲。在此過程中,濃水電磁門會隨第一級高壓泵打開,高壓泵將水抽入原水箱。待液位達到設定值以后一級泵停止,電磁閥關閉。由于PLC編程操作簡單方便,不受外界影響,因此可靠性高,并促進水處理系統的連續高效運行[8]。

5 結語

綜上所述,PLC技術在工業電氣自動化中的應用有極大的優勢,可以極大的提高工業生產的效率和質量,已在多個行業中取得非常好的應用效果。本文簡單分析了PLC技術在火電廠、立體倉庫、供熱站以及水處理中的應用。隨著科學技術的不斷發展,PLC技術也不斷取得進步,未來PLC技術將更為智能化,在工業自動化中的應用也將越來越廣泛。