PLC技術(shù)在電氣設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用

趙 銳，何 毅，支明辰，陳文軍，王復(fù)澳

（上海寶冶冶金工程有限公司機電分公司，上海 200000）

1 PLC技術(shù)的背景與意義

PLC 是指可編程邏輯控制器，它是一種可以應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境下的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它借助一種可以編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)以及算術(shù)運算等操作的指令，并按照特定的指令或者提前設(shè)置好的特定流程從一個指令過渡到另一個指令，通過數(shù)字式或者模擬式的輸入輸出方式來控制各種類型的機械設(shè)備或者生產(chǎn)過程，使其實現(xiàn)自動化[1]。而且PLC 技術(shù)只能單方向的從一個指令過渡到另一個指令，而不能進行循環(huán)的過渡；同時，在相同的一段時間之內(nèi)，PLC 技術(shù)只能對一段已經(jīng)編好的程序進行執(zhí)行操作，并按照特定的程序和特定的流程進行下去。

在實際運用的過程中，PLC 技術(shù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不需要進行實際的接線，其內(nèi)部需要的線路之間的有效連接可以通過軟件來完成，而PLC 技術(shù)僅僅需要的是在連接PLC 系統(tǒng)的輸入端以及輸出端的部位所需要的接線[2]。PLC 技術(shù)在實際運行的過程中，可以通過內(nèi)部提前編好的程序進行自動存儲，如果控制的要求需要更改時，可以直接對PLC 系統(tǒng)所借助的存儲器中的程序進行更改即可，而因為PLC 系統(tǒng)內(nèi)部的線路不是實際的接線，其之間的連接是通過軟件來進行的，所以并不需要對線路的更改，因此它的適用范圍很廣，而且使用起來是非常便利的。

PLC 隸屬于計算機的一種，它主要由接口的電路、電源、通信模塊等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在電器設(shè)備自動化控制當(dāng)中取得了廣泛的應(yīng)用。在整個PLC 系統(tǒng)中，程序的運行、指令的過渡等操作所需要的動力均來源于電源的結(jié)構(gòu)，電源的穩(wěn)定直接影響著整個系統(tǒng)能否穩(wěn)定的運行，指令能否穩(wěn)定的過渡。所以電源在選用的過程中應(yīng)該以電壓是否能夠穩(wěn)定以及它的蓄電容量能否達標(biāo)等作為選擇的標(biāo)準(zhǔn)，要嚴格按照要求對電源進行選擇[3]。在整個系統(tǒng)的動力穩(wěn)定時，CPU 可以根據(jù)提前設(shè)定好的程序?qū)Ξ?dāng)前系統(tǒng)在運行過程中所呈現(xiàn)的狀態(tài)進行判斷，并將存儲的數(shù)據(jù)傳送到輸出裝置。PLC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的輸入以及輸出等依靠的是接口電路來完成的，而雖然有很多種不同的接口電路，每種不同的接口電路的接口均存在差異，但是它們的共同作用都是將數(shù)據(jù)進行輸入或者輸出。PLC 系統(tǒng)可以適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境而順利地進行程序的運行，而且操作非常便利，因此應(yīng)用的范圍非常廣泛。

2 PLC在電氣設(shè)備自動化控制當(dāng)中的應(yīng)用策略

PLC 系統(tǒng)在電氣設(shè)備自動化控制當(dāng)中主要應(yīng)用的范圍包括：在數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用、在交通控制系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用以及在中央空調(diào)中的應(yīng)用。①PLC 系統(tǒng)在數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用：雖然有很多的控制系統(tǒng)應(yīng)用在數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，但是PLC 控制系統(tǒng)的應(yīng)用相比于其他系統(tǒng)操作起來更加的簡便，而且PLC 系統(tǒng)的應(yīng)用會讓數(shù)控系統(tǒng)在定位控制的過程當(dāng)中更加準(zhǔn)確。②PLC 系統(tǒng)在中央空調(diào)方面的應(yīng)用：由于PLC 系統(tǒng)具有比較穩(wěn)定的性能，而且在操作時也非常方便，所以PLC 系統(tǒng)會在中央空調(diào)方面廣泛應(yīng)用。PLC 系統(tǒng)在交通控制系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用主要的表現(xiàn)為：對交通信號燈的控制以及對交通信號燈總線路的控制[4]。將PLC 電氣設(shè)備自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用在交通信號方面，不僅減少了在控制交通時的人力，尤其是高峰期時需要較大的人力來控制交通，以防止交通堵塞；而且PLC 的應(yīng)用也可以更加準(zhǔn)確、及時監(jiān)控和掌握相關(guān)路段的交通情況。現(xiàn)階段由于交通信號燈系統(tǒng)以及城市人工智能系統(tǒng)在交通方面的聯(lián)合應(yīng)用，也使得交通控制系統(tǒng)更加智能化以及現(xiàn)代化，比較巧妙的緩解了整個城市在上下班高峰期時交通擁堵的情況，方便了人們的出行；同時在交通系統(tǒng)中的智能化和現(xiàn)代化的應(yīng)用，會在車輛行駛時進行實時抓拍，減少了車輛違規(guī)違章甚至違法情況的發(fā)生，促進了交通秩序的規(guī)范化。

2.1 順序控制

順序控制指的是每一個執(zhí)行機構(gòu)必須要根據(jù)所輸入的信號進行順序操作，但是在實際的運行的過程中，隨著時間的延長，設(shè)備所消耗的能量也會越來越多，從而加大了生產(chǎn)過程中的投入，經(jīng)濟利益也會隨之降低[5]。而PLC 技術(shù)在順序控制方面的使用，可以減少這種現(xiàn)象的發(fā)生，PLC 控制系統(tǒng)可以通過對開關(guān)量的控制實現(xiàn)對每一個執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行順序的控制，而對每個執(zhí)行機構(gòu)的單獨控制可以通過模塊的形式來實現(xiàn)，從而極大地減少了在其中一個執(zhí)行機構(gòu)出現(xiàn)故障時而導(dǎo)致的整個系統(tǒng)的非正常運行現(xiàn)象的發(fā)生，降低了每個單獨執(zhí)行機構(gòu)的故障而產(chǎn)生的對整個系統(tǒng)的不良影響。

2.2 開關(guān)控制

開關(guān)控制指的是通過對繼電器的聯(lián)通和斷開之間的值進行有效控制，而實現(xiàn)的對整個電氣設(shè)備自動化系統(tǒng)的控制。以往的開關(guān)量控制的方法還存在一定的缺陷，而這些缺陷會對整個系統(tǒng)的正常的運行產(chǎn)生比較大的不良的影響，例如其穩(wěn)定性不足、敏感性極低等。而PLC 技術(shù)在開關(guān)控制中的應(yīng)用，改善了以往傳統(tǒng)控制技術(shù)所存在的缺陷，有效地控制了開關(guān)量，提高了整個系統(tǒng)質(zhì)量，同時安全事故發(fā)生的概率也大幅降低，這對于整個電氣設(shè)備自動化控制系統(tǒng)來說是一個巨大的進步，使其應(yīng)用范圍也逐步擴大。

2.3 閉環(huán)控制

閉環(huán)控制主要指的是接受輸出數(shù)據(jù)的設(shè)備，在根據(jù)指令運行結(jié)束以后，會將運行的相關(guān)結(jié)果作為下一次的輸出信號重新傳送給控制系統(tǒng)進行判斷，在判斷結(jié)束后，會再次向接收輸出設(shè)備的設(shè)備發(fā)布指令，在指令運行結(jié)束后，再次將運行結(jié)束之后的結(jié)果傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)會再次對運行的數(shù)據(jù)以及成效進行判斷，并向輸出設(shè)備重新發(fā)布指令，輸出設(shè)備會進行再一次的運行。像這種輸出設(shè)備以及控制系統(tǒng)之間的循環(huán)即指的是閉環(huán)系統(tǒng)。具體的操作程序為：在利用PLC 系統(tǒng)控制電機時，運用閉環(huán)控制的PLC 系統(tǒng)可以實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩等相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測，在電機的相關(guān)參數(shù)超出正常范圍時，就會及時對電機發(fā)布一個新的調(diào)控指令來使電機的各項參數(shù)回到正常范圍。

PLC 技術(shù)還可以實現(xiàn)對動力泵的控制，PLC 技術(shù)可以對系統(tǒng)啟動時的運行時間進行精準(zhǔn)的分析，通過對動力泵實際的運行狀態(tài)的分析以及閉環(huán)控制模式的應(yīng)用，實現(xiàn)對電機關(guān)鍵部位的監(jiān)控以及檢測：通過對溫度以及運行的具體狀態(tài)等方面來實時檢測電機的關(guān)鍵部位[6]。在閉環(huán)控制模式下，整個系統(tǒng)的閉環(huán)信息的傳輸更加快速高效、系統(tǒng)的運行效率也相比之前更加高效，而且PLC 的閉環(huán)系統(tǒng)在通常情況下采用的是單通道，所以在信息的傳輸過程中受到干擾的可能性就會明顯降低，準(zhǔn)確性也會有所提升。所以在實際的生產(chǎn)運行時，可以將PLC 技術(shù)應(yīng)用在電器設(shè)備自動化當(dāng)中，使得整個系統(tǒng)的運行效率大幅提升。

2.4 運行控制

運行控制主要是對電氣系統(tǒng)中各個部件的具體運行狀態(tài)進行監(jiān)控以及控制。這對于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、保證各個部件的正常運行狀態(tài)具有很大的意義。由于各個部件在運行的過程中不是一成不變的，而是動態(tài)變化的，所以運行控制根據(jù)的是各個部件狀態(tài)的變化，并通過對多個單機片進行集成的方法對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控，對設(shè)備的損壞程度進行監(jiān)測，以便及時更換損壞嚴重的部件，有效防止事故的發(fā)生。

還需要不斷地將PLC 系統(tǒng)在電器設(shè)備自動化中的應(yīng)用進行進一步的研發(fā)以及更新，將PLC 技術(shù)融入到電器設(shè)備自動化領(lǐng)域，設(shè)計出更多更好的人工智能化的產(chǎn)品，使得人機界面更加成熟穩(wěn)定，也使得生產(chǎn)效率極大提高，應(yīng)用的范圍越來越廣泛。現(xiàn)階段，PLC 技術(shù)在計算計散熱控制系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用也越來越廣泛，其相比于其他的控制系統(tǒng)而言具有比較顯著的優(yōu)勢：穩(wěn)定性更高、操作更加的簡便、響應(yīng)更加及時等。除此之外，PLC 技術(shù)在變頻器方面的使用也比較多，它可以對變頻器的工作進行積極有效的配合，從而使效率大幅提升，系統(tǒng)的調(diào)速性能也得到了很大程度的改善。

3 PLC在電氣自動化控制應(yīng)用中的要點

（1）在電氣自動化控制之中使用PLC 技術(shù)，濕度的影響較大，需要保障PLC 技術(shù)應(yīng)用程度，這一因素非常的重要。一般情況下，需要保障的濕度不超過85%。

（1）在工業(yè)自動化控制之中應(yīng)用PLC 技術(shù)，PLC 會由于振動出現(xiàn)一些不良影響，影響主要在特定頻率上體現(xiàn)，在運用PLC 技術(shù)時，保障其介于10～55 Hz[7]。

（3）在電氣自動化生產(chǎn)控制之中使用PLC 技術(shù)，需要對溫度進行科學(xué)控制，要是溫差過大，則會對PLC 性能造成一定的影響。一般情況下要保障其所處的溫度為0～55℃。

（4）PLC 技術(shù)在自動化控制之中之所以能夠正常的使用，最重要的原因是電能。根據(jù)相關(guān)研究表明，其比較適合使用交流電，電壓為220。同時，為了把電源線的干擾有效降低，還需要安裝相應(yīng)的屏蔽設(shè)施，借此實現(xiàn)更好的抗干擾作用。

4 PLC技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用前景

雖然PLC 技術(shù)與其他傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比具有很多的優(yōu)勢，比如它的穩(wěn)定性比較高、在實際的操作過程中簡單方便等，但是它的抗干擾能力還不是特別的完善，急需要進一步的增強。當(dāng)整個系統(tǒng)處于一個極其惡劣的環(huán)境下或者存在較大較強的電磁干擾時，PLC 控制系統(tǒng)就會比較容易出現(xiàn)問題，會對生產(chǎn)環(huán)境造成一定程度的影響，破壞原本正常的生產(chǎn)秩序，從而影響了項目的進度，降低了效率。所以在PLC 控制技術(shù)方面的增強是很有必要的，需要增加其抗干擾的能力，使其及時在有較大干擾或者環(huán)境極其惡劣的情況下，都可以正常運行。同時在安裝、設(shè)計以及應(yīng)用時也需要進行必要的升級與更新，防止造成對整個系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。與此同時，PLC 技術(shù)在更新升級的過程中，可以借鑒其他技術(shù)所具有的優(yōu)點，積極吸取最有利的方面，來完成對系統(tǒng)的更新升級。目前，DCS 技術(shù)已經(jīng)在不斷的完善更新的過程中，PLC 技術(shù)和DCS 技術(shù)可以互相借鑒，不斷更新，且兩者之間可以逐步發(fā)展為一個全新的控制應(yīng)用系統(tǒng)，也就是FCS 系統(tǒng)。FCS 系統(tǒng)保存了原本兩個系統(tǒng)的各個的特征以及優(yōu)勢，成為了最有利的結(jié)合方式，也極大地促進了工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展，逐步實現(xiàn)數(shù)字化的控制。

5 結(jié)語

PLC 技術(shù)在電氣設(shè)備自動化當(dāng)中的應(yīng)用，不僅將復(fù)雜的繼電器變得簡單化，還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、使得操作起來更加簡單快捷，省去了繁瑣的操作步驟，將整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行了不斷的完善，生產(chǎn)以及應(yīng)用的成本也逐步降低。與此同時，應(yīng)用PLC 技術(shù)時，極易上手操作，操作人員可以在很短的時間內(nèi)掌握對其的操作流程以及維護技能，所以，PLC 技術(shù)在很多方面都有比較顯著的優(yōu)勢，為自動化的發(fā)展提供了重要的參考依據(jù)。在不遠的未來，可以完成對PLC技術(shù)的進一步更新，使得其不論環(huán)境是否惡劣、是否存在強烈的電磁干擾都可以有效運行，從而使得PLC控制技術(shù)在電器設(shè)備自動化當(dāng)中的應(yīng)用得到更加持續(xù)的發(fā)展。