電氣自動化控制中PLC的應(yīng)用問題分析

高靜

摘 要 近年來，我國科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，促進(jìn)了電氣控制技術(shù)模式、應(yīng)用機(jī)制等各種技術(shù)的快速發(fā)展，在自動化技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。電氣自動化技術(shù)在生活和生產(chǎn)中起著關(guān)鍵的作用，這也使有關(guān)部門能夠集中處理和控制。目前，傳統(tǒng)的電氣控制技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今社會的發(fā)展需求，現(xiàn)在已經(jīng)是科技社會，只有將信息技術(shù)融入到電氣控制中，才能有所發(fā)展。本文針對電氣自動化控制中PLC的應(yīng)用進(jìn)行探討，希望能對促進(jìn)電氣行業(yè)的發(fā)展帶來一定的幫助。

關(guān)鍵詞 電氣自動化控制 PLC 配電系統(tǒng)

中圖分類號：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）05-0025-03

電氣工程與自動化是電氣信息中的一個新領(lǐng)域，但由于其與日常生活和工業(yè)生產(chǎn)的密切關(guān)系，其發(fā)展十分迅速。它已成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的中心環(huán)節(jié)，在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來越重要的作用。電氣工程自動化信息技術(shù)及其節(jié)能設(shè)計(jì)是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的產(chǎn)物，這是我們社會發(fā)展離不開的重要技術(shù)。電氣工程的自動化信息技術(shù)不僅可以有效促進(jìn)電氣工程快速創(chuàng)新，而且可以促進(jìn)社會的發(fā)展，這也是所有電氣工程企業(yè)的重要工作內(nèi)容[1]，特別是PLC能源的生產(chǎn)還有待進(jìn)一步研究。電氣工程自動化信息技術(shù)及其節(jié)能設(shè)計(jì)是科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要內(nèi)容，對人們的生產(chǎn)活動和生活有著重要的影響，這也是困擾電氣工程企業(yè)的一個重要問題。節(jié)能設(shè)計(jì)已成為電氣工程自動化信息技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo)，使設(shè)計(jì)更加節(jié)能。

1 電氣自動化控制中PLC的涵義

電氣自動化使用可編程內(nèi)存將指令存儲在內(nèi)部。它代表了信息技術(shù)的一種形式。電工自動化信息技術(shù)有效地提高了電工企業(yè)的生產(chǎn)效率和總體利潤，還降低了電工自動化運(yùn)行過程中的產(chǎn)生浪費(fèi)的幾率，在一定程度上提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，推進(jìn)電力工程企業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)[2]。為了促進(jìn)電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，開展電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)，降低能耗，保證人們節(jié)能環(huán)保的生活狀態(tài)勢在必行。

2 電氣自動化控制中PLC的優(yōu)點(diǎn)

PLC集成加入了各種擴(kuò)展單元。同時，現(xiàn)代PLC可以方便靈活地配置不同大小和要求的控制系統(tǒng)。它還具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠?qū)?nèi)部電源進(jìn)行屏蔽、調(diào)壓和保護(hù)，從自身硬件上提高了其抗干擾能力和設(shè)備可靠性。通過適當(dāng)選擇接地位置，改進(jìn)接地系統(tǒng)，并采用密封的抗震套管進(jìn)行包裝;也能起到抗干擾的效果。通過這些方法，可使PLC在惡劣的環(huán)境下也能夠照常運(yùn)行。它的操作簡便，接口設(shè)計(jì)簡單易行，只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC對應(yīng)的I/O端連接，編寫程序即可運(yùn)行，編程語言便于技術(shù)人員理解。特別是通過使用簡明易懂的圖形，可視化系統(tǒng)中的各種裝置和設(shè)備。與早期的中繼控制不同，它可以使用PLC在線修改程序。

繼電器電子設(shè)備軟件是我們傳統(tǒng)過程控制管理系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)重要電子設(shè)備，在系統(tǒng)自動化運(yùn)行管理與過程控制中我們可能會隨時出現(xiàn)接觸不良好的現(xiàn)象，而通過對PLC、PLCD等技術(shù)軟件進(jìn)行綜合應(yīng)用，完成其與相應(yīng)的軟件連接，可以有效實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)重要功能模塊的有序綜合應(yīng)用。同時，將控制系統(tǒng)管理軟件的流程截圖設(shè)計(jì)應(yīng)用和管理模式設(shè)計(jì)作為管理基礎(chǔ)，要從實(shí)際應(yīng)用情況出發(fā)，做好一些基礎(chǔ)性的管理準(zhǔn)備作業(yè)，從而使整個控制系統(tǒng)在日常運(yùn)行管理過程當(dāng)中的工作可靠性水平能夠及時得到進(jìn)一步的提升。

將應(yīng)用電氣工業(yè)自動化電子控制技術(shù)系統(tǒng)分析作為技術(shù)基礎(chǔ)，在具體分析控制系統(tǒng)期間對于plc兩種技術(shù)模塊進(jìn)行合理搭配應(yīng)用，將功能模塊劃分管理系統(tǒng)作為技術(shù)基礎(chǔ)。在具體進(jìn)行系統(tǒng)功能模塊劃分期間，對系統(tǒng)工作中的不同功能模塊進(jìn)行組合，以及系統(tǒng)的具體功能配置也同樣會發(fā)揮出不同的指導(dǎo)作用。功能劃分指導(dǎo)期間，對于系統(tǒng)工作的具體情況掌握必須靈活。將應(yīng)用自動化電氣控制系統(tǒng)作為技術(shù)基礎(chǔ)，要不斷提高控制系統(tǒng)在具體應(yīng)用過程中的自動適應(yīng)性，進(jìn)而能夠使系統(tǒng)應(yīng)用范圍得到進(jìn)一步擴(kuò)大。

3 PCL在電氣自動化控制系統(tǒng)中的作用

3.1 用于開關(guān)控制

PLC控制開關(guān)的能力非常強(qiáng)。控制在點(diǎn)上，最少到十個點(diǎn)、幾十個點(diǎn)，最多超過幾百、幾千甚至幾萬個點(diǎn)，因?yàn)榭梢月?lián)網(wǎng)，點(diǎn)幾乎是無限的，不管能控制多少個點(diǎn)，控制下的邏輯問題可以是多種多樣的：組合、順序、瞬時、延遲、未計(jì)數(shù)、需要計(jì)數(shù)、固定順序以及隨機(jī)工作等。PLC的硬件結(jié)構(gòu)會發(fā)生一定的變化，軟件程序可編輯，控制非常靈活。如果需要，可以編寫多個程序集或程序組，根據(jù)需要調(diào)用，非常適合多工況，多狀態(tài)變換需要的工業(yè)現(xiàn)場。

3.2 用于模擬量控制

模擬量，如電流、電壓、壓力等，其尺寸不斷變化。工業(yè)生產(chǎn)，特別是連續(xù)生產(chǎn)過程，往往控制著這些物理量。作為一種電子工業(yè)控制裝置，如果PLC不能控制這些量，將會是一個很大的不足，為此，PLC生產(chǎn)企業(yè)在這方面大有發(fā)展。

目前，不僅大中型機(jī)可以實(shí)現(xiàn)模擬控制，小型機(jī)也是如此。PLC用于模擬控制，配置A/D，D/A單元的模擬和數(shù)字轉(zhuǎn)換。

3.3 用于運(yùn)動控制

實(shí)際物理量，除了開關(guān)、模擬、以及運(yùn)動控制。如機(jī)器部件的位移，常以數(shù)字表示。運(yùn)動控制，一個有效的途徑是NC，即數(shù)字控制技術(shù)。這是20世紀(jì)50年代誕生于美國的一種基于計(jì)算機(jī)的控制技術(shù)，當(dāng)前非常受各大生產(chǎn)商的歡迎。先進(jìn)國家的金屬切削機(jī)床數(shù)控化比率都在40%～80%以上，有的甚至更高。PLC也基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，并且越來越完美，PLC可以接收計(jì)數(shù)脈沖，頻率可以高達(dá)數(shù)十kHz，有多種方法可以接收此脈沖，但也有多次接收。有些PLC還具有脈沖輸出功能，如果配備相應(yīng)的傳感器（如旋轉(zhuǎn)編碼器）或脈沖伺服裝置，脈沖頻率也可以達(dá)到數(shù)十kHz，具有這兩個功能，以及PLC數(shù)據(jù)處理和計(jì)算能力[3]，完全可以按照數(shù)控原理實(shí)現(xiàn)各種控制。高、中檔PLC，也開發(fā)了數(shù)控單元，或稱運(yùn)動單元，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制。運(yùn)動單元還可以實(shí)現(xiàn)曲線的插值，它可以控制曲線的運(yùn)動。所以，如果PLC配置了這個單元，就可以使用數(shù)控方式進(jìn)行數(shù)字控制，新開發(fā)的運(yùn)動單元，甚至輸出了數(shù)控技術(shù)編程語言，為PLC數(shù)字控制提供了方便。

3.4 用于數(shù)據(jù)收集

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，其數(shù)據(jù)存儲面積越來越大。作為PLC，其數(shù)據(jù)存儲區(qū)（DM區(qū)）可達(dá)9999字。這么大的數(shù)據(jù)存儲區(qū)域，它可以存儲大量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集可以采用計(jì)數(shù)器，累計(jì)采集脈沖數(shù)，并定期調(diào)到DM區(qū)去。數(shù)據(jù)采集也可以在模數(shù)轉(zhuǎn)換時使用A/D單元，然后定期傳輸?shù)紻M區(qū)域進(jìn)行。PLC也可以在小型打印機(jī)上配置，DM區(qū)域的常規(guī)數(shù)據(jù)。PLC也可以與計(jì)算機(jī)通信，通過計(jì)算機(jī)讀取DM區(qū)域的數(shù)據(jù)，并由計(jì)算機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這時PLC成為計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)終端。為了達(dá)到電力用戶不同的用電時間需求，利用PLC實(shí)時記錄用戶用電情況，制定不同的收費(fèi)方法，以鼓勵用戶在山谷中使用電力，實(shí)現(xiàn)合理使用電力和節(jié)電。

3.5 用于信號監(jiān)控

有很多PLC自檢信號，很多內(nèi)部設(shè)備，大多數(shù)用戶沒有充分發(fā)揮自己的作用。實(shí)際上，我們可以使用它來監(jiān)控PLC本身的工作，或者監(jiān)控控制對象。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，尤其是自動控制系統(tǒng)，監(jiān)控甚至更高的自診斷是非常必要的，它可以減少系統(tǒng)故障，也可以發(fā)現(xiàn)故障，它可以改善運(yùn)行時間而不會累積平均故障，減少故障修復(fù)時間，提高系統(tǒng)可靠性。

3.6 用于通訊設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)PLC通信能力強(qiáng)，有新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)推出。可通過PLC與個人計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行通訊，利用計(jì)算機(jī)參與PLC的編程和管理控制，使PLC使用更加方便。為了充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的功能，可實(shí)現(xiàn)多臺PLC的計(jì)算機(jī)控制和管理，最多32臺。也可以是一臺PLC和兩臺或兩臺以上的計(jì)算機(jī)通信，進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)對PLC控制系統(tǒng)的更多監(jiān)控。PLC和PLC也可以通信，一對一PLC通信，各種PLC通信，可能多達(dá)幾十個，幾百個。PLC和智能儀表，智能執(zhí)行設(shè)備（如逆變器），還有網(wǎng)絡(luò)通信，數(shù)據(jù)交換，互操作。它可以連接到遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)范圍可以大到10公里或更長。可以組成本地網(wǎng)絡(luò)，不只是PLC，高端計(jì)算機(jī)、各種智能設(shè)備也可以進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。公共汽車網(wǎng)絡(luò)可用，網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)也可以連接在一起。互聯(lián)網(wǎng)可以把成千上萬的PLC、計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備組織成一個網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以直接或間接通信，信息交換。

4 電氣自動化控制中PLC的應(yīng)用措施

4.1 優(yōu)化配電系統(tǒng)

配電系統(tǒng)的優(yōu)化有著深刻的意義。因此，必須重視配電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在配電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，最重要的是根據(jù)電氣工程自動化實(shí)際運(yùn)行情況對運(yùn)行系統(tǒng)和處于穩(wěn)定狀態(tài)的配電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分的配電系統(tǒng)是電氣工程自動化運(yùn)行的核心要素，需要保證配電系統(tǒng)與通信線路的科學(xué)性、合理性，降低能源浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生率，以此來達(dá)到配電系統(tǒng)的優(yōu)化目的。

4.2 開關(guān)控制

PLC基本用繼電器代替虛擬繼電器，由于繼電器在控制斷路器時有一定的響應(yīng)時間，可能會出現(xiàn)不能及時控制的結(jié)果，使用虛擬繼電器基本沒有響應(yīng)時間問題，因此，可以快速控制斷路器。此外，應(yīng)用虛擬繼電器還可以實(shí)現(xiàn)布線、維護(hù)等[4]。消除實(shí)際繼電器，當(dāng)工作系統(tǒng)發(fā)生故障時，工人只需簡單地進(jìn)行開關(guān)操作。PLC可以進(jìn)行自動跳閘的動作，并給出相應(yīng)的信號指令，不僅提高了其可靠性和效率，還改善了工作云的工作環(huán)境。

4.3 要注意減少損耗

在電氣工程自動化信息技術(shù)運(yùn)行過程中，難免會產(chǎn)生一定的能耗，只有不斷提高電氣自動化系統(tǒng)的利用率，才能盡最大的努力將能耗降到最低，因此提高自動化系統(tǒng)的使用效率是完成節(jié)能設(shè)計(jì)的主要措施。促進(jìn)自動化系統(tǒng)的使用效率，還可以提高企業(yè)的利潤，并使運(yùn)行負(fù)荷處于一個合理的運(yùn)行機(jī)制中，提高了能量傳輸質(zhì)量。

4.4 模擬量與運(yùn)動控制

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，機(jī)電設(shè)備會產(chǎn)生許多物理量，因此需要控制，通過數(shù)字D/A轉(zhuǎn)換或A/D轉(zhuǎn)換，程序員可以識別和處理模擬。

4.5 選擇變壓器

變壓器的選型是電工自動化信息技術(shù)節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵流程。不同變壓器在系統(tǒng)中的能量損耗也是各不相同的，銅制變壓器比鐵制變壓器耗能少，這也會影響變壓器的能耗。電氣工程對變壓器的要求非常嚴(yán)格，在選擇變壓器的選擇過程中，應(yīng)選擇具有功能多、損耗低的變壓器，還要保障變壓器的電流均衡，必須選擇適合自身生產(chǎn)情況的變壓器，從而做到節(jié)能環(huán)保。

4.6 嚴(yán)格控制電阻

電氣工程的電能在輸送電力的線路上會遇到相應(yīng)的阻力，因此電能會受到電阻的影響而產(chǎn)生大量的能耗，電阻的影響是電氣工程自動化信息技術(shù)運(yùn)行過程中能源浪費(fèi)的重要因素。因此，電阻的選擇也比較重要，在選擇電阻時，需要根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)來選擇輸送線路的截面積，盡量增大線路的總截面積，或者通過線性設(shè)計(jì)方法減小線路的長度來控制電阻，從而減少電阻造成的能量損失。

5 結(jié)語

電氣自動化代表了信息技術(shù)的一種不同的形式。電氣自動化信息技術(shù)在有效提高電力企業(yè)生產(chǎn)效率和整體利潤的同時，也減少了電氣自動化過程中資源浪費(fèi)的可能性，在一定程度上能夠提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，推進(jìn)電氣工程企業(yè)建設(shè)邁向現(xiàn)代化。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化信息技術(shù)已成為電氣工程發(fā)展中必不可少的重要技術(shù)，而自動化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展在電氣工程中具有重要的作用和意義。傳統(tǒng)電氣化控制中PLC在自動化和電氣控制中的應(yīng)用分析經(jīng)常通過多種電氣聯(lián)絡(luò)線連接，因此會有很多問題，應(yīng)用PLC可以很好地解決這些問題。本文首先闡述了PLC的含義，然后分析了PLC的主要特點(diǎn)。因此，設(shè)計(jì)人員必須加強(qiáng)自動化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用。只有這樣，才能真正實(shí)現(xiàn)工程合理化，提高電氣工程的運(yùn)行效率。

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