電氣自動化設備中PLC控制系統的運用研究

陳江波

（中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所，陜西 西安 710089）

1 電氣自動化設備PLC控制系統的特點

1.1 處理效率高

繼電器是PLC控制系統的重要構成部分，繼電器在很大程度上影響著PLC系統的使用效果，關系著電氣自動化設備管理水平。實際處理效率高是自動化設備中PLC控制系統的主要使用特征之一。PLC系統內的繼電器與傳統控制器件之間有明顯差異，PLC繼電器能在沒有導線的支持下正常使用，且也可以不考慮節點變位時間及返回系數產生的影響，明顯簡化了數據處理過程，提升處理工作效率[1]。

1.2 系統操作便利

將PLC系統運用在電氣設備中能顯著提升設備管理水平，進而使設備生產效率及質量得到提高。而之所以能取得以上良好的使用效果，是因為得益于PLC系統操作過程簡便。在自動化設備內，PLC系統能快捷、直接地傳送控制指令，便于工作人員解讀與掌握，有益于降低工人對設備的操作控制難度，進而提升設備的使用效率。因為PLC控制系統操作過程較簡單，故而對工作人員的專業技術能力沒有提出較高的要求，能幫助使用單位減少人工成本支出。

1.3 系統安全性好

PLC系統自身的安全性、可靠性均處于較高水平，如果能規范、合理地將其用在電氣設備領域，則能輔助增強設備的抗干擾性能，使設備運作過程的安全性得到更大保障，進而提升生產效率。

2 自動化設備PLC控制系統的實現

2.1 硬件實現

2.1.1 選擇PLC控制系統

在選用PLC系統之前，要對系統的使用功能進行綜合分析、評估，在確認其符合功能要求的基礎上分析其經濟性、適用性等問題。從在成本經濟視角上看，PLC技術自身就是高端、高效與節能型設備，改善了既往普通工業設備能耗高，可靠性、抗干擾能力差且采用進價昂貴的機電一體化裝置去實現自動檢測與監控的局面；對操作便捷性層面進行分析，PLC系統可以被用在不同生產環境中，確保了系統運行狀態的穩定性，降低故障問題發生的風險。

2.1.2 PLC接口

PLC系統的接口功能是通過調控程序實施過程進而發揮管理控制功能，主要用在數據輸入、信號輸出及外部設備之間的通信方面。可以通過組合使用單片機與繼電器的形式構建PLC系統的接口，完成計算機系統內信息交互的過程，這也是電氣自動化控制系統的基本要求。

2.1.3 硬件抗干擾方法

對于PLC設備而言，其內部的硬件抗干擾方法主要包括如下幾種[2]：一是加大現場總線的管理控制力度，確保其能常態化使用；二是增強系統軟件性能，確保其能穩定、可靠地處理故障問題；三是運用屏蔽線完成保護及完善布線工作等，借此方式減少外界因素給系統運行過程帶來的干擾程度；四是運用FDSS技術產品提供接口信號；五是引進具備相應資質的廠家制造的PLC設備并配置好有關軟件與硬件組件等，以減少系統運行過程中的外界干擾情況，降低損失。

2.2 軟件實現

2.2.1 系統主界面的功能

主界面的功能主要是管控PLC控制室內各個按鈕的，用戶打開主界面之后，先進入用戶設置狀態，單擊“開始”鍵把該操作區細分成如下幾個象限：第一象限用于呈現相關輸入參數與輸出指標；第二個象限被作為第一個內容顯示菜單項；三、四象限功能菜單下涵蓋了三個不同等級的數據變量。

2.2.2 PLC控制與通信

其一是部署并控制現場總線，其二是在設備內部運用遠程通信系統并進行信息傳輸，在該項功能的支持下能順利執行不同自動化設備之間的信息交互過程，也能綜合應用計算機、電子元件和通信網絡等技術，使電氣設備生產安全性、高效性得到更大保障。

2.2.3 設備管理系統

PLC系統使用過程中進行的管理內容主要是日常檢修、維護電氣設備，保證設備故障狀態無異常，能順利完成生產任務。自動化管理系統主要由PLC系統、中央處理機、計算機等部分構成，其中計算機能采集、整理及存儲實際工作所需要的各種數據信息[3]。

2.2.4 故障診斷

PLC系統的故障診斷常規方法是分析電氣設備運行過程中可能存在的各種隱患，探查故障具體成因，在此基礎上運用合理的措施將其解除。當探查到設備在使用過程中出現異常情況時，可以快速做出相應處理，規避傳統控制中因一些復雜、動態化或不可預期因素引起的誤判斷而導致設備突發故障的情況。

3 電氣自動化設備中PLC控制系統的應用

3.1 順序控制

PLC控制系統憑借自身安裝操作簡單、運行可靠、節能、適應性強等諸多優勢，在電氣自動化領域得到了廣泛應用，其中按照設計順序執行管理控制過程是其最基礎的應用形式。在設計研發、應用PLC系統的早期，核心模板就是基于順序控制過程提升不同電氣設備控制的精準化水平的。經過多年的發展和完善后，PLC系統在自動化設備內實施的順序控制力度整體強化，逐漸滿足國家在生產設備節能減排、提升工作效率等方面提出的要求。

3.2 開關量控制

傳統電氣控制系統基本上是運用電磁繼電器進行控制的，這種控制模式不僅反應速度偏慢，而且會時常因觸點降低而影響開關控制操作的精準度，且后期維修、更換流程也較煩瑣復雜。合理應用PLC控制系統，一方面有效彌補了電磁繼電器現場使用時暴露出的各種不足，另一方面也因系統自身具備的技術優勢而實現了操作的便捷性。在運用PLC系統執行開關量控制任務時，工作人員僅需執行合閘操作過程即可按照實際管控需求傳送控制指令。

3.3 閉環控制

當前電氣自動化設備的啟動方式主要有手動啟動與自動啟動兩種，前者是工作人員結合生產作業時間進行自主選擇，不能運用PLC系統；而在自動啟動環節中，可以運用PLC系統內嵌控制模塊，結合現場設備操作特征自主選擇運行時間。迄今為止，電氣設備的閉環控制主要有PLC系統、常規控制系統兩種類型，大部分工況下是把PLC系統作為核心控制系統，常規回路起到控制補充的作用。在實際使用時，常規回路也可能會被規劃布置成電氣設備內的安全控制回路，借此方式使PLC系統運行的安全性得到更大保障。

3.4 自動切換

普通電氣自動化設備在運行時，為最大限度提升其生產可靠性，PLC控制系統通過運行相應程序去實現多樣化的操作控制功能。另外PLC系統還能及時、精準、完整地記錄電氣設備運行期間形成的信號數據，并將其作為實施備用電源啟、閉操作的一項重要依據，采用以上形式能顯著提升PLC系統的數據處理及邏輯判斷能力。由此可見，PLC系統不僅能精準完成備用電自動投入應用操作，也能結合電氣設備運行狀況改變功能模式，滿足實際工況的操作要求，提升電氣設備的自動化水平。

3.5 設備故障檢測

電氣自動化設備在實際生產運行過程中受客觀環境、設備加工工藝、人員操作能力及責任心等因素的影響，往往容易出現一些故障問題，一旦發生事故會帶來巨大的損失。現代電氣設備內部構造復雜、線路分部繁雜，如果某一構件出現問題，很可能會產生“連鎖反應”，導致其他構件出現故障，從而影響設備安全運行。所以專業技術人員需要定期對電氣設備進行檢查、維修及保養工作，人為檢修工作效率相對偏低。而運用PLC系統能對電氣設備進行自動化監測，能快速精準的對故障進行定位，并運用溫度傳感器采集設備運行的溫度數據，從而反饋電氣設備的運行狀態，綜合、深入地分析運行狀態數據，分析故障原因，指定并發布故障維護指令。

4 具體應用場景

4.1 火電電氣自動化設備

將PLC系統用在這種電氣設備內，不僅能突出優化設備自身的運行性能，還提升了設備的自動化管控效果。電磁機電裝置是電氣設備實現自動化控制目標的基礎，這種裝置的工作原理是動態調控電流和電壓指標的改變過程，進而實現對設備相關運行參數的自動化控制。火電電氣設備內部的電磁元件配置了大量接口連接各種組件，組件之間連接狀態復雜，其內可能隱匿著諸多風險因素。應用PLC控制系統能有效處理以上實際問題，系統具備的存儲海量信息與安全連接信號功能可減少接線操作的頻次，使火電電氣設備能安全運行。

4.2 交通電氣自動化設備

將PLC控制系統用在這種設備中，其能合理調整、科學控制交通信號，通過這種形式使交通系統運行的穩定性、可靠度得到保障。當道路早晚高峰、節假日出現交通堵塞情況時，工作人員可以運用人工智能與PLC系統持續改進、完善交通自動化監控系統的功能，進而提升系統運行效率，并精準地記錄違規車輛信息，有效維護交通秩序，確保人們出行活動的安全性。

4.3 空調電氣自動化設備

在空調設備內采用PLC控制時，能準確、實時控制空調系統的運行狀態，幫助維修技術人員快速探查、處理空調運行過程中發生的異常情況。既往空調系統內部主要采用兩種控制模式，即電氣化控制與數字化控制，但以上兩種模式在實際應用時均表現出一定滯后性，外加空調運行負荷不斷增長，故而取得的控制效果很難滿足空調運行的規范要求，以致空調的運行性能很難得到保障。運用PLC控制系統能使以上實際問題迎刃而解，顯著改善空調設備的運轉性能，增強其抗干擾能力，降低空調的管理及運維成本，進而使相關企業創造出更多效益。

皮帶輸送機是礦山生產及運輸的重要輔助性機具，傳統的逆變器能實現智能化變頻，有益于提升皮帶輸送機的運行效率。但是當帶式輸送機運輸礦石時，設備全速運行會浪費掉大量的電力資源。運用PLC控制系統，可以對輸送機進行有效控制，并可以對變頻器進行功率變頻操作，降低運行損耗，節約電力資源。

在井下風門中采用PLC控制形式，這種控制系統具有電氣自動化運行風門，當出現兩側風壓偏大的狀況時，通過開啟風門以平衡兩側壓力，減少風阻給PLC控制氣閥與氣缸帶來的影響，規避氣門損壞情況發生。當開啟氣閥開啟時，通過運用PLC控制風門開啟角度，可減少損失量，提升風門的控制及應用效果。

5 結束語

總之，合理應用PLC控制系統能顯著提升電氣設備的自動化水平，優化現場生產流程，當設備出現故障問題時能快速定位，科學分析其成因，為后期故障處理提供可靠參照，確保生產過程安全，進而創造良好效益。相關人員要確立與時俱進的職業理念，持續學習新知識、新技能，歸納PLC控制系統的使用經驗，完善其應用過程等，以創造出更高的價值。■