PLC技术在电气工程自动化控制中的运用

2021-03-08孙源

电子技术与软件工程 2021年23期

孙源

（中国矿业大学徐海学院信息与电气工程系江苏省徐州市 221008）

PLC技术对传统技术与现代科学技术进行了有效融合，尤其是在计算机技术的支持下，可以根据实际生产需求进行编程，进一步提升生产效率。同时，还可以实现机电设备运行状态的实时监测，通过数据信息的分析，及时发现存在的故障隐患，经过快速处理避免故障进一步发展产生更大损失。在PLC技术的支持下，电气工程自动化控制功能更加完善，除了上述优点以外，还能够为机电设备检修维护提供重要支持。

1 PLC技术运用原理

1.1 PLC技术原理

PLC技术是以电气控制技术和计算机技术为基础，联合自动化技术与通信技术实现机电设备的自动化控制与实时监测，为高效生产和运维管理提供重要支持。PLC技术的运用是通过梯形图语言编程和逻辑控制运算实现的，结合设备运行需求，利用专业软件进行编程，完成对现场电气设备和机械设备的自动化、智能化控制。如图1所示。

图1：PLC在电气自动化中的应用

传统机电设备系统装配的继电器电磁干扰性比较强，在传输期间因为电流较大更容易形成强电磁场，会对系统内的其他电磁信号产生干扰[1]。基于PLC采用的连接方式是输入、输出两种方式联合控制电磁信号干扰，很好的杜绝了接触不良的问题。

PLC技术系统编程比较简单，可根据需求与计算机联合远程控制，电气工程自动化管理水平进一步提升，减少了人力、物力投入，而且技术人员对系统的运行状态把控更加准确。相比以往机电设备的编程程序，PLC技术编程难度大大降低，能够自动识别多种信号和程序，无需操作人员输入大量的指令便可完成系统的指挥[2]。例如传统机电设备控制系统是通过USB接口进行编程，待系统识别完成后才可继续后续的操作，而PLC技术可以做到自动识别相应信息和指令，相关断口的自动化驱动与控制得以实现。

1.2 PLC架构分析

PLC架构主要包括电源系统、终端处理器、存储设备、传输设备以及交换机多个部分，如图2所示，其中终端处理器主要负责处理各种数据信息，并通过传输设备对数据进行加密和传输，交由交换机进行数据解密，最后按照需求发送到控制中心或存储设备，实现数据信息的高效利用。PLC控制系统的传输设备多是进行二进制加密处理，系统指令是未加密的明文，传输设备会自动将相关信息转化成数字信号，并做压缩、打包等处理后进行传输[3]。交换机可以自动识别相关信息，并做进一步处理，保证可以满足设计生产加工要求。PLC技术架构中的存储设备能够对数据信息进行可靠存储，并且可以根据需求进行信息调取、传输和分析等操作。而电源系统则是确保PLC系统正常运行的关键，可以根据运行要求和状态对电流强度进行灵活调节，保证系统运行的安全性与稳定性。

图2：PLC结构图

2 PLC技术运用特点

2.1 反应速度快

PLC技术内部结构的核心是辅助继电器，去除了内部一部分连接导线，这样继电器的运行便可以忽略节点变为时间。相比以往所应用的机械继电器，PLC的运用无需考虑返回系数，确保运行过程中能够更加快速的处理内部信息，相应的自动化控制系统的反应速度也更快。

2.2 操作便捷

PLC技术的应用使得电气控制系统的自动化水平进一步提升，对人为操作的要求降低，电气设备与机械设备的控制难度大大降低。PLC技术下的电气工程自动化控制是以简单、直观的指令来完成各项工作，控制系统的操作难度大大降低，工作人员可以利用更短的时间学习掌握，不仅可以提高操作熟练度，还可以减少人为失误导致的设备故障，电气设备的运行效率大大提升，更好的满足高效稳定生产的要求。

2.3 功能完善

现在PLC技术在电气工程自动化控制方面的应用已经取得了一定成效，对生产作业有着重要影响，可以确定其具有较强的适应性，并且配套设施齐全，功能更加完善。PLC控制系统功能的实现，主要依赖于集成电路开发的芯片，不仅做到了设备电气的微型化设计，而且还具备低能耗、轻便等特点[4]。并且因为较高的集成度，能够与电气设备自动化控制系统融合成一个整体，实际应用优势更加突出。

2.4 抗干扰强

PLC自动化电气控制化集成电路具有较强的抗干扰性，电路的加工与设计，应用了多种抗干扰工艺，以及还对控制器安装了自动检测与报警装置，不仅可以有效抵抗外界因素对PLC硬件的影响，而且可以在故障出现后第一时间采取措施处理，提高综合控制效果。与传统继电器相比，PLC自动化电气控制技术抗干扰性更强，能够适应不同生产条件，这也决定了其自身的强适应性。

2.5 应用广泛

通过翻译可以实现PLC语言与计算机编程语言的转化，电气工程应用和操作更加便捷，工作人员可以根据生产需求完成相应的程序编写，且无需学习计算机语言，简单的PLC编程语言能够更好的满足电气设备操作要求。同时，PLC技术还具有良好的开放性，可与计算机系统完美融合，通过连接和操作控制实现多元化操作管理，系统运行周期进一步缩短，杜绝了不兼容情况的出现，为电气设备的高效稳定运行提供支持[5]。

3 PLC技术在电气自动化控制中的应用

3.1 开关量控制

将PLC技术作为可编程存储器运用于虚拟继电器运行过程方面，可以达到良好的应用效果。PLC控制系统完成继电器通断控制需要花费比较久的时间，这样短路保护期间之内就无法对继电器进行有效控制，这是PLC技术运用必须要解决的问题之一。将PLC技术与自动切换系统结合，以此来提高系统反应速度，进一步提高系统运行效率，而这一点在开关量控制方面具有非常明显的优势。开关控的能耗大，基本上均要保持长时间运行的状态，这样出现故障事故的可能性也比较大，一旦发生异常必定会对整个控制系统的运行状态产生影响。将PLC技术应用到开关量方面，能够有效减少短路故障的发生，通过编辑信息来为电气设备的稳定运行提供保障。如图3所示。

图3：常见PLC输入信号（开关量）

目前在开关量方便的应用虽然获得了一定的成果，但也仍然存在一些不足，仍需要深入研究电气工程自动化控制系统特点和要求，调整PLC技术应用方法，争取获得更好的应用效果。

3.2 顺序控制应用

顺序控制也是PLC技术在电气工程自动化控制中应用的主要方向之一，可以基于实际需求灵活编排系统程序，避免处理次数的重复发生，提高系统程序控制效果。电气工程自动化控制系统的改进，充分发挥PLC技术优势，实现顺序控制的优化。技术人员根据需求进行远程控制，以此来做到电气设备的有效管理。以及通过PLC技术的应用，可将其作为顺序控制系统使用，通过现场传感、远程控制以及主次站等功能模块的协调运行，稳定完成各项动作。顺序控制方面的应用，先要分解成多个独立的控制动作，然后所有动作均按照设定的顺序依次来执行任务，提高控制效果，并以更高的自动控制水平为高效生产提供支持[6]。实际应用中可以从三个方面着手，一是控制现场传感器，二是远程控制，三是主层站控制。通过三个方面的有效控制，将PLC技术在顺序控制方面的作用完全发挥出来，达到电气工程自动化控制的目的。

3.3 闭环控制应用

闭环控制即先进行输出信息的处理，然后再返回到处理开端环节，并且会在一定程度上影响到反馈机制。电气设备自动化控制中最为频繁的一项动作便是电机启动，且启动方式不同，如手动启动、机旁屏手动启动和自动启动。PLC技术在电气自动化闭环控制中可以发挥重要的作用，尤其是在转速测量、电子调速、电液执行等方面有着密切联系，能够进一步提高测量工作效率，确保调节器的高合理性。将PLC技术应用在闭环控制启动环节，在动力泵处于开启状态时通过控制器来控制模块，采集动力泵运行效率，结合实际需求来对主泵及备用泵进行选择。其中，在将PLC技术应用到电气旁屏启动方式中，不仅能够发挥动力泵效益，而且能够对开关进行调节，对动力泵的运行时间进行有效控制，确保主泵开启与关闭动作自由流畅，如图4所示。PLC技术在电气工程闭环控制方面的应用，可以进一步提升整个控制系统的运行效率，强化系统连续运行水平。

图4：闭环控制原理

3.4 数据控制应用

数据信息也是电气工程自动化控制研究的重要一个方面，应从实践中总结不足，进一步加强对数据信息的分析研究，并给予针对性管理控制，确保数据安全性与保密性不收到侵害。一般情况是通过数字结合统计控制方式来实现数据控制，将PLC技术应用其中，来提高数据控制的合理性。首先要要对所有运行数据进行可靠采集，然后进行筛选和预处理，在由技术人员通过编程程序对筛选后的信息数据做更深层次的计算分析，保证自动化口令可以有效执行，达到自动化控制的目的，如图5所示。基于PLC技术的数据控制，大大提高了系统运行的效率，为系统的稳定运行提供了保障。