程志明，姜良佳，秦 雷

（日照港股份有限公司，山东 日照 276800）

0 引 言

现阶段，工业经济飞速发展，不仅对工业技术的精度提出了新的挑战，而且对于工业自动化控制水平也有了更高的要求。自动化技术可以极大提升工业生产效率，确保其高效高质地完成作业任务。目前，可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）作为工业领域数字化发展的重要技术，相比于其他技术具有操作更加便捷的优点，且能做到服务的按需定制。同时，PLC 技术在电气自动化控制的应用中得到不断发展与完善，展现了其在自动化控制中应用的极大潜力和价值[1]。

1 PLC 技术概述

PLC 技术是广泛应用于工业控制方面的一种新型现代技术，其控制系统主要由中央处理器、存储器、输入输出接口以及外部编程设备等组成，运行模式相对简单，系统运行时需要不断进行循环扫描处理，通过自身的逻辑计算去处理不同触点的控制线路。PLC系统的工作过程如图1 所示，从左至右依次为输入、程序处理以及输出。

图1 PLC 技术的工作过程

PLC 技术是自动化技术与计算机技术的融合，被大规模应用于电气操作系统。处理和运算数据是PLC技术的基础能力，因此PLC 技术可以及时地分析和整合电气控制系统的数据。相比传统电气控制系统在外界干扰下无法正常运行和相应设备基础功能较为薄弱的短板，PLC 技术的抗干扰能力明显要更突出。对PLC 技术进行合理使用，可以在集成电路作用下对外界干扰进行有效防御，保障了电气设备的相关性能。除此之外，PLC 技术可以在电气设备出现故障时进行故障区域定位检测、故障分析诊断，并向工作人员发送警报，有利于故障维修人员及时发现故障问题以及了解故障起因，助力后续的维修检测工作[2,3]。PLC技术在电气工程自动化控制中拥有如下优势。

（1）数据传输安全得到极大保障。传统的数据传输往往受到技术层面、人员操作等影响，从而出现传输错误，稳定性方面亟待提升，而利用PLC 技术则可以极大减少人为误差，大幅降低数据传输错误率，为电气设备的长期稳定运行提供了技术保障。

（2）具备较强的通用性。相比于传统电气设备，PLC 技术可以借助编程来达到电气设备的自动化控制的目的。工作人员可以通过计算机将相关操作指令上传到PLC 控制器，最后实现设备的自动化作业，降低了设备操作的复杂程度，作业人员的工作强度也大幅度降低，提高了生产效率。

（3）具备功能多样化与网络化应用。除了可以提升设备的自动化水平，PLC 技术具备许多功能特性，使得电气设备有一个安全稳定的运行条件，因此电气故障率降低，工作效率得到提升。此外，借助互联网，电气设备可以接收来自网络传输的相关控制指令，根据生产需求来对电气设备的自动化控制进行适当调整，保证工业作业顺利、高效完成[4-7]。

2 PLC 控制技术的发展及应用分析

PLC 技术有效解决了电气控制中存在的诸多共性问题。当前PLC技术已广泛应用于开关量逻辑控制、定时、计数控制及多级网络控制等方面。具体来看，PLC 技术在自动化控制的具体应用可以归纳为以下几个方面。

2.1 在变频器中的应用

变频器是电气设备中最常见的设备，在调节变频器过程中，传统方式是在变频器的控制面板上完成设备调节工作。但是，传统调节方式仅能在小范围内进行调整，无法实现频繁的调节作业。此外，传统调节方式对技术人员的专业能力要求较高，需了解变频器的控制逻辑，根据具体生产需求针对性地调整变频范围，但调节作业量大增加了技术人员的工作强度，并且变频器的控制精度也难以得到有效保证。随着PLC 技术的引入，可以对变频器进行控制自动完成配置变频设备的工作，根据电气设备的工作需求随时随地调节变频器的工作频率，确保变频器长时间稳定运行，提升了变频器运行的稳定性，可以更加精准地完成变频，充分发挥变频器的作用。

2.2 在开关量控制中的应用

在控制电气设备的过程中，操作人员往往要对许多个开关进行控制。不同电气设备的开关数量有多有少，并且开关种类繁多，导致电气设备的操作难度增加。因此，为精准操控电气设备，避免出现不规范的操作行为，操作人员要在了解不同开关量间关系的基础上按照既定操作流程与操作顺序实现对开关的有效控制。如果操作人员的操作不够规范或者存在误操作行为，则会影响电气设备的运行状态，甚至会引发故障。开关量控制工作引入PLC 技术后，操作人员可以将操作指令输入PLC 系统，电气设备会根据PLC 指令完成相关作业任务，提升开关量控制的高效性与可靠性，防止出现误操作情况，使电气设备工作更加稳定。

2.3 在顺序控制中的应用

随着现代技术的不断发展，电气设备的构成不断趋于复杂化，大量电气设备共同工作，每天所耗费的电量也极高。因此，为了提升企业经济效益，有必要利用PLC 技术提升电气设备的运行效率，从而降低运行功耗。在电气设备的运行过程中，使用PLC技术调整电气设备的运行顺序，提升电气设备的响应速度，并对电气设备运行方式进行优化，在保证电气设备正常工作的基础上，较大提升电气设备的整体工作效率。

2.4 在集中控制系统中的应用

利用PLC技术，可以控制多个设备所组成的系统。在中央集成式系统中，不同设备的控制要求存在差异，并且运行顺序也存在差异。利用PLC 技术可以实现中央集成式系统的有效控制，从而提高中央集成式系统的效率，且一次投入的成本较低，因此中央集成式电气系统在未来的发展空间十分广阔。

3 PLC 控制技术案例分析

3.1 PLC 控制技术在水处理过程中的应用

日照港动力工程有限公司岚北站包含供电、供热、供水以及污水4 个系统，其中供水和污水是涉及水处理的2 个系统。港区供水系统主要有供水、蓄水2 个过程。供水过程中，在市政进水对应的压强满足0.35 MPa 要求时，采用直供的方式，反之则采用泵供。直供和泵供只能根据市政压力进行人工切换，过程复杂，切换后为满足供水压力，仍需人工调节供水泵的运行频率。蓄水过程主要是要控制市政进水量与港区蓄水池高度之间的关系，无论是直供还是泵供都要保障蓄水池水位在要求范围内。现有供水运行过程中蓄水池补水时必须人工开关阀门，浪费人力且在频繁进行井下作业的过程中存在不小的安全隐患。通过引入PLC控制技术，升级改造供水过程中直供和泵供的自动切换，在切换为泵供后，系统能够根据供水压力进行自动调节，并可直观监控阀门开度。

在处理含油污水的过程中，需要人工调节阀门和开启水泵，通过手动调节含油污水的流量实现污水处理的正常运行，这种方式极大地浪费了人力，而且频繁的人工操作也很很难做到安全生产。

3.1.1 供水系统的PLC 控制自动化设计

在进行供水系统的PLC 控制自动化设计时，涉及直供与泵供之间的自动化切换以及泵供供水压力的自动调节，前者需要根据市政供水压力来实现。因此，需将市政供水压力与目标供水压力进行比较，通过压力变送器进行采集，将采集到的供水压力大小转化为4 ～20 mA 的电流信号，并将该控制信号传送给恒压供水控制器（KP553A），利用控制器来判断是启动泵工，还是直接市政供水。在自动调节泵供供水压力时，若输出压力偏小，则先用变频器启动水泵，若变频器频率达到50 Hz 时，经3 min 延时还不能满足设定压力（供水压力），则本泵转为工频，然后变频器再启动下一台，依次循环。当输出压力达到设定压力，变频器将降速运行，若频率降到启停频率后还是超过设定值，则第一台运行的工频泵停止运行，其余的工频泵也依次停止，从而实现供水压力的比例积分微分（Proportional Integral Differential，PID）自动调节控制。供水控制系统如图2 所示。

图2 供水控制系统图纸

PLC 控制系统的应用采用了模拟数字信号，全面采用光电隔离，抗干扰能力强，安全可靠，故障率低，后期根据港区供水现有情况进行了多次调试和参数设置。该港区供水系统的运行趋于稳定，运行6 个月内，系统没有出现任何故障，为进一步实现无人值守提供了有力保障。

3.1.2 含油污水系统的PLC 控制自动化设计

经调研发现，含油污水系统中有2 个原因导致地管道进水流量无法及时调节，一是污水储水罐与集水井配合不当，二是中间池和清水池水泵需定期手动开启。

进行自动化设计时，需要利用PLC 控制技术实现集水井进水自动控制，设计逻辑如图3 所示，具体方案如下。

图3 PLC 控制设计逻辑

首先，触摸屏为发令机构，将集水井的电信号传输到PLC并及时反馈到触摸屏上；PLC为控制单元，用于接收触摸屏发送的指令并执行；污水罐的阀门为执行机构，负责完成电气动作，驱动阀门动作。

其次，利用水位计采集各环节的模拟量信号，用于PLC 模拟量控制。集水井的水位计信号用于控制储水罐阀门，实现集水井低于0.3 m 时储水罐阀门打开，高于2.6 m 时储水罐阀门关闭。

最后，编写PLC 控制程序图和利用触摸屏组态含油污水处理流程图，自动化运行和远程控制含油污水的处理。

在含油污水系统的PLC 控制自动化设计中，还需要利用PLC 控制实现中间池和清水池水泵的自动控制。首先，利用中间水池液位计和清水池液位计的电信号，控制中间水池水泵的高停低开；其次，清水池水泵则利用中间水池和清水池中液位计提供的电信号实现高开低停；最后，利用触摸屏以实现集水井水位，运行情况在值班室随时观察，方便运维人员进行处理。

随后，对中间水池、清水池及集水井的模拟信号进行采集，编写PLC 控制梯形图，实现中间池和清水池水泵的自动控制。

在含油污水系统的PLC 控制自动化设计方案实施后，集水井的人工进水操作由平均每月360 次降为每月4 次，中间水池和清水池水泵的手动操作也由平均每月130 次降为每月5 次。由此可见，PLC 控制技术的应用，提高了设备自动化水平和供水质量，对于企业发展和社会进步都有重要意义。

3.2 PLC 控制技术在继电器自动化控制中的应用

电气设备如发电机、变压器、电力线路以及继电器等作为电力供应的重要媒介及载体，其控制会直接对设备的运行状态产生影响，设备运行状态则会对电力供应质量和效率产生直接影响。因此，利用PLC控制技术对继电器运行进行有效控制具有重要意义。

PLC 控制技术在继电器自动化控制中的应用主要分为3 个部分。（1）对系统的顺序控制。PLC 控制技术主要通过连续优化继电器控制元素来达到强化灵敏度、控制序列的目的，还极大降低由控制序列故障等造成的各种问题发生概率。（2）对开关量的控制。在电气自动控制中，积极提高并且优化继电器能有效降低控制操作的失效率，PLC 开关量控制技术可以有效提高电自动控制系统的操作精度，这对于发现系统实际运用中的不良部件、实现系统整体的集中控制、保证自动控制系统的使用效率具有积极作用。（3）对闭环系统的控制。在实际操作过程中，控制模式以及状态通过结合每个泵的操作来进行选择，在闭环控制中，PLC 控制技术的应用提升了系统整体的安全性和可靠性。

以热继电器为例，其额定电压为690 V，设置复位按钮、表盘、测试以及停止按钮；“TH”防护处理，使其能避免湿热环境带来的影响；-20 ～55 ℃是其正常工作的环境温度，-20 ℃以下及70 ℃以上是进行温度补偿的环境温度；其额定绝缘电压为1 000 V，脱扣等级为10 A，能在过载状态下快速回到正常操作状态。

PLC 对继电器实行模糊PID 控制，控制模型的结构如图4 所示。

图4 PLC 控制技术在继电器应用中的控制模型

PLC 控制技术在继电器中的应用很好地解决了兼容性问题，能够在面对不同系统服务器的情况下保证系统的正常运行。此外，PLC 控制技术在继电器中的应用使得系统可靠性得到了极大提升，其拥有低于0.36 s 的响应速度，接近零的稳态误差以及90%以上的精度。

4 结 论

电气设备在工业领域中作为其生产基础，对于工业生产的平稳发展具有重要意义。不断提高电气设备的自动化控制水平已是发展所趋，需要对PLC 控制技术进行合理应用，不断放大其技术优势，使其与电气设备更快、更好地融合。此外，PLC 控制技术在自动化控制中的应用质量也能得到强化，这对于我国工业自动化具有相当积极的作用。