基于PLC自动化技术的电气控制应用研究.pdf

信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期基于 PLC 自动化技术的电气控制应用研究郭 栋(陕西国防工业职业技术学院 陕西 西安 710300)【摘摘要要】近年来,随着科学技术的快速发展,可编程控制器(programmable logic controller,PLC)技术体系越来越成熟,受到各行各业的广泛应用,成为工业自动化控制过程中重要的设备,而 PLC 自动化电气控制的应用,则是以 PLC 技术的自动化控制功能,改善电气控制的模式,提升电气控制的水平。基于此,分析 PLC 的特点,提出 PLC 自动化技术在电气控制中的应用措施,旨在为促使电气控制自动化发展水平的提升提供助力。【关关键键词词】P PL LC C;自自动动化化技技术术;电电气气控控制制【中中图图分分类类号号】TP279 【文文献献标标识识码码】A 【文文章章编编号号】1009-5624(2023)07-0065-030 引言可编程控制器(programmable logic controller,PLC)技术是计算机技术中的重要组成部分,是以工业控制应用为导向所设计制造。最初的可编程控制器,是 20 世纪 60 年代以电气设备生产流水线的自动化控制系统为基础的继电控制装置,随着技术的快速发展,电气设备的型号不断更新,继电器控制装置需要重新设计,费时费力,为有效解决此类问题,美国研制出 PLC 可编程控制器,在汽车自动化装配线中应用,取得良好成绩,在此之后,PLC 可编程控制器开始替代传统的电气控制技术,为提升电气控制的自动化水平带来机遇,因此,我国在电气控制的过程中,应重视 PLC 自动化技术的应用,充分发挥 PLC 可编程控制器的作用,改善电气控制的自动化和智能化水平,为电气控制效果的提升夯实基础。1 PLC 特点1.1 实用性特点PLC 可编程控制器的体积较小,重量较低,功能消耗量少,便于进行应用和安装,同时,具有容量大和运算速度快的特点,功能十分丰富,实用性较强。例如,PLC 可编程控制器的接口非常简单,具有可编程性的特点,图形符号和梯形图语言、表达方式和继电器电路基本相似,工程技术人员容易理解和接受,只需要分析少量开关量模拟控制的指令,即可掌握具体的系统编程方式和使用方式,按照电气控制的特点和需求灵活设计 PLC 自动化控制模式,因此,PLC 自动化技术在电气控制领域中应用具有一定的实用性。1.2 抗干扰性特点从实际情况而言,PLC 自动化系统的设计,主要采用的是大规模集成电路技术,内部电路结构方面和工艺设计方面主要采用抗干扰技术,且系统的硬件装置具有自动化检测和报警功能,一旦某设备出现故障问题,即可快速报警,便于有效解决和处理设备的故障。PLC 自动化技术与传统继电器技术相比,抗干扰的性能较高,适合应用在电气控制的环境,同时,可编程软件的应用,还能按照电气控制的实际需求,编写各类电气设备的故障自动化诊断程序,自动诊断和分析电气设备与电路的故障,为电气设备的有效控制和管理等提供保障。1.3 维修便利性特点PLC 自动化技术的应用,主要通过存储逻辑替代传统接线逻辑,降低设备外部接线量,减少系统的设计时间和构建时间,为后续维修提供便利,且整体控制程序的编写较为容易,后续的更改操作简单,可快速按照电气控制需求更改相应的控制程序,满足电气控制的需求。与此同时,PLC 自动化技术和相应系统能够在各类复杂的电气控制环境中运行,运行指示灯和故障指示灯可随时为用户对电气设备的监控和故障维修等提供便利,减少不必要的工作,加之 PLC 自动化控制系统的运行、维护和改造方式简单,维修便利,能够为自动化控制技术的应用和优势的发挥提供保障1。另外,电气控制中采用 PLC 自动化技术,还能改善电气控制的效果,使电气控制工作具有自动化和系统化的特点。如图 1 所示:首先 PLC 自动化技术能够进行电气设备数据的实时性采集和传输,在软件程序控制下进行提前编写的执行,扫描电气设备的数据,对电气设备的运行状态进行判断和分析;其次 PLC 程序能够执行特定的功能,按照用户设置的程序指令,根据相应的规则完成电气设备运行状态的扫描分析,准确掌握电气设备的运行情况,科学进行实时性的分析和逻辑运算;最后做出系统的有效响应,将采集执行程序的分析结果、逻辑运算结果等,传输到控制主机,由主机为输入节点发送响应信号,从而进行电气设备的控制。图 1 PLC 技术在电气设备自动化控制中的应用2 基于 PLC 自动化技术的电气控制应用2.1 开关量控制电气控制的过程中采用 PLC 自动化技术,需要完善开关量控制模式,通过 PLC 自动化技术完成逻辑控制和顺序控制,替代传统继电器的电路,独立进行每台电气设备的自动化控制,保证电气控制的效果。例如:断路器控制器件,传统的继电器控制反应速度很慢,无56信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期法完成实时性和自动化控制目的,而采用 PLC 自动化技术,能尽可能缩短反应的时间,及时完成断路控制的任务,加快电气控制的反应速度,保证电气设备的控制水平。但是需要注意,不同开关量 I/O 模块在应用的过程中,对电气自动化控制的效果不同,因此需要科学合理地进行电气 PLC 自动化控制的开关量输入和输出的设计,如表 1 所示,通过对开关量控制的输入和输出模块合理设计,保证电气控制过程中 PLC 开关量的合理 控 制,为 电 气 自 动 化 控 制 水 平 的 提 升 提 供保障2。表 1 电气控制中 PLC 开关量输入和输出模块设计模块设计规格输入模块主要是对现场通断信号进行检测,完成信号的隔离,在设计开关量输入模块的过程中,应合理进行 I/O 点数的设计、输入电压形式的设计,将输入电压设计为 24 V 直流或是 110 伏交流、220 V 交流的形式。输出模块主要是将内部低电平控制信号隔离后进行转换处理,转换为所需要的电平输出信号,对外部负载进行驱动,同时确保 PLC 控制系统中的信号能够达到电气隔离的目的。2.2 模拟量控制PLC 自动化技术在电气控制中的应用,模拟量的控制,主要是对电气设备的温度、压强、液位等各类模拟量进行自动化控制,利用数字量的 A/D 转换方式,对电气设备模拟量进行跟踪记录和监控,有效完成电气设备的自动化控制操作3。同时在电气设备模拟量控制的过程中,还需完善 PLC 自动化控制期间的模拟量输入模块和输出模块,如表 2 所示。表 2 PLC 自动化电气控制的模拟量输入输出模块设计模块设计内容输入模块根据 PLC 控制系统进行电源模块的选择,根据电源输出的情况,明确电流的电源输入电压,保证电源模块输出电流高于 CPU、I/O 等各类模块的电流总和,与此同时,为满足 I/O 模块后续的扩展需求,应按照现场实际情况设计电源输入电压。输出模块采用成本较低且操作便利的编程器,如果是中档或是高档的 PLC 控制系统,或是在线编程的系统,可采用功能非常完善且编程便利的智能化编程器设备。2.3 集中控制集中控制是指利用功能完善的 PLC 控制系统,同时进行多种电气设备的中央集中自动化控制,此类系统在应用过程中,主要是将各类电气设备的运行状态关联,利用中央 PLC 自动化完成电气设备的监控,与模拟量、开关量的控制方式相比,具有一定的应用便利性特点,成本较低、但是需要注意,集中控制方式的应用可能会因为某控制程序发生故障或问题,导致整体的 PLC 自动化控制系统受到不利影响,因此,需要定期进行 PLC 控制系统和设备的检修维护,预防出现故障现象,提升对电气设备的集中控制效果。例如:按照不同类型电气设备的特点,构建能够将所有电气设备相互关联的 PLC 自动化系统,利用系统集中监控和采集所有电气设备的运行状态数据、故障数据等,自动化分析不同电气设备的运行特点和故障情况,按照自动化分析和采集的数据,科学合理进行电气设备的控制,从而集中完成所有电气设备的自动化控制,保证控制的效果和水平4。2.4 分散控制分散控制系统是以 PLC 可编程器为基础,按照每个电气控制对象的情况,独立设置 PLC 装置,分散进行电气设备的控制,每个被控制的对象只受到相对应 PLC 系统的自动化监控,能够避免程序或是设备发生故障,对自动化控制效果造成不利影响。例如,企业在进行电气设备控制期间,在每个设备上单独设置 PLC 可编程控制器,利用可编程控制器独立完成电气设备的自动化控制任务,以此确保整体的自动化控制效果,满足电气控制的需求5。3 基于 PLC 自动化技术的电气控制应用注意事项3.1 预防控制出错的问题目前,在基于 PLC 自动化技术的电气控制工作中,可能会出现控制出错的问题,不利于 PLC 自动化技术优势和作用的发挥,因此,相关部门应注意以预防控制出错问题为目标,制定完善的工作方案和计划,保证电气控制过程中 PLC 自动化技术的良好应用。第一,PLC 自动化技术的应用,可能会由于线路老化或是鼠害虫害等问题,对系统线路造成破坏,出现信号输送线路断路的问题和短路的问题,引发控制出错的现象,此类错误是因为现场信号不能及时发送到 PLC 自动化控制系统,最终导致控制错误,难以确保 PLC 自动化控制系统有效进行数据的采集、转换和分析,不能正常接收自动化电气控制的指令,为有效预防此类问题的发生,应定期进行线路的更换处理,做好鼠灾和虫害的预防工作,全面进行信号输送线路的检查检测,保证信号输送线路的稳定运行6。第二,现场电磁开关和电动阀等设备操作期间,如果没有进行设备的彻底关闭,或是打开过程中闭合不充分,可能会使现场数据的采集和传输受到不利影响,PLC 自动化控制系统不能正常接收相关的信息,或是接收到的信息错误,做出错误的控制动作,出现电气自动化控制的问题。因此,相关部门需要在电动阀和电磁开关操作期间,保证关闭的彻底性和闭合的充分性,动态检测分析 PLC 自动化控制系统数据采集和传输的情况,保证数据传输的准确性和完整性,预防66信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期出现动作错误的问题。第三,PLC 自动化控制系统的应用,可能会因为触点和接线接触不良,出现机械开关或是现场变送器设备的故障。由于接线缺乏牢固性、触点接触的部分损坏,使 PLC 控制系统无法全面采集现场电气设备的信号,不能合理进行数据的采集和传输处理,对系统控制决策的制定和信息查询等造成不利影响,最终可能会引发控制错误。因此,在实际工作中应按照具体的情况,严格检查触点的部分和接线的部分,一旦发现触点部分或是接线部分不良,必须及时进行处理,以免影响 PLC 控制的效果7。3.2 预防动作执行错误问题PLC 自动化技术在电气控制领域中的应用,可能会出现动作执行出错的问题,导致 PLC 自动化控制的指令难以有效执行,因此需要按照具体的情况,科学合理进行分析和处理。其一,PLC 自动化技术一旦受到电磁干扰,或者接触器接触不良,出现故障问题,都可能会使 PLC 动作指令的发送不能完全传输到终端的执行部分,可能会做出电气自动化控制动作错误。因此,在工作中,需要科学合理进行电磁干扰问题的防范,保证接触器接触的严密性,预防出现接触器的故障问题,提升指令发送的完整性,保证指令能够被执行端接收,确保各类自动化控制动作的良好执行。其二,现场开关部分与电动阀的部分,可能会发生故障问题,一旦机械开关存在接触不良的现象,或是电动阀抖动的现象,将会对 PLC 自动化控制系统的正常运行造成不利影响。同时,也可能会由于变频器质量因素或是外力破坏因素而发生故障,使变频器相应的电动机不能正常运行,执行机构难以根据 PLC 控制系统的指令执行任务,做出错误的动作。因此,需要在采用 PLC 自动化技术进行电气控制期间,重点检查和检修电动阀的部分和机械开关的部分,保证机械开关接触的良好性,电动阀不会出现机械抖动的问题,变频器的质量符合标准,不存在故障现象,以免对 PLC 自动化控制动作的执行造成不利影响8。除此之外,企业需强化 PLC 自动化电气控制过程中输入信号可靠性的管理。首先,保证各类控制系统的设备与零部件具有可靠性,应用寿命符合标准,避免因为零部件的原因而使信号线破损或是短路故障,同时还需进行主界面功能模块的改善和优化,提升 PLC 自动化控制技术和系统的应用水平。其次,重点完善 PLC 自动化控制系统的配置部分,构建智能化特点和人性化特点的故障预警系统、告警系统,智能化进行 PLC 控制设备的故障预警,使相关工作人员能够按照预警信息,进行相关设备的整改和优化完善,保证自动化控制系统和设备的良好应用。最后合理配置相应的 PLC 自动化控制面板指示灯,如果设备发生故障问题,指示灯即可发送预警告警信息,提醒工作人员解决故障,确保在电气控制过程中 PLC 自动化控制技术安全稳定应用9-10。4 结语综上所述,PLC 自动化技术具有实用性、维修便利性和抗干扰性特点,在电气控制中的应用具有重要意义,因此在电气控制的过程中需注重 PLC 自动化技术的运用,科学合理完成开关量的控制、模拟量的控制、集中控制与分散控制,保证电气控制过程中 PLC 自动化技术价值的发挥。同时在采用 PLC 自动化技术进行电气控制的过程中,应预防出现控制出错和动作执行出错的问题,确保在电气控制过程中 PLC 自动化技术的良好应用。【参考文献】1 金帅.电气工程自动化控制中 PLC 技术的应用研究 J.百科论坛电子杂志,2019(12):243-255.2 季尧.电气工程及其自动化控制中的 PLC 技术应用 J.技术与市场,2021,28(7):144-145.3 朱叶.PLC 技术在电气工程自动化控制中的应用研究 J.科学技术创新,2017(30):60-61.4 许兵.关于电气工程及其自动化控制中 PLC 技术的应用分析 J.电子测试,2020(6):132-133,135.5 刘畅,石品洋,韩玉勇.电子技术在电气工程自动化控制中的应用J.电子技术与软件工程,2022(19):75-79.6 周宝星.电气工程及其自动化控制中 PLC 技术的应用J.数字技术与应用,2022,40(11):97-99.7 陆旭锋,张翔,瞿凌春.基于 PLC 技术的电气一次设备远程启闭自动化控制方法 J.工业仪表与自动化装置,2022(5):48-52.8 米捷.PLC 技术在电气工程及其自动化控制中的应用分析J.中国设备工程,2022(7):185-186.9 陶延延.PLC 在工程自动化控制设计中的应用J.集成电路应用,2023,40(1):56-57.10 周宝星.电气工程及其自动化控制中 PLC 技术的应用J.数字技术与应用,2022,40(11):97-99.作者简介:郭栋(1988),男,陕西西安,硕士,讲师,研究方向:自动化控制。76