電氣自動(dòng)化控制中的PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用

王彥偉

（神華神東煤炭集團(tuán)大保當(dāng)煤礦籌建處，陜西 神木 719300）

0 引 言

在當(dāng)前自動(dòng)化控制運(yùn)行過(guò)程中，工業(yè)企業(yè)利用PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可編程控制的記錄和運(yùn)行，結(jié)合繼電接觸控制器技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)以及PLC控制系統(tǒng)等，解決傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的內(nèi)部接線復(fù)雜、運(yùn)行可靠性低及能耗高等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化的高效運(yùn)行。

1 PLC控制系統(tǒng)概述

PLC控制系統(tǒng)以編程為基礎(chǔ)，驅(qū)動(dòng)中央處理器存儲(chǔ)器、輸入輸出電路接口、電源以及通信模塊等。PLC控制系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分，硬件和軟件結(jié)合，驅(qū)動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)電氣自動(dòng)化。除了程序編寫(xiě)，PLC控制系統(tǒng)還能根據(jù)實(shí)際的數(shù)字控制，按照串行形式設(shè)置內(nèi)部CPU順序，同時(shí)進(jìn)行程序編程和運(yùn)行。設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，子程序和中斷程序等構(gòu)成軟件模塊，驅(qū)動(dòng)電氣線路和抗干擾模塊的運(yùn)行。從當(dāng)前技術(shù)的應(yīng)用效果看，軟件設(shè)計(jì)是重要組成部分。編程方法包括狀態(tài)表法、流程圖法、邏輯代數(shù)法以及功能圖法。設(shè)計(jì)程序時(shí)，查找輸出對(duì)象，確定關(guān)斷條件，按照編程公式，結(jié)合PLC編程要求建立梯形圖。梯形圖比語(yǔ)句表述更加直觀。

調(diào)試系統(tǒng)在電路斷開(kāi)的環(huán)境下運(yùn)行，模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)，調(diào)試系統(tǒng)的軟件部分。通過(guò)綜合應(yīng)用電位器和萬(wàn)用表，模擬多種現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，觀察PLC輸出的邏輯關(guān)系，用電腦直接進(jìn)行模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試?，F(xiàn)場(chǎng)PLC電氣控制時(shí)，需要斷開(kāi)主電氣才能開(kāi)始調(diào)試，同時(shí)仍需對(duì)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行編寫(xiě)，滿足控制要求才能交付使用。

1.1 PLC控制系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化控制中的特征

相比同價(jià)位和同類型的控制器，PLC控制系統(tǒng)的性能和功能更加優(yōu)越。大量的編程構(gòu)成和管理，可依據(jù)用戶的要求進(jìn)行有針對(duì)性的控制。體系建立后，利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)收集眾多的管理控制內(nèi)容，采集分析并處理數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一高效的管理控制[1]。

1.2 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，在系統(tǒng)內(nèi)部已構(gòu)成的基礎(chǔ)上發(fā)揮精準(zhǔn)優(yōu)勢(shì)。一般情況下，PLC控制系統(tǒng)具有可靠且持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的特點(diǎn)。維護(hù)過(guò)程中，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)即可使系統(tǒng)保持正常的運(yùn)行，還能提升工作效率，降低工作成本。

1.3 PLC控制系統(tǒng)的編程語(yǔ)言

PLC控制系統(tǒng)的編程語(yǔ)言具有簡(jiǎn)單、快速的特點(diǎn)，在較短的時(shí)間內(nèi)，不需借助計(jì)算機(jī)就能完成復(fù)雜的編程，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)工作程序的運(yùn)行。簡(jiǎn)單的語(yǔ)言快速投入到實(shí)際工作中，邊運(yùn)行邊錄入編程，避免設(shè)備拆卸，還能防止設(shè)備發(fā)生故障，降低工作強(qiáng)度。

2 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的各種應(yīng)用分析

PLC控制系統(tǒng)采用可編程控制器，通過(guò)數(shù)字或模擬輸出方式控制生產(chǎn)，在軟硬件的驅(qū)動(dòng)下，傳統(tǒng)的繼電器運(yùn)行模式被替代，PLC編程器控制信息迅速做出判斷和分析，實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾的工業(yè)自動(dòng)化運(yùn)行。

2.1 PLC控制系統(tǒng)用于開(kāi)關(guān)量控制

可有效控制多達(dá)數(shù)萬(wàn)點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)，按照固定順序進(jìn)行隨機(jī)工作。PLC控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及軟件程序，可以靈活控制多套和多組程序的編寫(xiě)，依據(jù)需要進(jìn)行調(diào)用，還可以根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行變換。發(fā)揮PLC控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，能更可靠地控制開(kāi)關(guān)量。

2.2 控制模擬量

如溫度、電壓以及電流等，可采用模擬量控制的方法。PLC控制系統(tǒng)控制模擬量時(shí)，采用工業(yè)控制電子裝置。在連續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程中，工業(yè)生產(chǎn)針對(duì)大中型設(shè)備控制模擬量，配置模擬量與數(shù)字量相互轉(zhuǎn)換的A/D單元和D/A單元，并轉(zhuǎn)換外電路的模擬量，把PLC控制系統(tǒng)的數(shù)字量以特殊的單元組成進(jìn)行整合，穩(wěn)定控制電流、電壓以及溫度。例如，在小型機(jī)上設(shè)置8位二進(jìn)制數(shù)，大中型機(jī)場(chǎng)設(shè)置12位二進(jìn)制，進(jìn)行數(shù)字量輸入輸出的同時(shí)進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算；可以運(yùn)用PID指令進(jìn)行比例、微分以及積分運(yùn)算，輸出相應(yīng)的偏差質(zhì)量[2]。

2.3 PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制

PLC控制系統(tǒng)在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制時(shí)，可以有效提升運(yùn)動(dòng)控制質(zhì)量。實(shí)際的物理量除了模擬開(kāi)關(guān)量外，均以數(shù)字量表示。基于計(jì)算機(jī)技術(shù)接收脈沖信號(hào)，提升頻率，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算，并配備相應(yīng)的傳感器和脈沖字符裝置，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元的點(diǎn)位控制。

2.4 PLC控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)

PLC控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)，大量的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行調(diào)取和運(yùn)行，定時(shí)寄出數(shù)據(jù)。當(dāng)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量時(shí)，定時(shí)轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中，由計(jì)算機(jī)讀取DM區(qū)的數(shù)據(jù)，與計(jì)算機(jī)通信結(jié)合形成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)終端。

2.5 PLC控制系統(tǒng)技術(shù)監(jiān)控信號(hào)和聯(lián)網(wǎng)通信

利用自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)程中，PLC控制系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)可縮短故障修復(fù)時(shí)間。采用計(jì)算機(jī)參與編程對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的功能，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)控。將PLC控制系統(tǒng)與智能儀表和智能執(zhí)行裝置相聯(lián)系，采用聯(lián)網(wǎng)通信的方法交換數(shù)據(jù)，可形成遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，覆蓋面積可以達(dá)到10 km2。計(jì)算機(jī)和各種智能裝置運(yùn)用總線進(jìn)行環(huán)形網(wǎng)運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)與網(wǎng)的橋接，實(shí)現(xiàn)智能裝置組織在網(wǎng)中直接交換通信信息[3]。

3 PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)裝置電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

PLC以功能設(shè)計(jì)為核心，根據(jù)控制對(duì)象的工藝要求，對(duì)系統(tǒng)的控制提供信號(hào)指令，包括產(chǎn)品種類和機(jī)械布局等。以PLC型DCS控制系統(tǒng)在工業(yè)裝置中的應(yīng)用為例，引入電氣自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)后，有機(jī)整合通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等，形成分散控制、分級(jí)形式以及集中操作等運(yùn)行模式，密切人機(jī)關(guān)系，控制好計(jì)算機(jī)風(fēng)險(xiǎn)因素，解決計(jì)算機(jī)操作過(guò)程中的不足問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制領(lǐng)域的科學(xué)發(fā)展。

在PLC技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，能對(duì)溫控進(jìn)行有效識(shí)別和判斷。PLC控制系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)散熱裝置時(shí)，判斷外部因素環(huán)境，根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行要求，保證PLC控制體系能高效適應(yīng)溫度調(diào)整需求，結(jié)合溫度特點(diǎn)優(yōu)化系統(tǒng)的操作性能。

PLC控制系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)資源時(shí)，綜合優(yōu)化傳輸管理，合理控制數(shù)據(jù)資源的傳輸價(jià)值，保證資源安全調(diào)動(dòng)。PLC運(yùn)動(dòng)控制主要采用軌跡控制模式，根據(jù)運(yùn)行需求運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)進(jìn)行單軸和多軸的位置控制，從而滿足加速度的要求，使得系統(tǒng)具有很高的控制精度。PLC脈沖控制對(duì)流量、壓力以及速度進(jìn)行檢測(cè)和控制，實(shí)行模擬量PID模塊的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)生產(chǎn)。

PLC控制系統(tǒng)技術(shù)在化工裝置電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用，結(jié)合所有獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總，得出準(zhǔn)確的決策方案。在化工生產(chǎn)中，各個(gè)化工裝置的自動(dòng)化控制借助PLC控制系統(tǒng)技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)，促使化工裝置的自動(dòng)化控制更加可靠。PLC控制系統(tǒng)技術(shù)在化工裝置自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)連接和組裝中技術(shù)環(huán)節(jié)加以控制，可提升化工裝置自動(dòng)化控制應(yīng)用準(zhǔn)確度，規(guī)避存在隱患。

以混合料生產(chǎn)環(huán)節(jié)為例，將PLC技術(shù)與混合系統(tǒng)結(jié)合，改變混合料生產(chǎn)中相關(guān)工作人員的參與模式，在辦公室進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，降低工作人員的勞動(dòng)量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)原料的自動(dòng)化檢測(cè)，并確保其質(zhì)量和性能符合混合料生產(chǎn)的要求，在保障生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)，保證機(jī)械設(shè)備運(yùn)行安全平穩(wěn)。嚴(yán)格把關(guān)電源模板，針對(duì)電源和電壓進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。中央處理單元以PLC控制系統(tǒng)為核心，重點(diǎn)圍繞輸入和輸出端口進(jìn)行合理設(shè)置，確保運(yùn)算和控制相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)理想的采集和輸出效果。針對(duì)實(shí)際變化的信息，提高接口運(yùn)行的穩(wěn)定性，合理配置底板與接口模板，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行[4]。

采用PLC型DCS控制系統(tǒng)，提升工業(yè)生產(chǎn)效率。實(shí)行系統(tǒng)自動(dòng)化和生產(chǎn)線的集成管理，如采用集中通信控制、計(jì)算機(jī)融合以及DSC控制技術(shù)等，發(fā)揮集散控制技術(shù)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)。在微機(jī)控制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路上，將DSC控制系統(tǒng)視為重要核心組成，提升控制風(fēng)險(xiǎn)的能力，降低人機(jī)間的聯(lián)系難度，發(fā)揮PLC可控制編程技術(shù)速度快和靈活可靠的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，替代傳統(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)繼電器。選擇合適的電源，按照額定輸出電流模塊計(jì)算消耗的電流，匹配選擇功能模塊，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)控制元器件，做好故障應(yīng)用措施，分配功能子程序和存儲(chǔ)空間，正確選擇輸入和輸出模塊，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的安裝與連接，實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)多個(gè)部件的配線，調(diào)試實(shí)現(xiàn)PLC運(yùn)行。此外，需注重設(shè)計(jì)階段的細(xì)節(jié)，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)應(yīng)立即停機(jī)處理。

結(jié)合開(kāi)關(guān)量控制PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，借助PLC控制系統(tǒng)對(duì)過(guò)往機(jī)電器設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，縮短控制間隔，確保開(kāi)關(guān)量控制方面具備較強(qiáng)的可靠性。在化工裝置自動(dòng)化控制中，分析和處理PLC控制系統(tǒng)中的常見(jiàn)故障，避免對(duì)裝置的穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅[5]。例如，電源系統(tǒng)方面的故障，PLC控制系統(tǒng)控制人員和系統(tǒng)維護(hù)管理人員需重點(diǎn)把握各種常見(jiàn)故障，明確其發(fā)生原因，依據(jù)外界環(huán)境和相關(guān)影響因素進(jìn)行全方位分析，從而優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行效果。

4 結(jié) 論

PLC功能強(qiáng)大，是電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的核心，控制邏輯問(wèn)題多種多樣。PLC控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)通信能力強(qiáng)大，不斷有新的聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)被創(chuàng)新并被應(yīng)用，使得工業(yè)控制實(shí)現(xiàn)了從點(diǎn)到線再到面的控制，可為工業(yè)企業(yè)創(chuàng)造更好的效益。