PLC技術(shù)在電氣工程及其自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

肖鋒

（肇慶理工中等職業(yè)學(xué)校 廣東省肇慶市 526020）

近些年我國(guó)的電氣工程已經(jīng)逐步發(fā)展成熟，并且已經(jīng)成為了為人們生產(chǎn)生活提供便捷服務(wù)的重點(diǎn)工程，因此進(jìn)一步優(yōu)化電氣工程的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量和經(jīng)營(yíng)效益是關(guān)鍵任務(wù)，而PLC 技術(shù)則能夠在工程的經(jīng)營(yíng)控制方面起到極強(qiáng)的影響價(jià)值，能夠?yàn)殡姎夤こ痰南到y(tǒng)優(yōu)化和質(zhì)量提升奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也可以作為為電氣工程未來(lái)發(fā)展創(chuàng)造廣闊空間的重要媒介，因此分析PLC 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并且闡述在電氣工程中的自動(dòng)化控制應(yīng)用方式，是進(jìn)一步提升電氣工程服務(wù)職能的重要研究課題。

1 PLC技術(shù)的基礎(chǔ)概念和應(yīng)用價(jià)值

1.1 內(nèi)容概述

PLC 自動(dòng)控制技術(shù)又被稱為Programmable Logic Controller，其余的核心是數(shù)字化系統(tǒng)，通過(guò)電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)操控，在上個(gè)世紀(jì)60年代末，PLC 技術(shù)的前身可編程的邏輯控制器在美國(guó)得到研發(fā)，并開(kāi)始在工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行使用，這種可編程的邏輯控制器有效取代了傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展過(guò)程中使用的繼電器控制設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)更加高效且多功能的自動(dòng)化控制服務(wù)。發(fā)展至今，可編程邏輯控制器已經(jīng)成為了PLC 技術(shù)的核心結(jié)構(gòu)，同時(shí)伴隨著科技的發(fā)展，PLC 技術(shù)的功能也呈現(xiàn)著多樣化，逐漸在電氣工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了自身的價(jià)值，能夠?yàn)殡姎夤こ痰陌l(fā)展提供智能化的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)控制模式的效率，在節(jié)省人力的同時(shí)，也能夠提升電氣工程的經(jīng)濟(jì)效益。

從原理上來(lái)講，PLC 系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)加密處理的數(shù)字編譯邏輯控制器，可以通過(guò)外部傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外界信息的獲取，并且通過(guò)儲(chǔ)存模塊將外界獲取到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，利用邏輯運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)命令的傳達(dá)，通過(guò)順序控制以及計(jì)數(shù)定時(shí)功能及時(shí)的將指令進(jìn)行傳輸，以控制中心來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械以及相關(guān)系統(tǒng)的操控。在運(yùn)行指令方面，能夠有效代替?zhèn)鹘y(tǒng)的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，這不僅能夠方便操作，也可以進(jìn)一步提升輸出效率和運(yùn)行性能，已經(jīng)成為了當(dāng)前電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。

1.2 優(yōu)勢(shì)

（1）PLC 技術(shù)的應(yīng)用能夠促使自動(dòng)化控制體系更加便捷，簡(jiǎn)化操作，所利用的梯形圖以及邏輯圖，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的編程語(yǔ)言，在修改和編譯過(guò)程中能夠簡(jiǎn)化基礎(chǔ)的信息體系，為相關(guān)工作人員，奠定了便捷的基礎(chǔ)，同時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際的自動(dòng)化控制需求進(jìn)行程序修改增減，具有極強(qiáng)的靈活性和可操作性。

（2）PLC 技術(shù)所形成的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，有著多樣化的功能及性價(jià)比較高，能夠滿足電氣工程發(fā)展過(guò)程中的各項(xiàng)需求，單一的PLC 設(shè)備中涵蓋了近千個(gè)編程元件，能夠有效實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的自動(dòng)化控制，不僅能夠有效解決不同業(yè)務(wù)的運(yùn)行需求還可以有效減少故障隱患的存在幾率，和與其功能相同的繼電器結(jié)構(gòu)相比，PLC 技術(shù)所形成的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠提供與其相同的功能體系，同時(shí)價(jià)格更加優(yōu)惠。

（3）自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性極高，同時(shí)有著較強(qiáng)的抗干擾能力。在電氣工程控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)所使用的繼電器設(shè)備涵蓋了大量的時(shí)間繼電器以及中間繼電器，系統(tǒng)較為復(fù)雜，大量的接觸點(diǎn)在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程中很有可能出現(xiàn)接觸不良的情況，這不僅會(huì)增加維修成本，也會(huì)降低生產(chǎn)效率，但是利用PLC 技術(shù)所形成的自動(dòng)控制系統(tǒng)不必再使用元件極為復(fù)雜的繼電設(shè)備，不僅能夠提升運(yùn)行可靠性，也可以免受周邊環(huán)境的干擾。

圖1：PLC 開(kāi)關(guān)量控制結(jié)構(gòu)

圖2：閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的PLC技術(shù)應(yīng)用模式

2.1 順序控制模式

順序控制往往取決于電氣工程運(yùn)行過(guò)程中的相關(guān)工序，利用PLC 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)順序控制，能夠有效提升整體電氣工程運(yùn)行的可靠性，同時(shí)也能夠提供安全保障，PLC 系統(tǒng)可以按照實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)流程，來(lái)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，并且結(jié)合不同的需求來(lái)下發(fā)指令，能夠有效將電氣工程運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)分化為不同的階段，每一個(gè)階段，執(zhí)行不同的任務(wù)，能夠進(jìn)一步強(qiáng)化不同運(yùn)轉(zhuǎn)工序的職能。與此同時(shí)還可以建立在整體調(diào)控的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，進(jìn)一步強(qiáng)化PLC 技術(shù)的順序控制效率。

2.2 開(kāi)關(guān)量控制模式

在傳統(tǒng)的單純利用繼電器作為自動(dòng)控制核心的電氣工程系統(tǒng)中，繼電器的運(yùn)轉(zhuǎn)，需要在通電之后進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的反應(yīng)，而在短路保護(hù)，系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，繼電器無(wú)法正常工作，這樣會(huì)降低整體系統(tǒng)的運(yùn)行效率，但是利用PLC 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，可以通過(guò)編輯控制器以及編程系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，避免短路的出現(xiàn)，同時(shí)也能夠維持繼電器的常規(guī)運(yùn)行，在提升運(yùn)行效率的同時(shí)，也能夠進(jìn)一步優(yōu)化開(kāi)關(guān)量控制流程。

在實(shí)際的開(kāi)關(guān)量控制模式中，由于電器工程系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)點(diǎn)眾多，因此PLC 自動(dòng)控制體系往往直接對(duì)接十幾個(gè)，甚至上百個(gè)控制點(diǎn)。這些控制點(diǎn)，利用網(wǎng)絡(luò)和云平臺(tái)進(jìn)行集中處理，能夠有效實(shí)現(xiàn)不同類型機(jī)電設(shè)備以及不同控制系統(tǒng)的分化控制（圖1），不會(huì)受到復(fù)雜程序以及復(fù)雜指令的影響，另外，利用PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的邏輯控制，也能夠利用組合或者時(shí)序的方式進(jìn)行調(diào)整，管理人員僅僅通過(guò)人機(jī)交互界面便能夠靈活的控制多個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn)，能夠同時(shí)滿足個(gè)體控制和集中調(diào)整的需求，不僅能夠提升控制效率，也可以有效穩(wěn)定整體系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，這是其他的自動(dòng)控制器無(wú)法提供的優(yōu)勢(shì)。

2.3 閉環(huán)控制模式

利用PLC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)電子工程系統(tǒng)運(yùn)行的閉環(huán)控制，主要是建立在模擬量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，詳細(xì)的PLC 模擬量閉環(huán)系統(tǒng)，如圖2所示。這其中，被控制量主要涉及到了轉(zhuǎn)速、壓力、流量、溫度等多種具有連續(xù)變化特征的主要元素，可以根據(jù)不同的電氣系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性分化，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥以及變頻器。

在這個(gè)過(guò)程中需要監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠及時(shí)的獲取外界的被控制量信息，并且將運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)傳輸至處理中心，信號(hào)在傳輸時(shí)會(huì)被轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)或者直流電流信號(hào)，由PLC 系統(tǒng)中的模擬量輸入模塊，將其重新轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，這其中，模擬量信息和數(shù)字量轉(zhuǎn)化的程序主要是由pid 程序?qū)崿F(xiàn)的。當(dāng)控制中心獲取到已經(jīng)轉(zhuǎn)化完成的數(shù)字量之后，會(huì)根據(jù)前期的系統(tǒng)編程來(lái)進(jìn)行數(shù)字量判斷，并且根據(jù)判斷的結(jié)果以及電氣系統(tǒng)運(yùn)行的公式來(lái)下達(dá)操作質(zhì)量，從而形成控制閉環(huán)。

2.4 集中控制模式

利用PLC 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)集中控制，主要是建立在自動(dòng)監(jiān)視功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，需要建立起不同電氣設(shè)備之間的聯(lián)系和狀態(tài)關(guān)系，確保整體效果最優(yōu)，同時(shí)個(gè)體設(shè)備的運(yùn)行效率也能夠得到管控。集中控制能夠進(jìn)一步促使電氣系統(tǒng)的工作量得到優(yōu)化，通常應(yīng)用在，工序較為復(fù)雜且人力消耗較多的，電氣工程中，例如針對(duì)煤礦企業(yè)的運(yùn)行裝置來(lái)講，涉及到了集撿設(shè)備、儲(chǔ)煤設(shè)備、傳送帶、轉(zhuǎn)載機(jī)以及膠帶機(jī)等多個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)，通過(guò)常規(guī)的人力控制以及傳統(tǒng)的繼電器控制可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的零斷層聯(lián)系，這不僅會(huì)浪費(fèi)較多的時(shí)間，也會(huì)導(dǎo)致整體系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率下降，因此利用PLC 技術(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制，能夠建立在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，利用控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)設(shè)備的一體化監(jiān)測(cè)和管理，能夠促使不同工序之間緊密相連，極大的縮短浪費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)在提升效率的過(guò)程中，也能夠保證不同工序的正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)故障，并且進(jìn)行停機(jī)維護(hù)。

2.5 程序編譯模式

程序編譯功能也是PLC 技術(shù)在電氣工程系統(tǒng)應(yīng)用中的重要體現(xiàn)，PLC 技術(shù)往往是建立在順序掃描和不斷循環(huán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)化控制的，在運(yùn)行過(guò)程中，CPU 需要根據(jù)前期管理人員編制好的相關(guān)程序以及工序進(jìn)行監(jiān)測(cè)和指令下達(dá)，結(jié)合不同的地址，來(lái)落實(shí)周期性循環(huán)作業(yè)，通過(guò)掃描，實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)以及輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換。結(jié)合當(dāng)前PLC 技術(shù)的發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，編程語(yǔ)言主要涉及到了指令表、梯形圖、順序功能流程圖、功能模塊以及結(jié)構(gòu)文本化語(yǔ)言這五種，這其中梯形圖語(yǔ)言是應(yīng)用較為廣泛且最為常見(jiàn)的語(yǔ)言之一。而程序的算法主要涉及到了脈沖量、模擬量以及開(kāi)關(guān)量計(jì)算。完備的編程系統(tǒng)和計(jì)算方法能夠有效應(yīng)對(duì)不同體系的電氣工程，能夠?qū)崿F(xiàn)快捷的自動(dòng)控制效果。

3 PLC在機(jī)械制造領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用

隨著PLC 技術(shù)體系的逐步創(chuàng)新，在我國(guó)各個(gè)行業(yè)中均已經(jīng)具有著較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，尤其是在機(jī)械制造行業(yè)，為了進(jìn)一步迎合當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展需求，機(jī)械制造行業(yè)面臨的壓力和挑戰(zhàn)逐步增加，為了進(jìn)一步提升生產(chǎn)的效率，確保生產(chǎn)質(zhì)量，利用PLC 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造自動(dòng)化生產(chǎn)是至關(guān)重要的任務(wù)，同時(shí)也是緩解行業(yè)壓力的重點(diǎn)舉措。但實(shí)際的機(jī)械制造自動(dòng)化生產(chǎn)鏈中，PLC 技術(shù)的主要應(yīng)用方向有以下幾點(diǎn)。

3.1 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的物資運(yùn)輸處理

在PLC 自動(dòng)化技術(shù)的加持下，可構(gòu)建一個(gè)由自動(dòng)裝置、自動(dòng)運(yùn)輸設(shè)備、自動(dòng)軟件構(gòu)成的物資供輸自動(dòng)化系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)C(jī)械制造過(guò)程中所需的原材料或制造好的成品輸送到固定位置，大大提升工作效率。

3.2 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)備裝配

在機(jī)械設(shè)備裝配過(guò)程中，利用PLC 技術(shù)設(shè)計(jì)程序，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備組裝、調(diào)試、測(cè)試、驗(yàn)收的自動(dòng)化。以當(dāng)前在機(jī)械制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的機(jī)械手為例，這種自動(dòng)化設(shè)備能夠檢測(cè)到物體的具體位置，伸展手臂抓取物件，按照既定程序移動(dòng)，物品到達(dá)既定區(qū)域，松開(kāi)物件回到初始位置，不同的機(jī)械手配合，就能夠完成產(chǎn)品的組裝，且精度極高。

3.3 落實(shí)自動(dòng)質(zhì)量檢測(cè)

在高精度作業(yè)環(huán)境下，傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方式由于工作效率低、檢測(cè)精度不足，已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)行業(yè)要求，自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在PLC 自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)中，設(shè)備能夠有效識(shí)別組件磨損狀態(tài)，并利用人工智能技術(shù)來(lái)識(shí)別電流信號(hào)以及細(xì)微缺陷，可以全面提升機(jī)械制造水平。在應(yīng)用PLC 技術(shù)的過(guò)程中，應(yīng)該以世界先進(jìn)水準(zhǔn)作為基準(zhǔn)線，合理高效應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，加大對(duì)于新型PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研發(fā)力度，切實(shí)提升我國(guó)機(jī)械制造自動(dòng)化高度。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在電氣工程及其自動(dòng)化控制系統(tǒng)中引入PLC 技術(shù)是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是提升整體社會(huì)進(jìn)步的主要推動(dòng)力，是技術(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)中的重要成果，因此合理的使用PLC 技術(shù)，落實(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化，增強(qiáng)電氣工程運(yùn)營(yíng)的穩(wěn)定程度，從應(yīng)用模式角度進(jìn)行針對(duì)性分析，并且尋找更多的應(yīng)用方向，進(jìn)行功能優(yōu)化和性能提升，不僅推動(dòng)了電氣工程行業(yè)可持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，也能夠成為促使全社會(huì)乃至全國(guó)智能化轉(zhuǎn)型的動(dòng)力。