PLC技術(shù)在提升電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

佘東

（四川機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川省攀枝花市 617000）

宏觀知識經(jīng)濟背景下，創(chuàng)新成為了時代發(fā)展的主流，人類科技文明水平亦是大幅提升，衍生出了系列高新技術(shù)，其中PLC 技術(shù)就是典型的代表產(chǎn)物之一，并廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，進一步便捷了人們的生產(chǎn)生活。事實上，作為一個可編程控制器，PLC 技術(shù)展現(xiàn)出了更高的便利性、可靠性，在提升電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用創(chuàng)造了巨大價值，使之自動化、智能化水平更高，改善了整個系統(tǒng)的運行效率和質(zhì)量，相關(guān)方面的課題研究備受關(guān)注和熱議。

1 PLC技術(shù)概述

PLC 即可編程邏輯控制器，是基于一類可編程的存儲器，面向用戶指令，通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，其本身可視作為一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置。時至今日，經(jīng)過多年的發(fā)展，PLC 技術(shù)日臻成熟，從接線邏輯到存儲邏輯實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，比之以前在模擬量處理、數(shù)字運算、人機接口和網(wǎng)絡(luò)等方面的性能表現(xiàn)更優(yōu)，越發(fā)接近于一臺緊湊型電腦的主機，成為了工業(yè)控制領(lǐng)域的主流設(shè)備之一，并發(fā)揮了越來越重要的作用。基于微型處理器架構(gòu)而成的PLC裝置系統(tǒng)，體積小、質(zhì)量輕，且方便組裝攜帶，為之更為廣泛的應(yīng)用鋪墊了基礎(chǔ)。在實際應(yīng)用中，由于采用了現(xiàn)代大規(guī)模集成電力技術(shù)和先進的抗干擾技術(shù)，加之嚴格的生產(chǎn)工藝制造，使得PLC 呈現(xiàn)出了較高的可靠性，相較于同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)，電氣接線及開關(guān)接點實現(xiàn)了大幅銳減，甚至達到了數(shù)千分之一，因而故障率更低，其本身附帶的硬件故障自檢功能，使之可靠性優(yōu)勢更加突出。同時，伴隨著PLC 技術(shù)的發(fā)展，其相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)日趨多樣，所搭載的功能完善，包括邏輯處理、數(shù)據(jù)運算、人機交互等，滿足了不同規(guī)模的工業(yè)控制需求，逐步滲透到了溫度控制、位置控制、CNC 等領(lǐng)域，實際效用價值產(chǎn)出毋庸置疑。另外，PLC 所使用的梯形圖語言，圖形符號與表達方式類似于繼電器電路圖，即使不懂計算機原理、不熟悉電子電路的非專業(yè)人員，亦可方便快捷地進行操作，獨特的編程語言更易于工程技術(shù)人員接受，為之廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，加速了我國工業(yè)現(xiàn)代化進程。

2 PLC技術(shù)在提升電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

正是基于PLC技術(shù)的多重性能優(yōu)勢，通過對數(shù)據(jù)的模擬和編程，創(chuàng)造了更為安全、可靠的工業(yè)環(huán)境，為電氣控制系統(tǒng)優(yōu)化提供了有力支持?；谏鲜稣J識，結(jié)合實際情況，針對性地就PLC 技術(shù)在提升電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用展開了討論，并提出了如下建議，以供參考和借鑒。

2.1 設(shè)計方案

PLC 技術(shù)在提升電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用，作為一項龐雜的工作組織，首要基礎(chǔ)是梳理思路，制定科學(xué)的實施方案，以指引后續(xù)工作有序展開，確保預(yù)期目標達成。在具體的工作踐行中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)全面解析即有的電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，充分了解各部分的應(yīng)用功能，繼而基于PLC 技術(shù)支持進行重新設(shè)計，有效整合相應(yīng)軟件，在確保提升改造方案切實可行的基礎(chǔ)，使之優(yōu)勢得到進一步釋放。在此過程中，相關(guān)技術(shù)人員還需緊密結(jié)合實際情況，選擇與電動機類型相匹配的設(shè)備，設(shè)計合理的PLC 輸入、輸出點數(shù)，保障電氣控制系統(tǒng)正常運行，滿足企業(yè)生產(chǎn)要求。事實上，隨著科技發(fā)展，PLC 輸出系統(tǒng)的構(gòu)成種類越發(fā)多樣，根據(jù)輸出端負載的差別可分為交流型和直流型，而根據(jù)輸出特點和頻率的不同，PLC 輸出系統(tǒng)又可劃分為晶體管、繼電器及晶閘管等，但無論何種方式均需保證系統(tǒng)整體安全運行。除此之外，在基于PLC 技術(shù)應(yīng)用的提升電氣控制系統(tǒng)改造中，相關(guān)技術(shù)人員還需重視系統(tǒng)中I/O 點的合理配置，確保良好的I/O 地址連續(xù)性，并提升相關(guān)編寫程序的合理性，實現(xiàn)預(yù)期任務(wù)目標。在此過程中，技術(shù)人員要尤其關(guān)注PLC 輸出點的合理分配，各個輸出點采用獨立電源，并且相互間呈現(xiàn)隔離狀態(tài)，在具體的數(shù)量搭配上建議按照10%以上的標準進行預(yù)留，以為后續(xù)系統(tǒng)升級改造奠定基礎(chǔ)。

2.2 方法流程

PLC 技術(shù)在提升電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用，應(yīng)力求各環(huán)節(jié)工作組織的最優(yōu)化，嚴密部署、謹慎對待，以確保最終結(jié)果達成。在上述整體思路梳理清楚，并制定了總體可實施方案之后，接下來就需要繪制電氣控制系統(tǒng)原理圖，并針對PLC 外部接線，出具詳細的接線圖和梯形圖，尤其是主電路、輔助電路和控制電路缺一不可，以此來指引后續(xù)工作實踐。在此基礎(chǔ)之上，相關(guān)技術(shù)人員對即已生成的圖紙進行復(fù)檢，認真發(fā)現(xiàn)其中的不足或漏洞，加以修繕，并出具詳細的元器件資料清單，結(jié)合總體方案和原理圖進行充足準備。在做好了上述系列環(huán)節(jié)工作之后，進一步的電氣控制系統(tǒng)調(diào)試是關(guān)鍵。具體踐行中，該階段工作主要包括兩大核心內(nèi)容：

（1）相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)基于PLC 技術(shù)應(yīng)用的電氣控制系統(tǒng)原理圖，繪制相應(yīng)的流程圖或功能圖，并詳細說明不同類型設(shè)備的功能、參數(shù)等，確保合理安裝和使用；

（2）根據(jù)系列圖式指導(dǎo)，合理植入PLC 系統(tǒng)，結(jié)合其I/O 配置，編寫可行性程序，最終完成電氣控制系統(tǒng)的提升改造任務(wù)要求。在此之余，值得著重強調(diào)的是，對于機床電氣控制系統(tǒng)的提升改造工程，在PLC 梯形圖中由于機床本身可進行反轉(zhuǎn)控制，但是由于主電路中的交流接觸器接觸點在瞬間電流過大或過長時容易發(fā)生熔焊問題，繼而引發(fā)嚴重的安全事故。

因此，基于PLC 技術(shù)應(yīng)用的機床電氣控制系統(tǒng)提升改造，應(yīng)當做好相關(guān)保護措施，通過硬件互鎖的方式提高安全性，并在PLC輸出端設(shè)計緊急開關(guān)，以確保設(shè)備穩(wěn)定運行。

2.3 具體實踐

2.3.1 順序控制

某種維度上講，電氣控制系統(tǒng)最重要的任務(wù)之一就是進行生產(chǎn)流程的良好控制，而PLC 技術(shù)在其相關(guān)提升改造工程中的應(yīng)用，可進一步提升其自動化控制水平，從而實現(xiàn)生產(chǎn)流程的再優(yōu)化，其現(xiàn)實功能價值得以突出。簡單來講，基于PLC 技術(shù)應(yīng)用，將之可編程控制器作為傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)中順序控制器的替代品，在滿足其基本功能需求的同時，表現(xiàn)出了更高的控制效率，進而提升了企業(yè)生產(chǎn)中電氣工程的運轉(zhuǎn)效率，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益。在此本文以火力發(fā)電為例，在其實際生產(chǎn)運行中，會伴隨著大量的生產(chǎn)殘留物產(chǎn)生，而傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)運行模式下，人工操作仍舊占據(jù)主導(dǎo)，清理工作效率不高。而基于PLC 技術(shù)應(yīng)用的電氣控制系統(tǒng)再造，可通過傳感器的功能優(yōu)勢，實時、高效的檢測到火力發(fā)電生產(chǎn)中所產(chǎn)生的殘留物，繼而依托相應(yīng)的設(shè)備設(shè)施進行集中化、自動化清理，工作效率更高，且有效降低了人力資本投入，保障了整個生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運行，其所帶來的節(jié)能環(huán)保效益毋庸置疑，這也正是電氣控制系統(tǒng)提升改革的根本追求所在。

2.3.2 開關(guān)控制

在以往即已建成的電氣控制系統(tǒng)中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整個工程所關(guān)聯(lián)的自動化設(shè)備高度密集，線路相互交叉，給相關(guān)技術(shù)人員維護工作展開造成了極大困難，一旦發(fā)生故障，由于很難在短時間內(nèi)排除，繼而增加了停機時間，給企業(yè)造成了不可估量的損失。將PLC 技術(shù)應(yīng)用到電氣控制系統(tǒng)的開關(guān)量控制中，實現(xiàn)了對其內(nèi)部運行情況的實時、動態(tài)檢測，并通過相應(yīng)的關(guān)聯(lián)設(shè)備發(fā)出警報，降低了相關(guān)技術(shù)人員的工作強度，提升了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，同時可輔助進行故障排除，減少了由此造成的停機時間，對提升企業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量作用顯著。事實上，經(jīng)由PLC 技術(shù)應(yīng)用改造后的電氣控制系統(tǒng)，附帶上了一定的設(shè)備運行檢測功能，并可結(jié)合實際情況自動調(diào)節(jié)電流，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備處于高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)甚至超出額定功率時，則通過開關(guān)量控制模塊跳轉(zhuǎn)至輔助電源選項，從而保證整個運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。與此同時，基于PLC 技術(shù)應(yīng)用的開關(guān)量控制，還具備了自診斷和修復(fù)作用，及時發(fā)出警報并準確完整地進行記錄存儲，明顯降低了電氣控制系統(tǒng)的故障率。

2.3.3 閉環(huán)控制

在當前科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，遙感技術(shù)、聲控技術(shù)等應(yīng)用，使得電機啟動系統(tǒng)的操控更加便捷，且大幅提升了其實際運行效率。但是客觀維度上講，現(xiàn)階段的機電設(shè)備運行狀態(tài)感知及調(diào)控方面的功能表現(xiàn)仍存有較多的不足之處。PLC 技術(shù)的衍生與發(fā)展，將之運用到電氣工程的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)了更高水平的自動化控制乃至智能化控制，響應(yīng)速度明顯改善，且大大提升了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在現(xiàn)實的應(yīng)用實踐中，隨著PLC 技術(shù)發(fā)展日臻成熟，越來越注重與其他學(xué)科的耦合發(fā)展，并呈現(xiàn)出了更優(yōu)的性能特點。事實上，目前基于PLC 技術(shù)應(yīng)用所建構(gòu)起的全新電氣控制系統(tǒng)，植入了PID指令，從而表現(xiàn)出了更高的適用性，能夠根據(jù)外部環(huán)境因素變化，科學(xué)合理地動態(tài)調(diào)整各項數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置，有效提升了電氣控制系統(tǒng)的經(jīng)濟性。其中，PID 指令是指調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，減少了不確定性，當反饋值輸入到PLC 后，先進行數(shù)字濾波處理，再進行PID 運算，保證了更好的測定值變化平滑的控制效果。

3 PLC技術(shù)的發(fā)展未來

PLC 技術(shù)多重方面的性能優(yōu)勢，對推動電氣控制系統(tǒng)優(yōu)化提供了支持，其發(fā)展十分重要，應(yīng)高度重視PLC 技術(shù)集成度的深化工作，科學(xué)選取操作系統(tǒng)電氣接口，確保接口的統(tǒng)一性，以此來改善電氣設(shè)備的兼容性和精準性，并加強對操作系統(tǒng)的研發(fā)，提高其相互間的聯(lián)動性，最終達成上述目標。宏觀信息化時代生態(tài)下，科學(xué)技術(shù)的進步，數(shù)字化成為了這個時代發(fā)展的主流，亦是PLC 技術(shù)發(fā)展的必然趨向，要基于自動化、計算機等技術(shù)應(yīng)用，不斷提升其數(shù)字化水平，以此來進一步改善電氣設(shè)備運行的精準度、靈敏度，滿足電氣控制系統(tǒng)改造要求，為企業(yè)帶來更大的效益，為之可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標實現(xiàn)鋪筑基礎(chǔ)。另外，在以往的電氣控制系統(tǒng)中，人工操作為主，自動化水平極其有限，整個運行過程耗時費力，且容易因人為因素影響而造成故障，是企業(yè)生產(chǎn)實踐中需解決的重點問題。而人工智能發(fā)展，則為上述問題提供了有效解決方案，是PLC技術(shù)發(fā)展的必然走向，要加強與5G 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等尖端科技的互聯(lián)，以深度融合的方式，邁向更高層級的智能化控制。除卻上述這些，隨著PLC 技術(shù)日臻成熟，開始在各個工控領(lǐng)域大放光彩，為了確保其在提升電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用效果，應(yīng)逐步修繕PLC 技術(shù)應(yīng)用標準，導(dǎo)引其科學(xué)化、規(guī)范化、合理化發(fā)展，降低不規(guī)范操作觸發(fā)的故障，并充分依托高素質(zhì)人才隊伍保障，提升應(yīng)用管理水平，使得PLC 技術(shù)優(yōu)勢得到進一步釋放，創(chuàng)造更大的效益。唯有PLC 技術(shù)不斷發(fā)展優(yōu)化，才能更好地應(yīng)用到電氣控制系統(tǒng)改造中。

4 結(jié)語

總而言之，PLC 技術(shù)在提升電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用十分重要和必要，呈現(xiàn)出了諸多方面的性能優(yōu)勢，有力解決了傳統(tǒng)技術(shù)的不足，是提升電氣控制自動化甚至智能化水平的必然選擇，作為一項相對龐雜的系統(tǒng)化工程，具體實踐中應(yīng)當做好整體方案設(shè)計，遵循科學(xué)的方法流程指導(dǎo)，逐步實現(xiàn)整個控制系統(tǒng)的再優(yōu)化。希望學(xué)術(shù)界大家持續(xù)關(guān)注此類課題研究，善于從不同維度視角切入，結(jié)合實際情況，針對性地提出更多有效PLC 技術(shù)在提升電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用建議。