PLC技術(shù)在電氣工程及其自動化控制中的運(yùn)用

劉旭

（北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司 北京市 100176）

PLC 技術(shù)是當(dāng)前電氣工程較為常用的重要技術(shù)之一。對于電氣工程來說，需要保證內(nèi)部系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制，從而提高日常生產(chǎn)效率。而PLC 技術(shù)則可以高效率的達(dá)到這一目的。由于PLC技術(shù)本身具有通用性較強(qiáng)、便捷性較好等特點(diǎn)，很多企業(yè)內(nèi)部都大力推崇使用PLC 技術(shù)作為電氣工程主導(dǎo)技術(shù)。這也是越來越多的電氣工程企業(yè)內(nèi)部技術(shù)人員重視PLC 技術(shù)發(fā)展的重要原因。

1 PLC技術(shù)概述

于PLC 技術(shù)而言，其本質(zhì)上是一種可編程邏輯控制技術(shù)。該技術(shù)在使用過程中，主要是通過算法控制與程序順序控制，實現(xiàn)對系統(tǒng)邏輯進(jìn)行規(guī)劃。一般對于PLC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)來說，主要由設(shè)計過程較為靈活、功能較為強(qiáng)大的ARM Cortex-M3 內(nèi)核，該處理器是32 位處理器，其內(nèi)部具有超前的體系結(jié)構(gòu)嵌入式微控制器芯片STM32F103RBT6。同時通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ?，在TFT 顯示屏和PC 端將識別出的電氣工程相關(guān)參數(shù)表現(xiàn)出來。整個過程主要由OV7670 攝像頭模塊、STM32F103 最小系統(tǒng)、TFT 顯示屏模塊與串口連接模塊所組成。

整個PLC 系統(tǒng)由5V 電源進(jìn)行供電。在日常穩(wěn)定的工作環(huán)境下，電氣工程相關(guān)設(shè)備通過OV7670 攝像頭進(jìn)行圖像采集工作，所采集的圖像大小為320*240 像素。像素具體格式為RGB565，之后通過TFT 顯示屏，對OV7670 所采集到的RGB 圖像進(jìn)行顯示，在這個過程中需要經(jīng)過STM32 單片機(jī)進(jìn)行讀取，通過內(nèi)部芯片進(jìn)一步分析具體數(shù)值，并對所采集的圖像進(jìn)行二值化處理，從而進(jìn)一步提高企業(yè)內(nèi)部整體工作效率。

2 PLC技術(shù)設(shè)計原則與優(yōu)勢

對于PLC技術(shù)在電氣工程當(dāng)中的應(yīng)用來說，主要通過PLC芯片，實現(xiàn)對整體操控系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制。由于工業(yè)生產(chǎn)過程中，所需要的智能化參數(shù)較多，通過PLC 技術(shù)有效地將相關(guān)參數(shù)信息上傳到電腦進(jìn)行綜合分析，進(jìn)一步判斷出電氣工程企業(yè)日常工作當(dāng)中的決策是否出現(xiàn)問題，也進(jìn)一步增加了企業(yè)日常運(yùn)作過程中的工作效率。

在PLC 電路設(shè)計過程中，需要保證其本身的供電參數(shù)與具體工作流程能夠符合電氣工程內(nèi)部具體相關(guān)規(guī)模，保證該技術(shù)能夠正常使用。一般PLC 技術(shù)所選擇的是通常是DC-5V 供電模式，同時對該電路設(shè)計了帶有濾波。對于一個系統(tǒng)來說，需要在日常使用過程中具有相對穩(wěn)定的工作電壓，這樣才能夠保證該系統(tǒng)內(nèi)部的性能能夠最大化使用。而AMS1117-3.3 能夠滿足以上條件。其中內(nèi)部包括了低漏失電壓、限流功能與過熱切斷等功能，這樣可以保證輸入的5V 電壓經(jīng)過C1、C2 進(jìn)行濾波工作，同時防止突然出現(xiàn)斷電，從而導(dǎo)致電壓倒置的現(xiàn)象發(fā)生。之后進(jìn)入AMS1117-3.3 芯片進(jìn)行降壓穩(wěn)壓處理，其主要的工作電壓差值為1.8V，這樣可以通過該系統(tǒng)得到較為純凈的3.3V 直流電壓，為整個車牌識別系統(tǒng)進(jìn)行供電。

對于PLC 技術(shù)來說，其主要內(nèi)部芯片存在以下優(yōu)勢，可以為電氣工程企業(yè)增加實際工作效率。

2.1 高性能、成本低

對于PLC 技術(shù)來說，其內(nèi)部芯片在使用過程中，由于其本身是屬于ARMV7 架構(gòu)的，具有較強(qiáng)的實時性。其芯片本身的指令與數(shù)據(jù)總線是處于一個分開的位置。通過采用Thumb-2 指令集，對整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)16 位或32 位的綜合程序編寫，提高了日常編寫程序的便捷性。同時，對于內(nèi)部代碼來說，該芯片繼承了三級流水線和具體的分支預(yù)測功能，從而保證在計算過程中能夠達(dá)到N*110 萬的指令處理速度。芯片本身擁有較為先進(jìn)的Bit-band 位操作系統(tǒng)，可以通過外設(shè)直接訪問設(shè)備內(nèi)部的寄存器指令，同時具有快速中斷處理功能，保證在日常使用過程中有較大的容錯性。

2.2 豐富的片上資源

PLC 內(nèi)部芯片具有豐富的片上資源。芯片本身擁有較多的IO口引腳，可以滿足各個功能的正常使用，同時具有12 個為CPU 減負(fù)的DMA 通道，具備相對應(yīng)的時鐘系統(tǒng)和13 個通信接口。

2.3 超低能耗

PLC 技術(shù)在日常使用過程中，可以根據(jù)芯片的實際使用情況進(jìn)行綜合判斷，通過切換內(nèi)部模式的形式，達(dá)到節(jié)能的目的。該芯片在日常使用過程中所消耗的能耗較低。一般在超低能耗運(yùn)行過程中，僅僅只需要0.18mv/MHZ，即可完成正常工作。同時芯片內(nèi)部具有三種模式，分別是低睡眠、停止、待機(jī)，可以滿足不同情況下的芯片處理模式。從而進(jìn)一步降低電源的消耗。

3 電氣工程自動化控制當(dāng)中PLC技術(shù)具體應(yīng)用

3.1 智能化技術(shù)工程DCS系統(tǒng)

當(dāng)前我國電氣工程相關(guān)企業(yè)，通過PLC技術(shù)的智能型與便捷性，可以通過研發(fā)智能化技術(shù)工程DCS 系統(tǒng)，來提高企業(yè)內(nèi)部的實際工作效率。對于當(dāng)前智能化技術(shù)來說，很多企業(yè)主要由DCS 進(jìn)行控制管理。DCS 是智能化技術(shù)控制的分布式控制系統(tǒng)。其主要組成部分是由微型計算機(jī)控制系統(tǒng)與管理網(wǎng)絡(luò)所組成的。相比于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)來說，DCS 具有較強(qiáng)的時效性與可靠性，同時在安全方面更加牢靠。在企業(yè)發(fā)展過程中，通過DCS 系統(tǒng)可以有效地提高企業(yè)生產(chǎn)過程中對于機(jī)械化設(shè)備的控制精度，從而保障企業(yè)工作效率的同時，進(jìn)一步節(jié)約公司成本。但DCS 系統(tǒng)也存在一定的缺陷，例如由于是分布式控制系統(tǒng)，再出現(xiàn)系統(tǒng)故障時，維修過程較為繁雜；同時原配件的生產(chǎn)材料廠家定價不一致，在購買過程中容易出現(xiàn)價格差異。

3.2 集中監(jiān)控方式下的自動控制系統(tǒng)

由于PLC 技術(shù)在日常使用過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)無堅守工作模式，這樣能夠提高電氣工程自動化控制工作效率，同時降低相關(guān)從業(yè)人員的勞動強(qiáng)度。企業(yè)內(nèi)部通過研發(fā)集中監(jiān)控方式下的自動控制系統(tǒng)，使該系統(tǒng)本身與PLC 技術(shù)相結(jié)合，這樣能夠提高企業(yè)內(nèi)部的實際工作效率。當(dāng)前部分企業(yè)主要采用集中控制下的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行操控。在使用集中控制的工作模式時，企業(yè)能夠最大效率的提高一個工時的運(yùn)行效率，從而提高一個工時的工作水平。但對于整套系統(tǒng)來說，使用集中控制工作模式進(jìn)行電氣控制，會影響到整個電氣控制模式的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。因為當(dāng)進(jìn)行集中控制時，會將所有的功能集中在同一個處理器當(dāng)中，通過類似于超頻的方式進(jìn)行資源調(diào)配。從而會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的運(yùn)行緩慢，時間長了可能會導(dǎo)致電氣控制系統(tǒng)癱瘓。因此，企業(yè)需要增加對于電氣控制的使用電纜數(shù)量，保證運(yùn)行過程中能夠存在充足的線路進(jìn)行計算。同時當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)故障時，由于集中監(jiān)控使用的是硬接線的緣故，會導(dǎo)致整個設(shè)備較難進(jìn)行維護(hù)工作，增加了整個智能化技術(shù)工程的維修難度。

3.3 信息集成化的智能化技術(shù)控制系統(tǒng)

由于PLC 技術(shù)本身存在較大程度上的智能性，因此在電氣工程相關(guān)企業(yè)使用PLC 技術(shù)過程中，可以根據(jù)這一點(diǎn)對整個電氣工程整體化控制系統(tǒng)向智能化方面改革。通過使用PLC 技術(shù)做串聯(lián)，從而達(dá)到控制系統(tǒng)信息集成化。對于智能化技術(shù)發(fā)展過程來說，提高系統(tǒng)控制程度，能夠有效的提高相關(guān)機(jī)器工作效率。對于系統(tǒng)智能化技術(shù)控制過程來說，應(yīng)建立相對應(yīng)的管理機(jī)制，從根源上解決問題。對于企業(yè)內(nèi)部來說，要通過對于人力資源的把控、企業(yè)內(nèi)部財務(wù)核算等方面進(jìn)行審核。從而在保障企業(yè)內(nèi)部財務(wù)平衡的同時，加強(qiáng)企業(yè)生產(chǎn)活動管理控制。此外，對于信息技術(shù)來說，會對智能化技術(shù)設(shè)施進(jìn)行橫向的拓展比較，從而使得結(jié)構(gòu)軟件在整個智能化技術(shù)控制系統(tǒng)當(dāng)中作用變得更加突出。隨著微電子技術(shù)的不斷投入應(yīng)用，在加強(qiáng)智能化技術(shù)控制系統(tǒng)多元化模塊的同時，也從另一層面上提高了組態(tài)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間，進(jìn)一步保證了企業(yè)效率。

3.4 計算機(jī)處理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集

對于電氣工程相關(guān)企業(yè)來說，通過使用PLC 技術(shù)，對企業(yè)內(nèi)部相關(guān)工作資料進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，可以極大程度上提高工作效率。通過電氣自動化控制系統(tǒng)的控制方式，對企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行評估處理。主要過程包括對計算機(jī)處理系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行參數(shù)輸入、參數(shù)顯示等功能。并對整個數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。之后通過控制系統(tǒng)的計算模塊，對整個數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化計算，從而通過建模的方式，得出適合該企業(yè)的最優(yōu)解。這樣既可以提高企業(yè)在制定決策方面時的時效速度，同時也對企業(yè)方案實行過程中的方案風(fēng)險評估進(jìn)行整合，保證企業(yè)利益不受到侵害。

4 PLC技術(shù)在電氣工程當(dāng)中的相關(guān)指導(dǎo)建議

4.1 對于電氣工程項目管理進(jìn)行技術(shù)型指導(dǎo)

當(dāng)前我國企業(yè)對于PLC 項目管理方面的控制要求較為嚴(yán)格。企業(yè)管理層通過選拔技術(shù)性人員，對整個工程過程中出現(xiàn)的技術(shù)性問題進(jìn)行分布指導(dǎo)。這樣可以保證企業(yè)能夠在運(yùn)行過程中，節(jié)省運(yùn)行成本的同時，提高企業(yè)工作效率。技術(shù)型人才通過成立相對應(yīng)的小組，以檢查組的形式進(jìn)行工程巡查，保障工程進(jìn)行過程中的疑難雜癥得到解決。同時，應(yīng)對所針對的項目特點(diǎn)、技術(shù)調(diào)查情況、施工規(guī)模等特點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)督管理。同時在施工現(xiàn)場監(jiān)督過程中，檢查組需具備完善的現(xiàn)場檢測取樣工具。通過取樣的形式，對施工過程中的材料選用進(jìn)行檢測。整個工程中的工作人員應(yīng)提高工作效率，各司其職的同時加強(qiáng)對于監(jiān)理機(jī)構(gòu)的制度完善，從而進(jìn)一步提高建筑施工過程中的質(zhì)量保障。

4.2 提高開關(guān)控制方面的綜合運(yùn)用

對于電氣工程企業(yè)來說，增加企業(yè)內(nèi)部工作人員對于PLC 技術(shù)的認(rèn)識程度，同時提高PLC 技術(shù)在開關(guān)順序控制方面的綜合使用效率。這樣可以保證電氣工程開展過程中，PCL 技術(shù)可以提高自動化控制效率。 PLC 技術(shù)不僅在順序控制應(yīng)用方面具有較為顯著的優(yōu)勢,而且在開關(guān)量控制方面也具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢。其中,將PLC 技術(shù)運(yùn)用在電氣工程的自動化控制方面時，可以以可編程存儲器的身份參與虛擬繼電器的運(yùn)行，這樣雖然能夠?qū)ζ鋵崿F(xiàn)有效的控制，但是需要花費(fèi)很長時間。因此，在對其進(jìn)行時，我們就應(yīng)綜合的運(yùn)用自動切換系統(tǒng)和PLC 技術(shù)，這樣就能有效的加快系統(tǒng)的反應(yīng)速度，從而快速的提高PLC 技術(shù)在開關(guān)量控制方面的應(yīng)用質(zhì)量。

5 結(jié)束語

如今我國PLC 技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域已經(jīng)逐漸趨于成熟。對于基層技術(shù)人員來說，應(yīng)該提升其專業(yè)素養(yǎng)能力，在日常工作環(huán)境中能夠熟練地使用PLC 技術(shù)，進(jìn)一步提高電氣工程企業(yè)內(nèi)部的工作效率。