PLC控制系统在电气设备自动控制中的运用

万志宇

【摘 要】 PLC在自动化控制系统中所具备的功能越来越完善，能够完成相应的控制任务，对于工业环境较差，控制系统要求较高的电气设备自动控制系统较为适用，它能够取代计算机来辅助完成各种控制任务，因而对其进行设计和运用对于提高电气设备自动化控制水平具有重要作用。

【关键词】 PLC控制系统；电气设备；自动控制

一、PLC在电气设备控制系统中的设计

工程技术人员在对电气控制中的PLC系统进行设计过程中，首先应该对电气自动控制任务进行确定，然后对PLC的功能和价格进行比较，选择比较适合电气设备控制系统的程控器主机。在选定相应的主机后，技术人员还要对相应的模拟量单元、位置控制单元、显示设定单元进行确定，完成PLC设计的第一步，然后再进行下面的设计，具体来说在确定PLC主机后的设计步骤主要包括确定I/O地址、设计控制系统以及调试系统。

技术人员对I/O地址进行确定后才能开始控制系统的设计，因而I/O地址确定这一步是PLC控制系统设计的基础，在将I/O点的地址、代码、名称等确定好后，技术人员才能进行编程设计，并对装配图、接线图等进行设计，对线路进行装配和连接。在完成对I/O地址的确定之后接着进行控制系统的设计，控制系统设计主要可以分为软件设计和硬件设计两部分，其中硬件设计主要包括对PLC控制器进行设计，对电气线路进行设计，对外围路线进行设计以及实施抗干扰设计。而软件设计则主要是对PLC控制程序进行编写和设计，主要包括对主程序、子程序以及中断程序进行设计等，软件设计需要依靠设计者自身经验来完成，在设计方法上主要有状态表法、流程图法、功能图法以及逻辑代数法等。而在最后一步调试系统当中，技术人员需要对系统中的软件部分和硬件部分分别进行调试，以保证整个系统均能够正常运行。在调试当中主要有两种方法，一是模拟调试方法，在对硬件部分进行模拟调试过程中，需要将主电路断开，然后对各个硬件的控制部分是否安装正确进行手动检查和调试，而对软件部分进行模拟调试时则需要对各种开关信号进行模拟输入，以观察PLC的输出端各种指示灯的显示是否正常，在模拟量信号的选取上，技术人员则可以通过将万用表、电位器和开关等相互配合来对现场的传感器和开关信号进行模拟，然后对PLC输出端的逻辑关系进行观察，以检验其逻辑关系是否符合电气设备控制要求。另一种调试方法是联机调试，这种方法是将调试好和编制好的程序直接下载到PLC当中，在现场进行联机调试。在调试过程中要将主电器断开，只对控制电路进行调试。现场联机调试能够帮助技术人员及时发现PLC系统中存在的问题，并及时进行解决。在现场进行调试过程中，通过反复检查程序系统和接线系统能够将隐藏在系统软件和硬件当中的问题找出来，从而使PLC的设计更加符合電气设备控制系统要求。在几次调试之后均没有问题出现后，技术人员方可将PLC投入电气设备控制系统中进行运用。

二、PLC控制系统应用于电气设备的相关分析

（一）PLC系统的硬件设计分析

考虑到生产现场的污染严重、噪声干扰，本次的主控单元采用了小型的可编程控制器，并采取了两级监控方式。生产管理级是上位机，操作人员要负责编程及调试可编程控制器，并要监视和记录下位机现场的采集数据与信息，同时还要实现对现场电气设备的控制。此外，还应和一台终端机保持通讯，需要时可打印出所需资料。基础测控级为下位机，负责采集生产现场的数据及控制生产过程。最新的SLC5/04处理器不仅可以提供960个I/O点、在线编程及钥匙开关，本身还具有一个内置的DH+口，它能与DH+直接相连，实现与SLC5/04或其他处理器的高速对等通讯。

（二）PLC系统软件设计分析

（1）当前，PLC系统的上位机软件主要是采用了WINCC型号的监控软件，该软件为用户提供图形化组态软化更直观、方便，且能在较短的时间内为用户构造相应的控制方案。其通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球通用；可以集成到所有自动化解决方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于Web持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的Historian系统作为IT和商务集成的平台；可用选件和附加件进行扩展；“全集成自动化”的组成部分，适用于所有工业和技术领域的解决方案。

监控软件选用的是模块化结构方式编制。利用已采集和处理过的PLC内存单元数据，可用抽象的图形在屏幕上模拟现场的任一机电设备的运行情况，从而能够监控系统中各电气信号的数据，再与实际情况相结合，将新数据输入PLC内存，把命令传达到CPU中。假如系统发生故障，不仅会发出报警声，还会将故障点以动态方式显示出来，并提供故障原因查询图和解决办法查询图，还能进行用户流程图、历史走势等界面的组态。

（2）下位机编程软件主要是采用了RSLOGIX500编程软包，该软包的WINDOWS界直观、亲切，编辑器灵活，有利于用户节约时间及提高生产率。

三、西门子S7系列PLC在电气控制中的应用

球磨机是目前使用最广泛的粉磨设备，由于粉磨过程产生大量的热量，导致磨内温度升高，从而引起出磨水泥温度超限，使石膏脱水、水泥产生假凝现象，严重影响水泥的质量、储存、包装、运输和混凝土施工等性能，更严重的引起磨机轴瓦温度超限，磨机不能连续运行，危及设备安全。

为了解决磨机粉磨物料高温的问题，可以设计一种雾化喷枪系统，通过水路和气路复合管道在喷枪的头部喷嘴处实现气水混合雾化，通过高压气体吹散高压水雾化，雾化喷嘴开孔可达到5毫米而不减弱雾化效果。由于雾化喷嘴开孔大，因而很好的解决水中杂质堵塞喷枪的问题。控制系统则采用西门子S7-200PLC作为控制系统核心部件，使控制系统更加稳定可靠的适应工业现场应用。控制系统通过磨机联锁、缺水保护、断气保护等措施保证喷雾系统运行的可靠性。通过变频器调整高压水泵运行频率，采用PID控制算法实现出磨物料温度的精准控制。

（二）西门子S7300PLC在双电梯联动控制系统中的应用

近年来，随着建筑业的蓬勃发展，高层建筑和智能化建筑的不断涌现，人们对电梯提出了越来越高的要求，单台电梯往往不能满足建筑物内的交通需要，这时候就需要合理安装多台电梯来缓解电梯运行的压力，因此电梯群控系统应运而生。与此同时，随着自动化技术的快速发展，也极大地促进了电梯控制技術的进步，大量先进的控制技术应用于电梯群控系统，使得电梯群控系统的控制特性得到很大的改善。目前国内已经设计出了一套PLC双电梯联动控制系统，该系统主要由PLC、变频器、控制箱、显示器、曳引电动机组成的交流变频调速系统（VariableVoltageVariableFrequency，简称VVVF）。通过一台PLC去控制两台电梯运行的方式，可以省去两台可编程控制器之间的相互通信，从而使得控制系统的可靠性更高，结构显得更加紧凑。

（三）西门子S7400PLC在机床等工业生产中的应用

西门子S7400型PLC的应用则更为广泛，主要包括开关量逻辑的控制、模拟量的控制、集中控制、分散控制和运动控制等方面，具体表现为：

（1）开关量逻辑的控制，这是西门子S7400HPLC控制技术中最基本、最广泛的应用领域。替代了传统的继电器电路，并同时实现顺序控制及逻辑控制，既适用于单台设备的控制，也可以应用于自动化流水线中，如生产线、组合机床、磨床、镗床和龙门刨床等。

（2）控制模拟量。在实际工业生产过程中，会出现很多连续变化的物理量，如温度、速度、流量、液位、压力等模拟量。这些模拟量可通过数字量之间D/A转换和A/D转换得以实现，确保编程器对模拟量实现处理。

（3）集中式控制系统。集中式控制系统主要采用一台功能较强大的西门子S7400HPLC监视系统、对多个设备进行控制，已形成“中央集中式”的计算机控制体系。在该项系统中，每个设备之间的连锁、联络关系以及运行顺序等都由中央西门子S7400HPLC来统一完成。可见，集中式控制系统比单机控制系统的成本低，更经济实惠。但如果其中一个控制对象的程序需要做出改变，就要停止中央西门子S7400HPLC的控制，同时其他控制对象也随之停止运行。

（4）分散控制系统。在分散控制系统中，每一个控制对象都需要设置一台西门子S7400HPLC，每台西门子S7400HPLC之间能通过信号的传递而产生内部响应、发令或连锁等，或者可由上位机通过数据通信总线完成通信任务。分散控制系统中采取多台机械生产线控制的方式，每条生产线之间都有数据相连接，由于每个控制对象都是由自身的西门子S7400HPLC来控制，所以如果某台西门子S7400HPLC运行停止，对其他西门子S7400HPLC不会产生影响。

（5）运动控制。西门子S7400HPLC能够对圆周运动或者直线运动进行控制。在控制机构的配置中，过去进行的为直接应用于传感器及执行机构中，而现在则可以采取专用的运动控制模块。例如多轴位置的控制模块、伺服电机其单轴、可驱动步进电机等，西门子S7400HPLC可广泛应用于机器人、机械、电梯、机床等多种场合。

四、结语

将PLC应用到电气设备的控制系统当中后能够有效简化继电器逻辑，简化自动控制系统，从而有效提高了控制系统的运行可靠性，且PLC系统的操作较为简单，有效减少了电气设备控制系统运行过程中的控制故障，可以对PLC控制系统进行推广应用，以保证电气设备的自动控制系统能够稳定有效地运行。

参考文献：

[1]贾华，李涛.高压同步电动机的变频控制[J].内蒙古科技大学学报.2014（03）

[2]郭荣祥，甄文超，赵文奎，王建华.变频调速变压供水控制系统的研究与实现[J].内蒙古科技大学学报.2014（03）

[3]王轶华.浅谈PLC控制的变频器在铝合金竖井铸造生产恒压供水系统的应用[J].企业技术开发.2014（27）