PLC技术在电气工程自动化控制中的应用初探

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720144

摘要：在经济与科技快速发展的推动下，我国电气工程自动化控制领域实现了较为长足的进步，基于此，本文对系统顺序化控制、闭环控制、开关量控制、模拟量控制、集中系统控制、分散性系统控制六方面PLC技术应用领域进行了简单介绍，并详细论述了PLC技术在立体自动化仓库堆垛机中的应用，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。

关键词：PLC技术；电气工程；自动化控制；堆垛机

PLC的中文译名为可编程控制器，其能够以微处理器为媒介实现电脑、终端以及互联网联合完成的控制。作为工业领域最主要的控制技术，PLC技术仍旧具备着较为广阔的发展前景，随着科学技术的进一步发展，PLC技术将发展成为一种新型的、开放式的、全分布式的控制系统，并能够为我国各领域发展提供有力支持。

1 PLC技术的应用领域

1.1 系统顺序化控制

PLC技术在电气工程自动化中的系统顺序控制属于其在这一领域的最初应用形式，这一应用能够解决电气设备长时间运行带来的设备损耗与能源消耗问题，企业的经济效益由此就能够得到较好提升。实质上，结合PLC技术的电气工程自动化控制实现了系统灵敏性与稳定性的增长，由此实现的按照预定设定完成不同控制任务，才得以真正弥补传统控制方式能耗高和效率低的缺陷，煤炭企业的输煤系统、远程IQ站系统均属于PLC技术系统顺序控制应用的典型。在煤炭企业输煤系统的PLC技术应用控制中，PLC技术能够实现输煤系统中主站层、远程站、现场传感器的三部分架构，工作人员由此就能够通过计算机进行输煤系统的实时控制，由此便能够实现产煤效率的大幅提升；而在远程IQ站系统的PLC技术系统顺序控制中，PLC技术能够通过感知现场传输感应器实现控制节点结构优化，由此该系统的控制效率便得以大大提升[1]。

1.2 闭环控制

闭环控制同样属于PLC技术的重要应用领域，这一应用改变了以往人力控制的格局，很多危险性较高的行业因此实现了质的变化，而其实质上属于一种自动化过程控制。长期以来，泵类电机存在着自动启动、机旁手启动、现场控制启动等多种启动方式，但繁杂的启动方式带来的却是自动化控制的困难，但在PLC技术支持下，PLC技术能够结合不同泵类电机特点有针对性的进行控制方式调节，泵类电机的自我保护与系统保护水平也将因此大大提升。

1.3 开关量控制

开关量控制水平直接决定电气设备的整体工作运行状况，而在传统点磁型继电器工作模式下，开关量控制往往会出现操作难度高、稳定性差的问题，电气设备的控制效率自然难以得到保障，但在PLC技术应用的开关量控制中，这一问题实现了妥善解决，这主要得益于PLC技术所运用的断路显示器，电气设备自动化控制由此便实现了优化。四台规格为150kW、660v的电动运输机原运输量为400t每小时，但在应用PLC技术进行开关量控制后，四台运输机的运输效率达到了420t每小时，由此可见PLC技术在开关量控制中所具备的优势[2]。

1.4 模拟量控制

模拟量指的是可能会出现在生产中的变量，速度变量、温度变量均属于模拟量范畴，但在过去很长的一段时间中，由于模拟量这一变量的预测较为困难，相关生产的进度与质量往往会受到较为负面影响，而为了实现模拟量的妥善控制，PLC技术的支持必不可缺。PLC技术应用下的电气控制系统与电气模拟装置能够实现高质量的模拟量预测，这一预测同时还能够实现数字化和模拟量的有效转换，由此生产过程的控制水平就能够实现长足提升。

1.5 集中系统控制

我国当下工业领域计算机控制系统多由设备与中央PLC系统组成，PLC系统在其中发挥着中央集成功能，不同设备的运行顺序、控制方式都需要通过这一PLC系统才得以实现，由于这种集中式的控制系统具备效率高、成本低的优势，集中系统控制已经在我国实现了较为广泛的应用。不过，集中控制系统也存在着无法在运行中改变某个控制对象程序的不足，这在一定程度上制约了其进一步推广。

1.6 分散性系统控制

除了刚刚提到的集中系统控制，分散性系统控制在我国当下的应用同样较为广泛，该系统由分开处置形成的PLC控制系统组成，PLC技术能够在其中运用合适的信号实现传输，控制任务由此便得以完成。在分散性系统控制中，其核心是不同PLC负责不同控制对象的控制，这就使得急停一臺设备只需要通过特定的PLC便可以实现，其它控制器则不会受到影响[3]。

2 PLC技术的应用实例

PLC技术电气设备自动化控制中应用所涉及的范围较广，但鉴于篇幅原因，本文仅对其在立体自动化仓库堆垛机中的应用进行详细论述。

2.1 堆垛机PLC控制系统功能

堆垛机在我国当下自动化立体仓库中有着极为广泛的应用，其能够实现高层、高速、高密度自动货物存取，而对于堆垛机的出入库任务完成来说，应用PLC技术的自动化控制系统的支持必不可缺，PLC技术在堆垛机运行中负责运动控制、位置检测和定位、速度控制、安全与保护，由此堆垛机才能够为自动化立体仓库提供高质量服务。

2.2 堆垛机PLC控制系统硬件设计

2.2.1 PLC选型

结合堆垛机工作实际，笔者选择了S7300系列的PLC用于堆垛机控制，这一系列的PLC采用了节省空间的模块化结构设计，由于不需要考虑槽位规则，这就得其适用于各种机械控制任务，该PLC的CPU为3152DP，这一型号的CPU在浮点数和二进制数处理中表现较为优秀，由此就能够较好为堆垛机提供服务。

2.2.2 PLC输入/输出模块的选择

S7300型号的PLC最多可以扩展四个机架，而每个机架可以最多连接8个模块，基于此在PLC输入/输出模块的选择中，笔者选择了SM321输入模块、SM323输入/输出模块、SM322输出模块、SM331输出模块，而结合PLC输入/输出模块具体选择所反映的耗电量，堆垛机PLC控制系统选择了PS307 5A电源。

1）SM321模块为16点数字量输入模块，其与模块SM323主要负责光电开关、限位开关、急停开关的信号采集，SM321模块在运用中能够将数字信号电平转换为PLC内部信号电平，而该模块设置的RC滤波电路则能够有效防止外部干扰脉冲带来的错误输入信号影响。

2）SM323模块为16点数字量输入/输出模块，其除了与刚刚提到的SM321模块配合使用外，还能够输出各类故障报警信号和变频器控制信号，由于其自身电路由光耦合器与背板总线相连，这就使得SM323模块具备电子保护功能。

3）SM322模块为8点数字量输出模块，其同样负责各类故障报警信号和变频器控制信号的输出，不过该模块还具备着转换PLC内部信号电平为外部信号电平的能力，SM322模块因此具备了隔离和功率放大作用。

4）SM331模块为8通道模拟量输入模块，该模块主要负责模拟量信号向CPU内部处理数字信号的转换，其中模拟量转换的循环时间为对外部模拟量信号的采样间隔。

2.2.3 变频器选择

变频器主要负责堆垛机的水平与垂直方向速度控制，而在变频调速技术的支持下，驱动简单、无需电动机启动与减速的附加装置得以淘汰，堆垛机由此就能够在PLC控制系统支持下实现在线无级调速。值得注意的是，笔者将变频器的直流侧电压上限设置为850V，超过这一上限变频器将通过关断输出强行停止堆垛机运行。

2.2.4 异步电动机的选择

异步电动机的选择中，笔者选择了我国工业领域应用较为广泛的三相异步电动机，这一选择主要是由于三相异步电动机具备较为优秀能量变换特性，当然运行性能优秀、节省材料也是选择三项异步电动机的原因。

2.2.5 测速机的选择

测速机主要负责堆垛机距离与运行速度的测量，其能够实现机械转速向电压信号转换，考虑到PLC控制系统提出的体积小、重量轻、结构简单、可靠性高、无线干扰小等要求，笔者就交流测速发电机和直流测速发电机进行了深入比较，最终选择了交流测速发电机中的空心杯转子异步测速发电机作为测速机，由此堆垛机PLC控制系统就将真正得以实现。

PLC、PLC输入/输出模块、变频器、异步电动机、测速机五方面属于PLC控制系统的主要硬件构成，虽然鉴于篇幅原因笔者未能对PLC控制系统的软件设计进行详细描述，但该系统整体设计思路已经在文中有着直观描述。

3 结论

綜合所述，PLC技术能够在我国多领域的电气设备自动化控制中实现高质量应用。而在此基础上，本文围绕堆垛机PLC控制系统功能与硬件展开的论述，则较为直观说明了PLC技术具备的发展潜力，研究的实践价值同样得到了直观展现。因此，在电气设备自动化控制的研究与实践中，本文研究内容便可以作为重要参考。

参考文献：

[1]谭棠丽.PLC技术在电气设备自动化控制中的应用[J].中国新技术新产品，2016，02：18.

[2]曾程.PLC技术在电气工程自动化控制中的应用研究[J].通讯世界，2015，23：251.

[3]张振国.PLC技术在电气工程自动化控制中的应用[J].电子技术与软件工程，2015，09：163.

作者简介：陆敏 （1995），男，汉族，江苏南通人 ，本科 。