论PLC在电气自动化控制中的应用

2019-05-10龙海涵辽宁科技学院

数码世界 2019年4期

龙海涵辽宁科技学院

引言

PLC被称为工业自动化的大脑，广泛应用于各个领域，尤其在钢铁制造、石油化工、电力配送、机械制造，汽车交通等领域应用更加广泛。据中国产业网统计，2016年我国PLC市场规模已达到73亿元，并且每年以超过10%的速率增加。随着工业制造2025的提出，我国PLC产业以及相关产业都会有一个快速发展期。

PLC在电气设备上的应用不断加深，为电气自动化发展注入新的动力，让我国的电气自动化控制又上一个台阶。PLC给我们工业产业带来了诸多成绩，也让我们认识到很多的不足，在现有的PLC产业中，根据 I/O 点数可分为大、中、小型，点数越多，控制关系越复杂，我国主要生产一些小型PLC，在一些中、大型PLC方面，还依靠进口，存在一定的技术壁垒，影响着把我国电气自动化方面的发展。因此，我国仍需要投入更多的科研力量加强对PLC技术的研究和应用推广，为我国的工业发展提供助力。

1 PLC原理及特点

PLC全称为可编辑逻辑控制器，其采用可编程的存储器，存储内部程序，实现逻辑运算、顺序控制以及定时等功能，并且将机械生产过程以数字化或者模拟式形式输出给用户，其结构原理如图1所示。

图1 PLC控制系统原理图

PLC控制系统主要包括四个部分，分别是电源、CPU、输入出接口以及存储戒指。其中最为核心的为CPU中央处理器。如图1所示，电源部件为整个系统提供能量支持，其包括两种状态，开启和闭合；微处理器CPU作为PLC控制系统的核心部件，起作用机理为调用存储或接受的数据，对其进行对比分析处理，做出下一步运作指令，类似于人脑；输入输出结构，主要包括外设结构、扩展结构以及输入输出部件，外设结构实现硬件设备的连接，进而传递相关信息，输入部件和输出部件完成外界信号和数据传递，主要包括现场信号的接受，以及将驱动信息传递至受控元件，是微处理器CPU的信息传递结构；存储器主要包括用户程序和系统程序，系统程序作为基础程序，而用户程序则是根据使用者需求将信息数据存储于该系统中，方便CPU根据需求，调用用户信息数据，进而可以高效做出判断，提高运行效率。

2 PLC技术的应用

2.1 PLC技术在顺序控制中的应用

在电气辅助系统中，顺序控制通常被用作主要控制方法。将PLC技术应用到顺序控制中，不仅容易实现工艺流程的单机控制，而且借助PLC的通信模块，可以提高生产过程中的协同性，从而提高电气的自动化控制水平。提高设备运行效率不断改进。

2.2 PLC在开关量控制中的应用

传统的电气设备控制系统大多采用电磁电器，增加了系统布线的复杂性，另一方面也很容易造成工作中的接触事故，导致整个控制系统的可靠性和稳定性低。当PLC技术应用于电气设备的控制系统时，只需使用软继电器即可轻松控制开关量，这无疑使电气设备控制系统的安全性大大提高。另外，采用PLC技术控制开关量还可以有效减少开关数量，轻松实现多个断路器的集中控制，使控制系统的稳定性和安全性大大提高。

2.3 PLC在闭环控制中的应用

电气控制系统的一个主要发展趋势是实现闭环自动控制。将PLC技术应用到电气设备的控制系统中，可以根据设备的运行状态对设备的运行进行监控，并确定控制输出。如果PLC装置可以用来控制泵电机的自动启动，则控制系统可以根据每个泵的实际操作来决定备用泵是否打开。总之，PLC技术在闭环控制中的应用，不仅大大提高了电气控制系统的可靠性和安全性，而且还促进了电气控制系统的功能，这是未来闭环控制系统的主要发展趋势之一。ROL系统在实际工作中，最常用的电气设备控制方法是PLC与传统控制系统的结合。

3 PLC在石化设备中应用实例解析

某企业具备两台石油气压缩机，额定功率为75KW，其运行模式为一开一备。在实际的生产需求中，仅需要输出功率为45KW。此种运行功率情况下，负载率较低，风压和流量大小都需要手动阀调节，操作较为复杂，并且调节过程中浪费大量的电能。因此采用PLC实现各种调节功能，来保证设备的运行和企业的经济效益。

3.1 系统工作要求

1）在正产的生产过程中，必须保证至少有一台压缩机在工作，在切换过程中，也需要保证一台机器的运行；

2）压缩机的出口压力必须在预定值上；

3）可以有效监测压缩机的运行状态，所发现问题可以及时维修处理。

3.2 系统设计方案

为了达到风压要求，保证出口压力值，就需要测定实际压力。将设定的出口压力定位P1，设计测定压力为P2，那么根据ΔP(=P2-P1)值大小由PLC内PID功能模块进行PID运算，来实现对于电动机转速的控制，进而保证出口压力值。当ΔP＞0时，实际出口压力过大，通过调整变频器输出评率，改变电动机转速，降低实际风压。达到要求压力值，反之亦然。通过这种调节方式，实现风压稳定控制。

图2 系统结构图

在设备配置上，选用西门子ECO1-7500/3变频器、1台S7-200型PLC(CPU215/216，配套EM235扩展模块)以及接触器、操作按钮、来完成启动、停止、切换等工作方式，来完成压缩机运转和故障预测性监测。PID运算功能的实现，S7-200系列中CPU215/216具有32位浮点运算指令和内置PID调节运算指令等特殊功能。使用时，只需在PLC内存中填写1张PID控制参数表，再执行指令：PID TABLE, LOOP，即可完成PID运算。进而实现系统的启动、运行、停止及切换。