PLC 在电气设备自动控制系统中的设计与应用

陈经文

（三峡电力职业学院，湖北 宜昌443000）

PLC 自控系统也就是常说的可编程控制器，从本质来看，属于多学科融合的工业控制模式，综合性较强，逐步在生产生活、电气制造等方面发挥出重要作用，电气装置的自控体系融入PLC 系统能够有效保证系统的运行稳定性，满足运行效率需求。此外，PLC 技术的应用也推动着电气装置的自控体系朝着更加完善的趋势发展，帮助公司优化电气设备的自控模式。当前PLC技术已然成为现代电气装置自控体系的核心组成，可以辅助公司进行生产管理优化，减轻技术人员的工作负担，降低成本投入。不仅如此，还能够保证公司在工业制造过程中达到预期的效率指标且产品质量可靠。由此来说，以PLC 技术为基础的电气控制系统相较于传统模式有了较大的突破。

1 PLC 控制系统在电气设备中的设计

1.1 评估控制任务

伴随PLC 技术的逐步成熟，在各个领域都发挥出重要作用，目前大多数工控操作都可以借用PLC 系统实现。但在实际应用时，要判断是否需要搭建PLC 系统以及系统设备数量的确认，同时要明确具体的控制方式，结合实际系统和生产目标，综合分析目标系统的特性和复杂度。应当从以下几个角度着手分析：第一，控制系统的整体规模。第二，生产技术的复杂度。第三，系统可靠程度能否达标。第四，信息数据的处理效率。

1.2 I/O 点数确定

测定系统运行过程中需要的输入输出接口参数，以及具体的I/O 模块。除此以外，还需要把控目标系统和PLC 的交互方式，便于对PLC 内存合理分配。

1.3 PLC 机型的选择

PLC 系统已经成为电气装置自控体系中的核心部分。在判断PLC 系统的型号类别、电源参数，接口数量以及内存配比等方面要严格注意。保证电气装置的型号匹配，有助于提升PLC系统的运行效率，为公司创造更多的经济效益。

1.4 控制系统设计

1.4.1 PLC 控制系统的硬件组成

PLC 也就是可编程控制器，指的是采用数字计算系统的电子设备，目前在工业生产领域发挥着重要作用。通常系统硬件部分分为两个模块：其一是机箱和显示设备，机箱内配备有系统数据，模拟量和数字量的转化模块以及故障切除装置等；其中主机用于传输并解析各项运行命令，并完成对电机速度参数的控制以及辅助模块的优化。数字量包括有控制器，开关组件和触发信号，经由放大后可以控制具体的阀门和继电装置等。模拟量主要是收集电流，电压以及温度等信号。故障切除模块，可以在电机温度超标，压力参数过大以及柴油机运行异常时进行故障处理，避免影响扩大化。

PLC 控制系统，能够有效采集伺服电机的信号并完成处理，保证机车系统的稳定运行，实现励磁控制和逻辑控制等功能。从本质来看，是借助一系列通过程序操控的内存模块，完成程序设计，通过逻辑量来执行各种用户操作，最终经由数字量、模拟量以及接口模块完成实际的设备操作。因为系统可以稳定运行在较为恶劣的环境条件下，且系统轻便，便于操控，所以受到工业领域的广泛关注，逐步成为工控体系中不可替代的一部分。

1.4.2 PLC 控制系统优势

第一，在实际搭建PLC 系统时，所需要的安装、调试过程较为便捷。这是由于PLC 采用程序控制，突破了传统模式中继电设备和计数装置的限制，优化了系统的整体结构，减轻工作负担。

第二，实际应用PLC 系统时，程序结构简洁，易于设计。通常使用的编程方式为梯形图语言，这是面向用户的程序设计。可编程控制器实际运行梯形图的过程中，可以通过内部的解释器将其转化成汇编语言，从而完成对应操作。正如我们熟知的是，PLC 系统的符号同电路原理类似，梯形图设计更加直观，便于上手操作。掌握继电器原理图的工作人员能够在短时间内学会梯形图编程模式，完成功能设计。

第三，适用范围广，外部硬件设备成熟且应用方便。以当前PLC 系统的发展来说，可编程控制器具有规范化，模块化，程序化的特点，外部配套的硬件设备成熟，能够满足不同用户的差异性需求。实际搭建系统时，可以结合系统的具体功能完成结构配置，实现对应功能。同时系统接线方便、通过接线端子即可实现交互。在系统搭建完成后，通过全面的安全检测即可运行使用。当系统稳定运行后，为了避免出现数据丢失或被恶意篡改，可以将其发送到存储空间，进行备份，有助于系统达到预期目标。

1.5 PLC 系统中的抗干扰设计

1.5.1 电源部分的抗干扰设计

电源变压装置是电源模块的核心部分，期望有效抵消干扰因素，通常选择隔离变压设备，同时容量参数往往要超过额定需求的1.2 倍以上。PLC 系统使用的电源模块，要在允许的情况下，加装滤波设备，选用双绞线模式进行级连，由此便可以降低信号干扰，提升运行稳定性。

1.5.2 输入输出信号的抗干扰设计

期望输入、输出信号保持稳定，需要借助绝缘I/O 组件。（1）对于输入信号的干扰来说，主要是线路之间的差模干扰，应当借助滤波器进行消除，同时线路和大地间的共模干扰可以利用接地控制进行消除。（2）输出部分的干扰大多是PLC 的开关量，结合负载情况进行优化。

1.5.3 外部配线的抗干扰设计

系统外部线路之间出现的互感和分布电容会干扰信号的传输。期望降低干扰的影响，要为交直流的输入、输出都配备相应电缆线路。此外，还需要在集成线路和晶体管电路中增设屏蔽模块。

2 PLC 技术在电气设备自动控制系统中的具体应用

2.1 PLC 机型与功能的选择

技术人员进行PLC 系统方案设计的过程中需要考量电气自控体系的根本目标，选用同电气系统运行工况和控制目标相匹配的型号，同时要严格把控PLC 系统运行的稳定性和安全性。是否可以真正实现系统的预期目标是关键所在，为系统预留操作空间是PLC 系统实际应用的基础，由此可以保证电气控制系统运行过程中的延展性，确保PLC 系统达到预期的控制要求，推动工业领域的稳步前行。

2.2 I/O 地址的选择

I/O 模块的地址是电气装置自控系统的基石，也是完成PLC控制的关键。因此需要操作人员把控好I/O 地址的确认，确保控制目标的实现。操作人员设计地址参数的过程中，要综合分析系统功能，有助于电气装置的自控体系具备良好的延展性，符合公司的生产需求。离散模式的输入输出在实际确认时要严格按照标准完成，由此保证PLC 系统中开关量、传感装置等模块的通用性。若操作人员进行电气控制系统的方案设计时选取差异化的电源指标，本文认为应当增设隔离开关来保证系统运行稳定。

2.3 系统控制元件的设计

系统控制模块是保证电气装置自控体系实现预期性能的核心要素，要保证以存储设备的合理分配为基础，进一步完成空间配置，同时要选用指定的存储设备、初始系统、功能组件以及辅助模块进行测试，其中需要重点调试软件程序，这也是最为重要的一部分。期望控制模块达到预期的质量标准，满足相应的运行目标，就需要操作人员在实际控制系统中装设控制模块，通过具体测试来判定性能是否达标。

3 PLC 在电气设备上的应用举例

某企业的生产线选用20 世纪80 年代设计的电气自控体系，通过继电设备、接触模块进行控制。整体上接线繁琐，事故率高，难以运行维护，同时经由长期的运行使用后老化明显。基于此，我们决定对原有的控制体系进行优化，利用可编程控制器替换传统控制结构，增设通信模块，动态反应各个部件的运行工况，做好事故预警措施。真正实现控制与监测的有机结合。

3.1 系统硬件设计

对于原有生产线进行控制优化，结合具体的技术标准和控制设备，确定好实际的地址参数。根据生产现场的外部干扰和污染程度。确定使用由美国AB 公司研发的SLC500 型号可编程控制设备，配套两级监控体系。上位机作为同操作人员的交互枢纽，完成实际PLC 系统的软件调试和程序架构，并控制下位机进行实时数据采集和信号监测，自动管控现场的生产设备。不仅如此，还需要和终端进行交互，将需要的数据资料打印记录。下位机是数据监测的核心，实现对生产环节的数据测定和流程把控等功能。属于面向过程的控制模式，通过两个处理设备分别进行模拟量和数字量的分析，经由通信模块进行交互。SLC500 型号的设备能够有效消除外部干扰，根据实际的控制目标和精度要求，可以选用配套的指令集合、高级程序架构以及辅助模块。目前最新的可编程控制器可以为用户提供960 个I/O接口，能够实现在线编程设计，具有三种运行状态，且内置有通信模块，无需外部网络组件即可进行信息的高速交互。

3.2 系统软件设计

3.2.1 采用美国AB 公司的RSVIEW32 监控软件进行上位机软件设计

通过AB 公司研发的监控系统能够完成组态设计，直观清晰地实现预期控制任务。组态系统在Windows 环境中以标准窗口进行显示，便于用户操作，仅需要通过鼠标的点击即可完成控制功能。监控模块借助结构化编写方式，实现计算机系统的初始操作和数据类型定义。PLC 系统可以借助存储单元进行数据采集与分析，根据数据模拟实际的运行状态图，反应设备工况，并给出相应的参数改变情况。综合实际情况传输新数据并发送操作指令。

3.2.2 下位机编程软件

程序编写环境也是由美国AB 公司设计搭建的，平台中提供了33 位的梯形程序编写模式。可以稳定运行在Windows 环境下，为用户提供简洁的操作界面，易于完成梯形图设计，进一步提高工作效率，降低成本投入。

3.2.3 系统设计特点

在PLC 内部程序上选用抗干扰措施；（1）仪表与PLC 分柜安装，增强抗干扰能力；（2）认真设计输入输出路径，在确保系统完善的基础上，尽量压缩输入输出点数。

4 结论

综上所述，PLC 自动控制技术对于电气设备自动控制系统来说可以简化继电器逻辑，这样不仅可以使整个电气设备自动控制系统得到简化，还能进一步提高电气设备自动控制系统运行中的功能性、稳定性、可靠性以及安全性。