电气工程自动化控制中PLC 技术的应用

帅宝珍

云南省玉溪工业财贸学校 云南玉溪 653100

1 PLC 技术的相关概述

1.1 PLC 概述

（1）PLC 发展史。在20 世纪60 年代初期，生产线的控制主要采用继电器控制装置，其可靠性、安全性、经济性等都较差。随着经济的发展，人们对PLC 技术（可编程序控制器）有了启蒙，并于60 年代末成功研制了一台可编程序控制器且通过试验。直到目前，PLC 不仅仅是起初所提到的可编程序控制器控制继电器回路那么简单，还可以做边缘计算、运动控制等，而且仿真也前进了一大步，由MATLAB/Simulink 建模仿真，自动代码生成的程序可以下载到PLC 存储器上，实现硬件环境测试[1]。

（2）PLC 的特点：①学习PLC 编程容易，其界面和程序看上去比较直观，容易理解；②控制系统简单，而且修改起来比较容易，所使用时间较短；③系统维护方便。

（3）PLC 组成。市面上PLC 种类繁多，例如通用品牌有西门子、欧姆龙、三菱等，每个品牌旗下又有很多型号的PLC，但其主要内部结构大致是相通的，主要有五个部分组成，其组成原理图如图1 所示。

图1 PLC 的组成

①中央处理器CPU。主要用来逻辑运算及数学运算等，并且协调整个系统的工作。

②存储器。用于存放系统编程程序及监控运行程序、用户程序、逻辑及数学运算的过程变量及其他所有信息。

③电源。包括系统电源、备用电源等。

④输入/ 输出单元。输入单元用来进行输入信号的隔离滤波及电平转换；输出单元用来对PLC 的输出进行放大及电平转换，驱动控制对象。

⑤通信接口。是PLC 与外界通信的通道。

1.2 PLC 在电气自动化中的作用

在电气工程自动化控制中，PLC 技术具有非常重要的作用，具体体现在如下几个方面：

①有利于电气设备数据存储量的增加。由于PLC 的核心部件是CPU，所以可将其视作为计算机中一个具有强大逻辑控制功能的应用系统，其通过逻辑运算可快速完成相关程序的编辑，并实现软件存储。在电气自动化控制中应用PLC 后，能够使电气设备的数据存储量随之增多，由此可以为运行检修提供可靠的参考依据[2]。

②有利于促进电气设备智能化。常规的电气设备智能化程度相对较低，随着PLC 技术的应用，可使电气设备的操作实现全程自动化控制，通过对CPU 中存储的相关数据进行提取，并与预设值进行比较，能够快速判断出电气设备的运行状态，大幅度提升了电气设备的智能化程度。

1.3 核心技术

PLC 技术的涉及范围广，使用率也比较高，在电气工程中有着不可替代的作用，它最主要的核心技术就是控制技术。PLC 技术的控制系统由四部分组成，其中包括中央处理器、电源、存储介质以及输入输出口。组成的四部分不能单独进行运转，它可以直接影响控制系统的运行。另外，PLC 技术自身是有很多利用价值的，针对一定的需求进行相应的调整，根据现场实际情况可以随时增添合适的外援设备，使PLC 技术的控制性能能够发挥其最大的作用。电源部分是负责PLC 控制系统的开关和闭合过程的。输入输出端口是与外部设备的连接点，建立外部和内部的联系，实现数据和信息交换的目的。中央处理器就是接受并且分析用户的命令。存储介质最主要就是可以为用户带来最方便的服务，在短时间内找出有效数据供用户使用[3]。

2 电气工程自动化控制中PLC 技术的应用研究

2.1 在汽车制造中的应用

随着科学技术的发展，汽车制造产业的进一步扩大，对自动化技术的要求越来越高，而PLC 技术的发展推动了汽车制造产业的进一步扩张，该技术包含了运动控制、现场总线、机器视觉等方面的控制。

汽车生产线主要有四大工艺，冲压、焊装、涂装、总装，每道工序中都会有机械手、传输控制等。例如焊装、总装等工艺中生产线需要从上一道工序传到下一道工序当中，对于这种流水线生产，PLC 无疑是最好的控制方式；在焊装、涂装工序中利用机械手进行操作，不仅降低了涂料对人所带来的危害，而且增加了质的提升。操作人员只需要通过人机界面就可以观察机器设备是否正常及操作，工件通过多道工序后，由质保部门进行检测，检测工件或车身涂装是否有瑕疵，以确定是否要进行设备检测与维修。

2.2 开关量控制系统

开关量控制其实就是数字量控制，即是“0” 和“1” 的控制。通过引入开关量的控制概念，可以对以往继电控制模块进行改进，例如电机正反转的控制，如果通过继电器控制，在安全、控制精确度和稳定性上均比不过PLC 进行控制。

通过PLC 开关量控制方式可以对系统进行启停状态操控时可精准的完成工作状态。以往的设备在进行启停过程中时，通过传统的继电器来进行传输信号并完成指令，传统继电器是利用机械式的原理进行工作，在进行信号传递过程中，易发生系统内无法传输状态，导致无法对设备发出指令。故引入PLC 控制概念，以及通过传感器可以将模拟信号转换成电信号的应用，来控制继电器线圈的吸合与断开，有效代替了传统的控制方法，提高了精度。电子型控制器通过指令可迅速完成对信息的识别并进行相应动作，具有高灵敏性、高速度性、高精确性等优点[4]。

2.3 控制变配电工程

目前，PLC 技术在我国电气工程的行业当中得到了广泛的应用并且取得了一些有效的成果，其中最典型的应用案例就是我们可以通过PLC 设计变电站主回路和控制回路电路，利用组态王WINCC 进行软件监控界面设计。通过上述两个设计方式联合，可以实现工作人员不需要靠近变电站，在一定的距离下就能完成监控和操作，免去了工作人员靠近电站的危险和辐射。上述案例说明PLC 技术可以对我国变配电工程方面进行自动化控制和管理，它不仅可以通过程序编码设置对机械设备进行规范化的管理，而且可以在一定程度上减少电力企业的资金支出。因为在变配电工程的控制管理过程中是存在着一定危险性的，工作人员只有具备非常专业的理论知识和丰富的实践能力才能够充分保证自身的人身安全。因此，如果通过PLC 技术对其进行自动化控制，就可以完全规避这些风险，而且PLC 技术具备的功能非常广泛，除了可以实现变配电工程进行自动化控制和管理，更重要的是可以对其进行全方位的实时监控和关注跟踪，而工作人员只需要通过电脑终端对其进行监察就可以使我国的电气工程管理系统稳定有效地运转，这极大地提高了我国电气工程行业发展的工作效率和科学性。PLC 技术可以利用企业自身的先进性有效避免这些问题，大大减少了电气工程出现安全隐患的几率，促进我国电力资源企业公司的快速发展。

2.4 在自动切换中的应用

通过对大量实际应用进行分析后发现，部分电气控制系统发生故障问题后，基本上都需要较长的时间才能使故障消除，并使系统恢复正常运行。在故障修复这一过程中，可能会使故障逐步扩大，从而引发其他问题，严重时会对系统造成不可逆的损坏。如果应用PLC 技术后，在发生故障的同时，PLC 系统的自动诊断功能会自行启动，此时可以通过大数据分析，将分析结果反馈给操作人员，由此可在相对较短的时间内对故障进行排除。PLC 具备的可编程功能，使程序的改写变得非常简单，在实现功能的同时又能满足企业对经济性的要求。

2.5 在电气自动化控制中的应用

随着技术的发展进步，PLC 技术和操控系统更加趋向于人性化，使得与电气工程的契合度不断提高。第一，在电气工程数控系统中的应用。将PLC 技术应用在数控系统中，可以实现精准定位，将误差概率降低到零；第二，在交通控制系统中的应用。过去的交通控制系统因为操作不够规范、误差比较大，极易导致交通控制出现问题，例如信号灯反应迟缓、紊乱等。PLC 技术不仅可以应用在交通信号灯中，信号灯的反应速度会更加快速和精准，确保道路交通畅通有序，还可以将PLC 技术应用在道路系统监控设施中，可实现24h 无人监管，真正实现降本增效；第三，在中央空调自动化控制中的应用。通过PLC 与传感器结合，可以实现自主控温，从而保证建筑物内部环境的各项数据能满足固定式值的要求，使得人类在逛商场或居住中获得最佳的舒适感。

2.6 在民用电梯中的应用

随着城市化进程的加速推进，在未来发展中，PLC 技术将会有越来越多的应用。目前，高楼大厦的不断涌现，电梯作为有效的交通设备，在人们的生活中起着较为重要的作用。但是对于电梯的安全性和时效性还有待加强，随着生活节奏的加快，电梯的安全性和智能时效性显得格外重要。从而以新型PLC 为控制核心的电梯控制程序得到了发展。原因在于PLC 具有程序修改方便，而且随着时代进步的发展，控制器也是在不断升级，但是其替代品更换也相对简单。

当乘坐电梯时，经常会遇到一种现象，电梯楼层很高或离你较远，每次都需要一定时间的等待，这远远增加了我们的出行时间。我们可以通过PLC 的智能控制功能—大数据分析，或者开发一款手机APP（可以用来和PLC 之间进行通讯以及出行预约）。通过大数据分析可以得出整栋楼层每天每个关键时间节点的工作负荷状态；通过APP 我们可以提前控制电梯或预约，然后当我们走到电梯口时电梯就在你的楼层等待。那么安全性，我们可以利用PLC智能化程序识别加速度突然超出预留值，通过电梯控制程序快速计算，并及时做出反应，避免不必要的安全事故发生。我们还可以设置电梯内部特殊按钮，当按钮被按下时，监控控制器与电梯控制器之间进行通讯，识别乘客是否发生了意外事件，确认后可以通过互联网直接传送给控制中心、医疗机构或相关执法机关，这样当乘客在电梯中发生威胁生命的安全问题时，相关机构在接收到信息时可以快速定位乘客所在位置，并及时做出相应的动作。而目前电梯呼叫主要是发生故障时和控制中心进行沟通，让控制中心联系电梯维护相关工作人员前来维修和解救被困乘客。随着人工智能的快速发展，PLC 技术的更多应用将会越来越广，从刚开始PLC 只是代替了传统的继电控制系统开始，到目前，通讯、仿真、服务等有了越来越多的进步与发展，相信不久的将来，我们所幻想的情景通过技术的发展都能在现实中实现。

3 PLC 技术在电气工程自动化控制中的应用建议

3.1 提高集成度

对于PLC 自动控制而言，想要实现集成管理的目标，就必须逐步增强电气设备的兼容性。因此，对系统进行设计的过程中，在电气接口的选择上，应当尽量以相同接口为主，这样便于系统集成。为使子系统之间的联动性能获得进一步提升，可在统一的平台下对系统进行开发。通过上述措施，能够为系统集成目标的实现奠定基础[5]。

3.2 强化管理

PLC 在电气工程中的合理运用，为自动化控制目标的实现提供了条件。当电气设备实现自动化控制后，人为操作失误可以大幅度减少，在自动化控制模式下，还可以完成对现场电气设备的远程控制，操作人员的工作量随之减轻。想要使PLC 的技术优势在电气工程中得到全面发挥，有必要对管理进行强化，通过对技术人员进行专业培训，使他们了解并掌握PLC 的功能，增强应用效果。

3.3 重视培养技术人才

对于推广和应用PLC 技术的相关人员，应注重PLC 技术的理论知识和实践技能的培养。对于企业而言，其应该积极的开展PLC 技术操作人员的专项培训，包括技能培训和经验交流等。从职业教育层面来看，我们应大力推进校企合作，联合企业开发实用型教学课程，甚至可以聘请优秀企业技术人员去学校上课，促进职业教育更高层次的发展，也为学校培养更多的职业教育师资与学生。

3.4 建立并完善PLC 技术的应用标准

从PLC 技术的实际应用来看，其在应用上表现得十分广泛，适用于各个行业。但是从各个行业的应用要求来看，其中表现出较大的差异性，这也使得PLC 技术在应用中的标准出现一定不同。因此，电气企业在对PLC 技术进行应用的过程中，还应当注重对应用标准的优化与完善，使PLC 技术与电气自动化控制表现出更高的匹配度，切实使其更加完善，应用更加科学合理。由于使用的标准适用于大多数电力公司，它们可以作为整个电力行业的适用标准，并为相关标准制定提供参考，促使整个电力行业自动化控制的快速发展。

4 发展前景分析

在电气工程及其自动化控制的发展过程当中，借助PLC 技术以结合电气工程产品，不断完善其应用环境，且能够加强设计工作，以充分协调机器与人之间的关系，进而加快电气工程及其自动化控制的发展进程。PLC 技术的应用范围较广，在实际的应用过程当中则需要充分考虑到其应用的专业性，以将计算机应用和系统控制进行有效的融合，在保障电气工程工作效率及质量的同时，能够有效降低员工的工作强度。通过电气工程设备的动态跟踪，以此实现电气自动化控制系统的智能化和安全化。

5 结语

在这个快速发展的社会背景下，我国的科学技术水平有了较大的提高和飞跃。目前利用国外发达国家的先进科学技术的基础上根据我国电气工程行业发展的现状研发出了先进高端的PLC 技术，为我国电气工程行业的发展提供很大的便利。但是，这项技术在具体使用过程中仍然会出现一些问题，需要不断对其进行深入的研究，了解其中蕴含的技术原理，熟练掌握操作技术，加强我国电气工程自动化管理水平，最大限度地减轻工作人员的负担，提高工作效率，这是社会发展的必然趋势，也是我们应该努力的方向。