基于PLC实现的自动化电气控制应用的研究

陈彦彬

【摘要】随着我国电力行业的发展，电气控制难度越来越大，传统人工模式依旧不满足当前控制需求，必须实现自动化电气控制模式。这一条件下，如何实现自动化电气控制就成为了业界相关人员重点关注的问题，随之PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）受到了广泛关注，利用PLC可以实现自动化电气控制。对此本文为了了解如何使用PLC实现自动化电气控制的方法及控制应用将展开分析，阐述PLC概念、特点，论述PLC自动化电气控制实现方案，最后提出PLC自动化电气控制应用方式。

【关键词】PLC;自动化电气控制;电力行业

0.引言

自动化电气控制是现代电力行业建设中必须实现的控制方式，可以将其视为一种逻辑，但作为一种逻辑就必须建立在可控基础上，这时PLC就能为自动化电气控制逻辑提供可控基础。总体上，相关人员可以将自身设想的自动化电气控制逻辑输入PLC，这样在PLC中就出现了各种控制指令与指令定义，实现自动控制逻辑化，再借助相关技术保障PLC能接收到电气反馈信息，根据反馈信息PLC将根据逻辑进行识别，确认信息定义，最后根据识别信息定义在逻辑中找到定义相符的指令对电气进行控制。由此可以看出，PLC是实现自动化电气控制的根本因素，没有PLC电气自动化控制无法落实于实际工作中，因此有必要进行相关研究。

1.PLC的概念与特点

1.1概念

在概念上可以将PLC视为一种自动化控制系统，这个系统包含了计算机技术、网络技术、信号技术、物联网技术等，因此具有较强的综合性，且这些技术在实际工作中可以自由组合，形成多种PLC控制方案，目前在自动化电气控制中主要使用两种PLC控制方案，分别为集散型控制方案、总线型控制方案。集散型控制方案主要以PLC系统为终端，利用信号技术将终端与现场所有控制目标分别建立信息交互关系，这样终端就能通过信号技术获取反馈信息，并根据反馈信息发送对应控制指令到控制目标，这种方案能够实现精细化控制，但因为PLC要对所有信息进行单独控制，所以成本、效率等方面稍弱;总线型控制方案脱胎于“现场总线”技术，即在现场布置总线，将所有控制目标的反馈信息全部集成到总线，再将PLC与总线连接，统一接受所有反馈信息，再进行逐步分析，明确控制需求，最后发出指令实现控制目的，该方式具有控制范围广、效率高的优势，但控制精度上相对较弱[1]。这两种方式各有优劣，因此在自动化电气控制中要根据实际情况来选择，否则可能造成适得其反的效果。

1.2特点

PLC作为一种可实现自动化控制的系统，较于其他同类系统具有四大特点，即可操作性强、电气设备维护便捷、灵敏度高、抗干扰能力好，各特点表现如下。

（1）可操作性强

任意可实现自动化控制的系统的可操作性体现于控制逻辑语言的兼容性，即某些系统只能使用少量编程语言来编制逻辑，而不同的编程语言能编制的逻辑有限，因此有时候需要使用到多种编程语言来实现目的，这时只能使用少量编程语言的系统就存在可操作性上的限制，是可操作性弱的表现。但反观PLC，其能够兼容大量逻辑编程语言，可以使用图形、符号来进行编程，这种方式不但能全面实现电气自动化控制目的，还便于相关人员观察，可见PLC的可操作性较强，有利于电气自动化控制质量。

（2）电气设备维护便捷

电气设备维护是一项繁琐的工作，需要相关人员去观察设备状态，再根据状态开展专项维护工作，这样就必然会导致人工工作负担较大，且在人工误差性的影响下，有可能出现维护质量问题，这种现象在传统电气设备维护中非常常见，经常受人诟病。但在PLC应用下，因为PLC能够将电气设备状态下的各类数据以逻辑方式储存，此举可以大幅度降低储存空间需求，减小维护数据量，这时人工只需要对小量数据进行查阅分析，并在较短的时间内设置自动维护程序，由此实现维护目的，可见这个过程更加便捷，较于人工或其他维护模式，其不但降低了人工工作负担，还有利于设备维护成本、电气安全稳定。

（3）灵敏度高

因为电气设备在运作中经常出现瞬时性故障，且某些故障会导致设备出现隐性损伤，所电气自动化控制应当具备较高的灵敏度，如果灵敏度低，就很可能发现不了瞬时性故障或隐性损伤，使得电气设备状态逐渐下滑，最后可能出现一系列的电气安全事故。这一条件下，利用PLC来实现电气自动化控制能够保障灵敏度水平，即PLC的使用能够对传统控制机制中的继电器进行更换，突破机械触电继电器限制，借助高灵敏度继电器可以有效对瞬时性故障或隐性损伤进行监测与处理。根据现代PC电气自动化灵敏度的表现可知，高灵敏度继电器基本可以实现零延迟反应，且同步进行信息传输，整个过程的延迟率也几乎为零。

（4）抗干扰能力好

电气自动化控制中信号技术、网络技术是最基本的两项基础，而这两项技术在实际应用中存在易受干扰的问题，即假设现场存在干扰因素，就有可能导致信号传输出现中断、断续等质量差的表现，而自动化控制质量也会受此影响出现问题，因此电气自动化控制应当具备良好的抗干扰能力。而PLC具备抗干扰电路、自动报警功能等抗干扰装置，这些装置能够有效抵抗内外环境中的干扰因素影响，尽可能保障电气设备稳定运作，且如果出现无法抵抗的干扰影响，则借助自动报警功能与应急机制可以将干扰影响降至最低，并通过人工实现快速处理，即当出现无法抵抗的干扰影响之后，PLC会启动应急机制，对受干扰部位的受控目标进行停机控制，这样可以避免干扰影响下产生的问题恶化，同时启动自动报警功能，通知人工前来处理，并将受干扰部位的信息发送给人工，帮助人工进行定位与诊断。

2.PLC自动化电气控制实现方案

2.1方案要点

虽然在不同场合下，电气自动化控制需求存在差异，使得PLC自动化电气控制实现方案也存在差异，但无论差异如何变化，方案中有三个要点是一致的，这三个要点就是构建自动化控制方案的基础，分別为数据采集、指令设定与执行、指令执行结果信息获取与反馈。图1为PLC自动化电气控制实现方案拓扑图。

根据图1，在PLC自动化电气控制实现方案中，数据采集是获取受控目标信息的步骤，人工需要根据这些信息来设定指令，由此对控制逻辑运作起到支撑作用;设定与执行是根据受控目标当前信息，由PLC进行识别后选择人工设置的对应指令，并执行该指令来实现控制目的的步骤;指令执行结果信息获取与反馈是对当前执行指令的执行情况进行信息采集，并反馈给人工用于最终检测的步骤，即获取指令执行是否顺畅、受控目标在指令执行后的状态（指令执行情况），人工对此进行最终检测，若指令执行不顺畅或受控目标状态依旧未恢复正常水平，则需要介入。

2.2方案实现方法

根据图1方案，下文将对各方案要点的实现方法进行论述。

（1）数据采集要点实现方法

数据采集步骤分别与受控目标、PLC终端连接，需要起到信息采集作用与信号传输作用，因此要使用物联网技术、信号技术或网络技术来实现。首先在物联网技术层面上，主要使用传感器来实现信息采集作用，人工需要根据各类电气设备的类型来分析控制指标，再根据控制指标来选择对应类型、型号合理的传感器，将传感器与电气设备连接即可，如某些电气设备运作会产生较高的温度，且自身容易被高温影响而出现损坏，这时就要使用温度传感器来采集温度信息。其次为了将传感器获取信息发送到PLC终端处，需要采用信号技术网络技术来实现信息发送，其中信号技术一般用于集散自动化控制方案中，通过信号发出/接受装置可实现目的（市面上很多传感器都具备信号发出功能，若选择此类传感器可以不设置信号发出装置，安装通信格式匹配的接受装置即可）;网络技术一般用于总线自动化控制方案中，如Symotion10/100M以太网，利用canopen协议可以构建完善通信渠道，借助网络与传感器连接即可[2]。

（2）指令设定与执行要点实现方法

指令设定有两种方式，其一人工根据以往经验，将电气设备控制中比较常见的控制方法流程化，随后将控制流程以编程的方式融入PLC系统终端的数据储存中，由此生成控制指令，其二根据数据采集信息可知电气自动化控制实际需求，再依照需求来设定针对性的控制指令，方法同上。这两种方法在指令设定中均可使用，相互并无冲突，但指令设定要尽可能的完整，否则会导致PLC自动化控制能效低。指令执行同样依赖于信号技术或网络技术，且需要以采集数据为基础来选择正确指令，即根据数据采集可知受控目标的当前状态，如果状态存在异常则对异常信息进行识别，起到异常诊断作用，根据诊断结果可以对异常信息进行定义，再围绕定义对控制指令进行正确选择，随后依照所选指令的流程一步步执行，执行过程中会向每个流程对应的控制设备发送信号或网络信息，促使控制设备运动或进行参数调整，但所有流程全部被执行，则指令执行完毕，如当发现某电气设备温度过高时，PLC系统会根据“降温指令”向该设备的功率控制装置、开闭装置进行控制，降低设备当前运作功率或者直接让设备闭合停机，这样能起到降温效果，待温度恢复正常水平后，恢复原有状态。此外，为了保障指令能顺畅执行，在PLC指令执行逻辑中应当设置执行环境扫描功能，该功能主要对所有涉及当前指令的控制装置进行扫描，如果其中某个控制装置存在异常，则说明执行环境不佳，指令无法正常运作，这时会替换其他指令，若没有其他有效指令或其他指令执行后未起到效果，再执行原有指令。

（3）指令执行结果信息获取与反馈要点实现方法

无论PLC最终执行了哪一种指令，其都会利用传感器对指令对应的控制装置情况进行信息采集，了解控制装置运动轨迹、参数变化、当前位置等信息，再将这些信息与指令各流程标准进行对比，可知指令执行情况，若某控制装置无法与对应流程所有指标标准符合，则说明指令执行情况不佳，随后将这一情况发送给人工端，由人工前来处理，实现指令执行结果信息获取与反馈。此外，PLC向人工端发送指令执行反馈信息的动作一般由网络技术来实现，如局域网或互联网，其中局域网能够在封闭式网络环境中将PLC终端与人工手持终端连接（智能手机或笔记本电脑等网络设备），人工与相关设备只要处于局域网环境，就可以在第一时间内接收到这些信息，这种反馈方式延迟率很低，能让人工第一时间对问题处理，但缺陷在于通信范围较小，而采用互联网来实现执行信息反馈（实现方法同上），则可以有效提高通信范围，但可能存在较大延迟率或外界干扰的现象，两种方式需要相关人员根据实际情况进行选择。

3.PLC自动化电气控制应用方式

PLC在自动化电气控制中有很多应用方式，其中较具代表性的为模拟量控制、开关量控制，各方式具体表现见下文。

3.1模拟量控制

PLC在控制应用中能发出两种模拟信号，分别为模拟量电压信号、模拟量电流信号两种，信号标准一般为（1-5）V、（4-20）mA、（0-10）V等，这些信号可以通过模拟的方式对控制装置进行操控，再通过控制装置来执行指令，使受控目标产生对应的变化，即电压或电流变化。这种控制方式常用于远传压力表、模拟电位器、压力变送器、温度变送器、热电阻等电气设备控制当中，具体模拟量会根据PLC识别、诊断、环境扫描成果来决定，可起到维护电气设备状态的作用。

3.2开关量控制

PLC开关量控制是一种比较直接的控制方式，其控制逻辑只分为两种，即开启、闭合，决定逻辑走向的是PLC诊断成果，即假设PLC诊断故障需要通过闭合来进行控制，则会控制开关进行闭合，如果诊断结果显示受控目标已经恢复正常，则进行开启控制。这里需要注意的是，PLC之所以能够对开关装置进行开启、闭合控制，是因为其控制指令中存在“量级”概念，即在闭合控制中，直接让开关装置通电电路为零，则实现闭合，相反将开关装置通电电路提高到合适量，则实现开启。

4.结语

综上，本文对基于PLC实现的自动化电气控制应用进行了研究与分析，提出了PLC概念与特点、阐述了PLC自动化电气控制实现方案、论述了PLC自动化电气控制应用方式。通过分析可知，PLC是实现自动化电气控制的基础，较于其他有同类功能的系统更具优势，在应用中能起到精确控制、快速控制的作用，使电气设备运作稳定、安全。

【参考文献】

[1]阳晓昱，关宁.基于PLC实现的自动化电气控制应用分析[J].科技风，2017（19）：125-126.

[2]吳俊杰.基于PLC自动化技术的农业机械的电气控制应用[J].南方农机，2018，049（004）：130.