PLC 技术在电气设备自动化控制中的应用

2021-03-23刘建广

现代制造技术与装备 2021年2期

刘建广

（上海昭晟机电设备有限公司，上海 201609）

随着电力电子技术、检测传感技术和机械制造技术的快速发展，PLC 在通信和控制等领域发挥着越来越重要的作用。电气控制和仪表控制水平不断提升，逐步实现了计算机控制一体化与网络化的目的。此外，PLC 具有数据处理、PID控制与数据通信等功能，属于新型工业自动控制标准装置。

1 PLC 技术在电气设备自动化控制中的应用

1.1 顺序控制中的应用

将PLC 应用于顺序控制，可单线有效控制工艺流程模块化，强化自动化控制水平[1]。运行过程中，显示屏能够对各种工序进行自动化控制。具体来讲，在PLC 技术背景下，将主站和远程IO 连接，依靠通信总线完成IO 站和传感器之间的连接和通信信号的传输，从而实现远程操作管理功能。

1.2 开关量控制

开关量输入模块是PLC 技术识别开关量信号的关键所在[2]。在PLC 机电设备中，开关量模块中应设计压力、温度以及操作按钮的输入端子，并同PLC 内部电路形成感知路网，构建完整的工作体系，精准读取输入口状态值，有效识别数据，进而自动控制系统，高效且准确地完成作业。

1.3 闭环控制

电器设施控制系统内一般分为闭环控制型和开环控制型。例如，泵电机控制主要采取自动开启、机旁手开启和现场控制开启等方式[3]。应用PLC 技术和电气控制等方法，结合泵机运行情况确定控制方式，合理调整各种控制形式，可优化工业生产流程。

1.4 运动控制

运动控制主要是实时控制电气设备各机构的速度和位置，结合规定运动轨迹与设定参数运动[4]。将PLC 应用于运动控制系统能够有效控制设备运动时的速度、转矩和力，不仅可靠性强，而且编程简单。

2 PLC 在矿用皮带机电气自动化控制系统中的应用

2.1 控制原理

皮带机电气控制系统采取主从式结构，其中主站、从站控制系统均采用PLC。触摸屏和主PLC 控制为主站，从PLC 控制和传感器保护装置为从站，如图1 所示[5]。该系统中，从站所收集的数据传输给主站PLC，在主站中显示参数与故障。主站控制台实时监控与控制皮带机，如果矿井出现故障，便会迅速反映到上位机和操作台。

图1 系统结构原理

2.2 系统构成

皮带机电气控制系统包括控制台、人机界面、PLC 和各种传感器等部分。通过各部分的统一与协调，能够保证系统功能正常发挥。皮带运输煤炭时，皮带机控制系统主要灵活运用集中控制与单台控制等方法，监测与控制皮带是否损坏、温度、速度等环境内容。集中控制需要事先设置安全值，才能达到自动控制的目的。图2 为硬件系统整体结构。

图2 硬件系统整体结构

2.3 硬件选择

第一，主站硬件的控制模块的自动化水平必须达标，才能在通信上保持稳定，从而确保后续系统扩展拥有充足的空间。控制模块以PLC 为主，可靠且稳定，在恶劣条件下可以正常运行。第二，矿井环境十分特殊，因此使用本安矿用防爆变压器PAK 系列电源模块，在爆炸危险环境下保证运行的稳定性与安全性，具备较强的带负载能力。第三，结合煤矿生产的具体要求，显示模块应该达到矿用本质安全型设备的要求，不需要运用隔爆方法也能在危险条件下顺利运行。结合上述规定，显示模块采用KC01-102T。第四，防爆装置的主要功能是保护系统中的部分关键器件，常见的有PLC 控制器和电源模块等。为了保证选择的准确性，需要将内部尺寸和输入输出通道数量等作为重要指标。

从站硬件选择主要包括以下4 个方面。第一，控制模块以本安型PLC 为主。第二，传感器。结合系统中电气控制功能要求，传感器必须全面、准确收集各种数据，确保故障报警、自动控制等功能正常发挥。第三，触摸屏。从站需要显示的功能并不多，要想维护其整体性，需在触摸尺寸上加大控制力度，主要考虑使用KCO1 系列的KC01-43T 产品。第四，控制箱在作用方面与主站防爆装置类型类似，一般选用配套的KZX 系列产品。

2.4 功能实现

主站系统功能主要包括以下3 个方面。第一，通信功能，主要分为从站通信和人机界面通信两方面。主站要读取从站信息，并将信息写进从站。设置通信时，需要保证模块地址、通信时间以及奇偶校验等参数的科学性，以利于完善主站和从站的读写功能，并通过合理分配寄存器，防止出现关键信息覆盖的现象。第二，控制台设置。指示灯主要包括正常状态下的运行、集控等指示灯与故障状态下的警示指示灯。指示灯应该与控制台内按键密切配合。按键按下后，对应指示灯会亮起，控制系统运行。常见的有急停按键和运行按键等。第三，人机界面，主要有主页、动手操作页面、参数设定界面和故障报警界面等，可以显示皮带机运行状况与故障问题。

从站系统功能主要包括以下3 个方面。第一，通信功能。在从站与触摸屏通信的过程中，必须充分考虑通信接口的参数配置。通过解除Comm Set 指令能够达到通信目的，是一种主要的监控通信模式。第二，按键功能。从站一般设置在煤矿井下。为了保证操作更加安全，需要减少从站按键的数量，主要包括启动、停止、急停和复位等按键。第三，传感器设置。传感器完成对数据的采集后，主要将信息保存在DM 寄存器内，并可以向主站PLC 传输数据信息。控制台能够充分显示出现的故障，并结合具体要求进行自动化控制。

在语音报警功能方面，语音模块一般为3VOC（Vocal Chain），可以对32 段语音进行输出，各段语音时间至少为42s。在主站控制系统内，通过打点按键达到语音报警的目的，通常按下后能够播放一段语音，与故障保持相对应。从站控制系统语音模块一般设置在从机内，但要事先录制语音，并通过编写相关程序的方式达到语音报警的目的。