PLC技术在电气工程自动化控制中的应用

朱燕 李敏

（炎黄职业技术学院 江苏省淮安市 223400）

受制于传统电机的系统构架、技术模式较为滞后，传统型电机设备的控制系统的应用程序由于无法有效识别端口，进而导致传统电机无法对所需数据进行读取和分析。与此同时，传统型电机也无法完成对自身的实时监控和运行状态评估，导致运维人员无法第一时间发现并解决隐患。基于上述情况，更加智能且全面的PLC 技术在电气工程自动化控制领域逐渐获得青睐，该技术在提升电机运行效率、保障运行质量和稳定性方面，表现优异。

1 PLC技术应用背景

Programmable Logic Controller 的英文简称为PLC，中文名称为“可编程逻辑控制器”，主要应用于工业领域的数字运算操作电子系统。通过借助计算机技术，PLC 技术得到持续革新，运行质量明显得到质的提升。随着PLC技术在工业领域所发挥的作用不断增强，科研人员和技术人员对该技术的研究也在不断深入，不仅使PLC技术在自动化领域获得了广泛认可，还为促使其进一步发展积累了丰富的实践经验。从PLC 技术在电气工程自动化控制的应用效果角度看，对于该技术的应用越发成熟，尤其在开关量的逻辑控制以及数字量的智能控制等方面具有广泛的实践基础。

2 PLC技术及其系统构成剖析

2.1 PLC的技术分析

继电器属于传统型电机设备系统的重要组成部分，其具有较强的电磁干扰特性，信号传输期间，所产生的电流较大，设备周围所形成的电磁场较强，可能会对系统中的其他电此信号的传输造成较大的干扰。例如，电磁继电器产生的磁场可能会与电机设备周围的高压线路产生的磁场重叠后形成加强区域，不仅导致磁场辐射范围显著扩大，还对电机设备系统造成明显影响。PLC 技术下的机电设备，主要通过输入和输出两种方式降低电磁信号的干扰，进而减少接触不良等问题的发生[1]。

传统机电设备的编程程序，则大多较为复杂，其内部运行机制脉络较为复杂，经验程序和系统程序交叉运行，除此之外还包括相应的驱动程序。除了编程程序复杂外，传统机电还需存储和处理数量庞大的数据信息，不仅会给技术操作者的操作行为带来困难，还会导致电机的运行效率难以得到提升。反观采用PLC 技术的机电设备，其编程较为简单，且借助于计算机技术和互联网技术，可以对机电设备进行远程操控，极大程度上提到了管理者和技术人员对电机系统的操控能力。采用了PLC 技术的应用程序还可以对多种信号和程序进行自动识别，避免了操作人员反复、大量输入系统运行指令。例如，操作人员需要通过USB 接口才能对传统机电设备的控制系统进行编程或输入指令，且需等待系统识别后才能进行相应操作。但借助于PLC 自动识别技术，机电系统可以自动识别指令并对相应端口进行自动驱动。

2.2 PLC技术的架构分析

图1：PLC 结构框图

PLC 技术系统的主要架构通常包括五部分：终端处理器、交换机、存储器、传输设备和电源系统，其工作流程为：大量数据经过终端处理器的处理后，传输设备对处理后的数据进行加密并传输至交换器，被加密的数据在交换器中进行解密，在根据指令传送至存储器中，进而实现了对信息的收集、处理、传输、分析和存储[2]。

（1）系统指令属于未加密的明文，在传输设备中采用二进制对数据进行加密。二进制下，传输设备会将自动收集到的信息转换成由0 和1 组成的数字代码，进行压缩后再行传输，而这些由0 和1 组成的字符串，便是加密和解密的主体。PLC 系统采用二进制进行加密后，交换机设备便可以自动识别和处理所收集到的信息和指令，以满足后续信息加工、处理需求。

（2）存储器可以高速存储海量数据，以满足系统对数据的调取、传输和分析需求。

（3）信息系统还离不开电源系统的支持，电源系统是保证PLC 系统正常运行的关键，还可以根据机电设备控制系统的运行要求和实际运行状态自动调节电流强度，以此保证系统平稳运行。

例如，当系统长期处于高压运行状态或监测到存在电流异常情形时，电源系统的自动保护机制会自动开启，并通过切断电源、发出警报的方式降低安全事故的方式概率，此外系统还具有上传异常数据分析报告的功能，借此技术人员可以第一时间提出具有针对性的解决方案。

3 PLC技术在电气工程自动化领域中的功能优势

3.1 通用性强，便于操作

PLC 技术的编程语言的实际操作相对简单，机电设备管理人员无需掌握全面且复杂的计算机编程技术，系统出于开发阶段所需要的时间较少，现场调试时的操作也比较简单、便捷。还可以在不拆除硬件的前提下，根据用户的具体需求和机电设备的实际运行情况，在线更改控制方案，当然，设备运维人员也可以在现场对设备的控制程序进行调试。

PLC 控制系统具有软件功能，通过合理利用软件功能，可以实现继电器控制系统中需要某些器件才能实现的功能，简化了运维人员的操作流程，显著降低机电设备安装环节的工作量，减轻机电设备运维人员的工作压力。因此，相较于继电器控制系统，PLC 控制系统对提升电气设备工作效率的作用更加突出。

此外，PLC 产品可以具有可实现标准化生产、占地空间小、操作程序简约便捷等优势。

3.2 抗干扰能力强，安全稳定

鉴于继电器控制系统中的某些器件可以被PLC 控制系统的软件功能所取代，直接减少了技术人员在接线方面的工作量，还有助于降低线路故障的发生概率。例如，PLC 控制系统下的机电设备即使处于较强的信号干扰下，其硬件和软件也可以保持正常运转，整个机电设备的硬件和软件在运行过程中的连贯性和稳定性更强，产品的运行能力得到有效保障。

3.3 技术获得广泛认可

正因为PLC 技术在电气工程领域具有诸多优势，随着我国成为世界制造行业的新阵地，大量的自动化生产线也进行了PLC 的应用改造。根据工控网统计的数据显示，2019年我国PLC 市场规模约114 亿元，其占到工业自动化市场规模的9%，位居第二大产品板块。尽管2019年市场规模较2018年相比略有下降，但从近5年发展趋势看，其市场规模仍处于发展态势。在大型和中型PLC市场，受制于技术壁垒以及该技术对确保自动化生产稳定性、可靠性具有至关重要的作用，客户对于产品的价格敏感度并不高，因此，西门子、通用、施耐德、罗克韦尔等公司占据绝对市场地位，反观小型PLC 产品，由于其应用相对简单，客户更看重产品的性价比，因此该市场的供应商除西门子、三菱等传统巨头供应商外，信捷电气、深圳合信等国内厂商的发展较快，获得了客户的认可。

4 PLC技术在电气工程自动化领域的应用情况

电气自动化领域中，PLC 技术凭借其所具备的全面、高效、智能化的功能优势，其应用范围处于持续扩大状态中，主要可归纳概括为三个方面，即：开关量控制、闭环控制、顺序控制。下面，将分别介绍PLC 技术在各个层面运用情况分析：

4.1 开关量控制

以继电器控制系统为例，传统电气工程自动化设备中，内部线路复杂，运维人员需要用大量的时间进行梳理，其工作复杂度高，维护工作量大，还可能因为运维所需时间较长进而影响到设备的运行效率，严重时还会影响企业的生产经营。

PLC 控制系统则可以通过开关量控制功能对系统运行状态进行实时监测，极大程度上缓解了运维人员的工作压力，提升了机电设备运行的稳定性。其具体工作原理为：开关量控制功能可以对系统运行状态进行实时监测，根据监测到的情况对电流大小进行自动控制，且当设备处于平稳运行状态，开关量会处于低档状态；一旦设备系统处于高功率运行状态，尤其是当其实际运行功率接近甚至超过机电设备的额定功率时，开关量控制系统会发挥调节功能，通过跳转至辅助电源的方式以实现系统额定电压的增长。

PLC 技术开关量控制系统所具有的自我故障诊断、修复功能，不仅可以对系统各个部分的运行状态进行监控，对预判出的险情提前进行预警提示，自动调整和修复问题；还可以详细记录并分析已经发生的故障，运维人员定期对这些信息进行分析梳理，可以有效避免机电设备后续运行中出现相同的故障。由此可见，PLC 控制系统可以为机电设备的运维提供强有力的技术支撑，无论是隐患提前预警还是故障发生时的快速反应机制，亦或是故障发生后的数据分析功能，在有效降低电气自动化控制系统故障方面发挥的作用，功不可没。

4.2 闭环控制

电机启动系统中涉及众多技术，包括但不限于声控、遥感、生物识别等，这些技术可能缩短电气启动所需时间，还具有操作便捷等优势，但在后续运行环节中，易在状态感知和调控等方面存在瑕疵。

PLC 闭环控制系统主要应用于电机启动系统中，可以较少液压、转速、电流调控等方面的异常状况。例如，当电机长时间处于高压运行状态时，其内部油管和电路所遭受的压力不断增加，一旦油管内部压力突破1.0MPa，液压油可能发生溅射，增加油管内部被腐蚀的隐患。利用PLC 技术的闭环控制程序，可以有效避免上述情况的发生，该程序可以对油管内部压力进行实施监测，并根据感应器传回的数据对设备的压力情况进行分析后，进而控制调测开关。即使液压状态超过了正常范围，自动控制系统可以通过特定操作减少液压压力，且只有在压力达到正常范围后，才会重新恢复操作[3]。

除此之外，PLC 技术的闭环控制系统在监测转子的运行效率和温度方面，同样发挥着重要作用，具有平衡转速与温度的功能。例如，电机转速的增加会削弱电机的散热性能，因高速运转的转子造成电机的温度超出正常值时，或电机长期处于高温状态时，设备内部的保险装置很容易被损坏，轻则影响电机运行效率，重则导致电机毁损。

4.3 顺序控制

通俗将，PLC 技术对于电气工程自动化控制系统中的顺序控制具有非常重要的功能价值，有效提升了自动化控制系统的运行效率和流畅度。例如，当传统的电气系统应用于火力发电厂时，可能会产生燃烧物或者不易分解或排出的杂质。为解决上述问题，电厂员工首先需要利用风机鼓风，将上述物质集中起来。然后再人工处置这些物质。这种方式不仅效率低，效果也不尽如人意，且电厂工作人员所面临的工作环境也较为恶劣，不利于员工的安全健康。

使用PLC 技术后，传感器系统可以对发电过程中产生的燃烧物或杂质进行检测，然后触发相应的程序实现对燃烧物及杂质的自动集中处置。由此可见，在火力发电厂生产经营过程中，应用PLC控制系统后，可以高效、便捷的处理发电系统的运行效率，及时消除燃烧物及杂质对发电系统运行安全的潜在影响，也有助于推动火力发电厂向绿色、环保、节能型电厂进行转型。