电气工程自动化控制中PLC技术的应用

贾聃 朱峰刚

[摘    要]对PLC技术的特点与工作流程进行分析，阐述该技术在电气自动化中的应用方法，该技术的应用不但可创建新型电气控制模型、调整适中程序、控制转速测量装置，还可在矿井提升机、空调系统、机床电气控制等领域应用。最后对PLC自动化电气控制系统的设计与应用进行研究，包括系统需求、设计方案与应用实现三个方面，应用该系统对电气控制水平提升具有重大意义。

[关键词]电气工程;自动化控制;PLC技术

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]This paper analyzes the characteristics and working process of PLC technology， and expounds the application method of this technology in electrical automation. The application of this technology can not only create a new electrical control model， adjust the appropriate program， control the speed measurement device， but also be applied in the fields of mine hoist， air conditioning system， machine tool electrical control， etc. Finally， the design and application of PLC automatic electrical control system are studied， including system requirements， design scheme and application realization. Through the application of the system， it is of great significance to improve the level of electrical control.

[Keywords]electrical engineering; automatic control; PLC technology

現阶段，PLC技术在工业领域得到广泛应用，是指专项服务于工业环境中的可编程数字计算操作系统。该技术在微处理器基础上，综合运用计算机、通信技术、网络技术等成为新型工业控制装置，可自动完成顺序控制、计数、逻辑运算等命令，并将存储内容利用模拟量传输，对各类机械生产进行控制。在电子技术不断成熟之下，PLC系统的应用范围进一步延展，拥有更为广阔的发展空间。

1 PLC技术概述

1.1 技术特征

在工业生产中，PLC可通过模拟数据与编程等方式，使作业环境更加安全可靠。PLC系统自身存储其可执行逻辑运算、计数等操作，并依靠模拟量控制电机与器械，即便在复杂接线的控制器系统中应用，也具有较强的可靠性。PLC以计算机和接触器控制为基础，可有效弥补传统机械触电继电器的弊端，利用逻辑关系替代以往导线线路，使节点变位时间几乎为零，且无需考虑返回系数问题。同时，PLC系统的抗干扰力较强，适用于复杂工业环境中;该系统的指令形式简单，操作难度小，逐渐替代传统系统在电气工程领域得到普及应用。

1.2 基本工作流程

PLC是将计算机、通信与自控技术综合应用的新技术，在其工作中势必要利用微处理器作为硬件基础，该技术的工作流程为：①采集和输入现场信息，在控制系统软件程序操控下，执行预编辑良好的指令针对现场输入区进行扫描，并对输入区的当前状态进行评估;②根据特定功能执行相应程序，以用户控制系统为依据，设置明确的程序指令，根据特定规则全方位扫描，再综合考虑现场运行状态、指令规定等内容，实施逻辑运算或分析;③对系统有效响应过程进行控制，采集执行程序相关结果与运算输出结果，将二者输入主机中，由主机向其他传输点发布信息，由此实现设备控制的目标。在上述过程完成后，新的过程控制行为将重新执行，每执行一次，便可完成一个工作周期。在实际应用中，常常要求更多设备流程不间断的运作，而PLC的应用刚好可满足此种设备要求，且PLC程序语言模式通俗易懂，易编写和修正，适用范围广阔，可有效缩短软件开发时效，节约大量开发资金投入。

2 PLC在电气工程自动化中的应用

当前PLC技术不断优化完善，功能更加全面，在电气设备控制领域得到广泛应用，可利用其创建新型电气控制模型，调整适中程序，控制转速测量装置，还可在矿井提升机、空调系统、机床电气控制等领域应用，取得理想的应用成果。

2.1 创建新型电气控制模型

在以往的电气工程运行中，应用较多的是电磁性继电器创建电路控制模型，使系统中的路线结构与触点数量满足规定标准。而应用PLC技术后，可有效解决以往系统结构运行方面存在的不足，并提出针对性解决措施。只有在确保自动化开关量稳定优化的基础上，才可从本质上提升自控系统运行完整度。此外，大部分自控企业均利用PLC中的自控模块促进管理机制的高效落实，达到更加良好的处理效果。在技术模型构建方面，与传统电路继电器相比，PLC的应用可节约更多继电器反应时间，将技术特点充分发挥出来，使生产环境更加安全。

2.2 调整适中程序

当前，国内控制技术已经进入成熟阶段，大部分企业的PLC技术均是作为顺序控制器投入使用。火电厂与其他电厂中的除灰工序便要利用PLC完成除灰任务。在发电阶段，电气自动化水平与除灰效率有着直接影响。为了达到预期目标，可利用PLC技术帮助企业节约更多生产成本，通过控制适中程序降低劳动力方面的投入，达到提高施工效率的目标。

2.3 控制转速测量装置

在自动化系统中，电机启动方式分为手动、自动与现场启动三种。通过PLC闭环控制的应用可对不同类型调节器与转速测量装置进行控制，如泵机启动、电机速度控制等，由此达成电气自动控制的目标。在自动化运行中，可依据多种电机运行状态选取合适的控制模式，采用PLC闭环控制使系统运行更加安全高效，设备自控水平得到显著提升。

2.4 其他领域应用

（1）机床电气控制。在通用加工机床中，可对机械、液压与电气进行协调控制，电气与液压在特定时间内相互配合常出现多样化故障，为后期检修增加难度。对此，可将PLC系统引入其中，替代以往以基础漆为主体的控制装置，操作者可快速准确的掌控时间。在PLC技术应用中，可有效预防设备故障的发生，构建控制与检测同步开展的综合系统，取得理想的电气控制效果。

（2）矿井提升机。在煤矿开采行业中，矿井提升机作为不可或缺的设备，可通过钢丝绳牵引的方式使提升机在斜坡道中运动。PLC系统在提升机中的作用还可从调整转速中体现出来;当收到开车信号后，按下操作按钮，PLC变频器便会结合实际情况进行调速，使提升机能够高效投入工作中。为预防溜车情况发生，PLC系统还可利用直流制动的方法进行电机控制，此种调节方式产生的速度曲线不但可对提升机速度进行检验，使设备定位更加精准，在操作方式上也更为灵活便捷。

（3）空调系统。从理论层面上看，中央空调在制冷系统控制中可采取以下措施，即继电器、直接数字、可编程控制器。前两种因自身缺陷无法弥补逐渐被淘汰，PLC编程控制因在操作便利性、可靠性、可维修性等方面占有明显优势，当前已经成为中央空调系统的典型形式。

3 PLC自动化电气控制系统的设计与应用

3.1 系统需求

在煤矿生产中，生产安全受内外多项因素影响。主扇风机中的自动监控系统应用情况对生产安全性具有直接影响。该系统可分为两项内容：①变电站检测控制;②对风机不同阶段各项参数进行检测。该系统的现实需求如下：在运行过程中能够严格监测通风系统，包括内部风量、压强、风速、甲烷浓度等，并对各项指标对生产安全的影响程度自动排序和记录;对每台风机相关电量数值进行实时监测，如功率、电压、电流等，并及时提示异常数据并处理，有效避免突发事件发生，降低损失量。

3.2 设计方案

为了使该系统运行更加稳定高效，营造有利的硬件设计环境，需要制定相应的设计方案，对系统内部结构的各模块功能进行明确，使多个模块相互协调，达成系统运行的总体目标。该系统的设计方案如下：

（1）输入电路模块。该模块作为PLC系统运行的基础，供电电源的适应范围应合理恰当。根据当前自控系统的要求，需要强化电源抗干扰性，减少环境对电源运行的影响，这便要安装电源净化原件，使电源滤波器、隔离变压器等作用充分发挥出来。在后者应用中，应制定双层隔离方案，构建屏蔽层，减少外部环境高低频脉冲产生的影响。在该模块设计中，还应控制电源容量，使电源短路得到有效防护，使电源系统更加稳定安全运行。

（2）抗干扰模块。为避免外部因素对系统造成的干扰，可采用隔离方式。在此期间，可利用超隔离变压器对高频干扰进行隔离，还可采用屏蔽方式阻断干扰源传播，提高系统整体抗感染能力。在实际应用中，还可将PLC放入金属柜中，该物体具有良好的磁场与静电屏蔽性能。为降低系统运行中的干扰度，布线分散模式的应用可使不同强度的线路相互分离。

（3）输出电路模块。在输出电路設计中，应根据生产实际需求完善电路设计体系，充分发挥晶体管的作用，对变频器调速、控制信息进行输出。大量实验研究表明，通过晶体管的应用可有效提高PLC的控制效率。在低频工作环境下应合理选择继电器类型，以其为输出的电路设备，工作流程较为简单，具有较高的工程效益，有助于强化控制系统整体负载力。

3.3 应用实现

通常情况下，PLC系统由系统和用户两项程序组成。前者的功能有三种，即将程序语言转换成机器语言，对整个系统进行管控，并在设备故障时自动检测和诊断。后者属于外部模式，对用户可见，采用PLC语言编制程序进行现场控制。在监控系统中，PLC的输入量只显示数字量，由传感器对电流模拟量将温度、压力等数据转变为相应数字。同时，因电动机应定期检修，也属于监测系统中的关键内容之一。通常情况下，从本质上看系统故障监测便是对传感器状态进行判断，一旦发现数据超过警戒值便会立即报警，再启动诊断程序，检验传感器是否发生损坏。最后将故障检测结果在上位机上展示出来，调度者可利用程序对基本信息进行查询，使故障得到及时有效的修复。

在PLC硬件系统应用中，主要包括系统构成与信号分析两项内容。主扇风机控制以PLC与变频技术为基础，可利用变频与调速的主扇风机对上述系统进行控制。然后，根据主扇风机速度等判断所需电动机的数量，由此实现闭环系统的相应设计。同时，采用安装在主扇风机四周的传感器进行数据监测，获得该设备实时运行指标，将检测的数据传递给PLC，实现PLC对各项数据进行分析计算的目标，制定与之相对的控制方案。后者的原理在于PLC启动后，由速度传感器对主扇风机运行时的速度进行监测，将该信号转变为电流信号，并将其输入到PLC模拟量扩展中，以此作为风机真实速度值，再将该设备接收的信号与系统自身速度对比分析，并与其他数值对比后，对速度控制范围内电压信号传输情况进行判断;由变频器利用采集的信号调整电动机速度，对设备数量与相关数值进行调节，实现电气自动化控制的目标。

4 结论

在计算机与控制技术不断成熟之下，PLC技术理论体系日益完善，在工业领域得到更加广泛的应用。该技术可有效弥补传统机械触电继电器的弊端与不足，使控制系统更加安全可靠，不但可创建新型电气控制模型，调整适中程序，控制转速测量装置，还可在矿井提升机、空调系统、机床电气控制等领域发挥自身价值，未来将获得更加广阔的发展空间。

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