电气设备自动控制系统中PLC的设计

叶伟

（零八一电子集团四川力源电子有限公司 四川省广元市 610017）

1 前言

1.1 课题研究背景及意义

PLC自动控制系统也被称为可编程控制器，属于多学科融合的工业控制模式类型，具有较强的应用综合性，主要应用领域在实际生活生产和电气设备制造等，在这些工作中发挥了极其重作用，目前呈现出较强的稳定性，以此来满足装置运行稳定性和安全性。同时随着我国产业发展，PLC的应用可以有效推动电气设备控制系统的优化和升级，甚至作为控制系统中非常重要的一部分，PLC的应用可以辅助优化生产管理，减少技术人员实际工作量以此来降低投入的成本，提升对工业制造公司的保障力度，并且还可以达到预期的应用效果，目前来看PLC技术应用突破传统控制系统模式，基于这一角度可以知道PLC的应用效果非常显著。

1.2 课题研究现状及内容

PLC控制系统在电气设备自动控制应用中属于简化后的电气逻辑，在实际应用中不仅可以提升操作的便捷性还可以提高用电设备的使用效果和运行质量，以此来保障装置应用的安全性，在本文中主要强调的电气设备自动控制系统中PLC应用设计，因而具有非常重要的理论和实践研究价值。受限PLC控制系统在结构设计中包括设计→安装→调试，相较于传统应用模式，PLC打破了对继电器和计数装置限制，实现使用装置的优化，其次是可以减少人为操作，减少工作量和工作失误。其次PLC在设计中需要根据用户需求可以有针对性的展开设计，通常设计人员会采用梯形语言来帮助完成，其原理在于通过使用梯形图方式来转化为其他语言类型，以此实现功能控制需求，降低使用者操作难度，相对来说PLC中所涉及到的原理与电器电路原理相类似，从而增强梯形图的直观性和可操作性，通常梯形图技术学习难度偏低，一般熟练电路电器原理的技术人员很容易掌握。

同时PLC可编程控制器主要是利用数字计算方式应用在工业生产领域，并且发挥着非常重要的作用，目前可编程控制器的设计由两部分内容组成，其分别为软件设计和硬件设计，其中硬件设计又可以细分为机箱和显示装置，机箱用于系统数据、模拟量和数字量之间的转换，容易及早发现故障部位进行切断。主机则是进行操指令的传输，通过调整电机实际运行参数，实现对系统控制。PLC控制系统可有效采集伺服电机信号并根据信号内容执行对应程序，通常情况下电气装置运行较为稳定，其原理在于采用多种控制方式如励磁控制、逻辑控制等，遵循PLC控制系统工作原理，使用者可以通过逻辑量实现对任务指令的执行，其本质在于数字量、模拟量与接口模块等执行操作，这样即使在非常恶劣的工作环境下，仍可以进行工作操作，为此PLC应用功能强大吸引工业领域学者的关注，并逐渐成为工业领域中重要的组成部分，本文基于电气设备自动控制系统中PLC的设计方法，以污水处理为案例，对各个污水处理环节进行分析，最终完成总体方案的设计。

2 电气设备自动控制系统PLC设计概述

2.1 电气设备自动控制系PLC设计

2.1.1 对控制任务进行评估

在电气设备控制系统中适用到PLC装置可以提升其运行的有效性，同时应用中要做好设计工作，其包括对行业通用控制功能进行合理评估，以此来保障PLC技术应用的广泛性，同时根据当前电气设备的运行情况，在PLC技术的选择上，可以参考运行方式和主要类型，以此来确保此次设计的可靠性和实用性，同时基于数据处理能力、规模和设计难度等相关指标可以实现对装置控制系统功能运行进行合理预估，从而达到控制系统实时性的应用需求。

2.1.2 确定PLC的系统规格

在运行过程中必须考虑电气设备使用的安全性能，只有确保安全性的前提下才能保障装置运行的稳定性，为电力公司提供长远的保障作用，因而在设计中需要基于电气设备所呈现出的具体参数进行选择，在设计前需要对所选择的型号进行预判，这样才能从市面上选择到与之相匹配的PLC，同时也要充分了解用户使用需求、使用特点以及应用场合等，以此来增强PLC系统的可靠性。

在选择具体PLC型期间，一定要注意所选择的厂家是否正规，只有正规厂家生产出的PLC会与所需PLC型号相一致，同时也能保证电气设备运行期间的安全性和稳定性。基于PLC输出点和输入点可以分析PLC的相关参数，必要时根据需要对输入点和输出点进行调整，以此来满足系统应用的安全性，同时雅瑶对PLC当前的存储容量展开讨论，当存储容量的数值超过程序容量后，方可以对电器设备提供合理的保障。

2.1.3 实施自控系统的设计

将PLC应用到电气设备自动控制系统，需要遵循具体的运行原则，尤其是功能的完整性和安全性，这样便于科学有效的完成控制系统的设计，确保系统装置可以稳定运行，同时也满足工业生产的现需要。后按照一定的次序对系统软件与硬件程序进行编写，其主要过程为控制器→抗干扰→电路连接的顺序，这样才能建立一个比较完整的标准框架，以保障后续工作可以顺利进行。

2.1.4 实施系统调试

在PLC设计期间，需要在上述内容的基础上考虑调试问题，调试过程要根据技术标准和功能需求，在严格的模拟的环境下完成对系统的调试，当前调试的方法包括联机测试，根据电气设备控制系统设计目标，对PLC系统进行完整分析，让PLC能够适应当前电气设备提出的技术要求。同时，技术人员必须保证自身技术专业性，遵循专业标准进行操作，将开关方式进行模拟信号技术启动，增强对控制系统判断的精准性，同时需要对编辑器进行分级，同样需要在调试过程中进行分段，掌握合理系统安全运行策略，这样找到控制系统中所存在的缺陷，进行及时调整和解决。

2.2 PLC在电气设备自动控制系统中的应用

设计者在进行电气设备自动控制系统的设计中需要了解控制系统要实现的功能类型，其次是要对市面上各类PLC产品进行价格和质量进行比较，后根据对比结果选择性价比较高控制器，最后是要在确定信号后，对模拟量、显示设置以等模块进行选型，上述步骤是为开发准好准备，此外需要注意到在完成PLC主机选型工作后，需要确定I/O数量、控制系统以及调试等。

2.2.1 功能运用分析

通常PLC的结构包括存储器、电源和CPU，电源还可以细分为备用、系统和保护等，其中CPU用于存储，具有一定的数据运算能力，并且在实际应用中强调协调效果，接口电路是外设备中非常重要的部分，可通过输入电路对相关信号进行转换，或者是输出电路将某些信号转换后进行输出。根据当前研究成果来看，在控制系统应用PLC则可以控制开关了，对机械装置设备运行进展开分析，同时根据PLC计时对系统展开设计等。

2.2.2 PLC型号选择

PLC作为控制系统中的重要组成部分，需要了解PLC在使用中的细节，具体包括按照电气设备具体参数展开分析，以此来保障所选择的PLC型号可以符合实际应用需求，其次是PLC型号可以提升对系统控制的安全性和高效性，同时可以强化管理效果，PLC系统基于软件和相关设备展开深度联结，基于高品质的处理器执行现场控制要求，促进了PLC在工业领域的应用质量。

2.2.3 I/O地址确定

在自动控制系统中对PLC进行开发，需要在初期完成对I/O地址的确定，这将会关系到后续系统的深度开发和功能的拓展等，确保I/O点数满足实际功能需要，充分认识到系统对于备用或者是扩充等方面的需求量，这样所选择的I/O的数量能够撑起系统需求。需要注意的是离散输入、输出接口等选择要考虑标准接口，在标准接口下若是无法实现某些需要则要考虑应用到特殊接口。

3 PLC在污水处理系统中的设计分析

当前我国为了管控水环境，部分公司要负担高额的水质管理费用，同时水质净化需要较长的周期，净化难以达到标准要求，为此不得不从源头开展管理，以此来解决水质问题。目前我国完善环境保护法律法规，严格要求企业对污水进行管控，以此来消除有害污染物，尽可能让污水净化后符合标准将其排放，在这过程中需要考虑到解决成本和技术等内容，或者是再工业聚集的区域内建立污水集中厂，其目的是实现高效对污水的净化，提升污水处理效率。

3.1 污水系统处理流程

以10000立方米污水处理为例，需要了解污水具体的处理流程，该过程为污水会先通过粗格栅口→泵站→细格栅→曝气沉砂池等物理过程，后进入到生化反应过程即恒水位SBR生物反应池→用于消毒的滤池→消毒池→巴氏计量槽，后通过提升泵站实现污水的排放。

3.2 PLC控制要求

在污水处理系统中包括两个部分即监控系统和电气设备控制，前者主要是采用到WinCC组态软件实现监控，后者则主要是对SBR反应池和二氧化氯发生器进行温度监测以及在SBR反应池内pH数值监测等，具体为pH数值超过所规定书之后需要打开加酸阀门对其进行调节，反之则是打开碱阀门。PLC控制系统主要是用于对各水池液位进行检查与调节，当液位高度数值超过或者是低于规定数值则会启动控制功能，发出报警，因而具有非常重要的现实意义。

3.3 污水处理系统方案设计

根据功能需求在对PLC控制系统的设计中要充分考虑污水处理流程，其主要包括三个阶段，分别为预处理阶段→生化反应阶段→污泥处理阶段，这三个阶段均可以通过PLC控制系统来实现，在本次设计中采用到了分布式的方式进行整体系统架构控制。

根据污水自动处理控制系统规定控制系统需要配备1个PLC主站、5个PLC从站以及上位机控制，其主要适用于对整个控制系统进行监控监督，目前上位机可以综合考虑选择工业PC机，PLC控制主站采用PROFIBUS-DP网络与各PLC控制从站通信。操作员站的作用是通过WinCC监控软件对整个污水控制系统中各个环节进行实时监控，利用人机对话装置可以有效监测异常，及时修复对应的位置，同时设工程人员需要定期对应用设备进行管理和调试。

4 结语

在PLC实际应用中本文以污水处理系统用为例，了解基本的污水处理工艺流程，后分析PLC的应用功能，最后开展设计，PLC在应用期间可以呈现出良好的抗干扰性，将信号转换为电平，确保设备可以自动运行，并且PLC控制系统可以对整个污水处理环节进行实时监控，尽快的发展设备故障点，并开始自诊断，检修和维护人员可以通过信号的输出对故障问题进行判断，及时修复，确保整个系统仍能持续运行。