PLC在工业电气自动化中的应用探究

刘瑞涛

(石家庄职业技术学院电气与电子工程系,河北石家庄 050081)

0 引言

为了适应当今工业形式的发展,需要在电气自动化的数字技术领域中不断创新。PLC作为工业电气自动化的关键技术之一,必须不断引入新的思路,进行创新发展,并使工业真正实现数字化、智能化和自动化[1]。

1 PLC概述

PLC技术是由多个控制序列互连的控制网络,其主要是利用嵌入式计算机与设备的继电器触点连接。这种新的控制方法的出现可在一定程度上有助于电气自动化的灵活控制,且此方法的可靠性较高,最重要的是,可以实现精确的电气自动化控制。PLC技术不仅可以按照既有程序进行控制,而且可以根据需要对其进行编程,拓展其功能,实现多功能控制。PLC的主要结构包括了微处理器、电路模块、存储器等,可以实现数据收集、数据传输以及执行控制等多个功能。在PLC技术中,不同的模块其主要的功能不一样,比如微处理器,主要是实现数据的收集与处理,是PLC技术的主要核心部分,而电路模块主要负责信息传输,是PLC技术的连接基础,存储器主要负责程序执行和存储,是PLC的操作部分。由于PLC的智能性、高效性和稳定性,使得其在控制领域中获得了广泛的应用[2]。

2 PLC技术的应用优势

通过PLC技术控制的设备在工作过程中,操作员不需要对计算机有足够的了解,只需要对计算机编程有一点了解。开发过程不会花费很长时间,设计和调试过程中的技术要求也不是很高,这使工作变得更容易,从而显著提高了整体质量和效率。另外,硬件配套设施可以适应不同的情况,系统配置的各种组合形成具有不同功能的控制系统,且维修非常方便,可以在运行过程中执行自我诊断,以便及时消除故障。另外,系统本身的故障率不是很高,因此系统在运行中具有巨大的优势。主要有以下优势[3]:

(1)编程简单、可用性强:PLC技术中使用的编程方法是梯形图。该编程方法使用编程语言来实现各种控制功能,而且梯形图中的线路也相对清晰。技术人员和PLC用户都可以自己阅读用户手册或简短的教程可以快速掌握梯形图编程控制程序,这种简单易用的编程方法可以满足不同用户的需求。

(2)可靠性高,抗干扰能力强:基于PLC技术的当前应用和生产,大规模集成电路技术得到了广泛的应用并且具有相当高的可靠性。PLC可以实现在线编程,使生产过程发生了很大的变化,因此被广泛应用于小批量生产和控制各种工业生产。作为微处理器控制设备,PLC在内部结构的设计和制造中使用了大量的抗干扰组件,例如软继电器,警戒时钟等软件和屏蔽、滤波器、隔离等硬件。当工业设备发生故障时,警戒时钟会及时响应异常信息,使员工能够及时保护和维修故障设备。

(3)功能完善,适用范围广:在PLC内部安装了各种硬件,以实现逻辑运算、数据处理、驱动程序通信、人机对话、自动记录和检测等功能。它把各种简单和复杂的功能集成在一起,可以控制生产设备、生产过程和生产线以及各种系统。

(4)减少设计和施工工作量:从PLC控制器的角度来看,应用存储逻辑将先前的连接逻辑覆盖。显著减少了外部设备的布线,缩短了系统构建周期,降低了设计复杂性,并简化了硬件和软件维护。通过以上改进不仅可以减少硬件安装工作量,而且可以减少后续使用期间的检测。这项工作大大减轻了工作量。

3 PLC在工业电气自动化的应用基础

PLC是一套非常复杂的系统,其包含了多个学科领域的知识与应用。主要包括以下几个方面的内容[4]:

(1)PLC工业电气自动化的应用是基于计算机基础之上的,因此必须通过本地通信网络与中心服务器相互连接,以便为员工提供随时随地管理计算机的网络基础。如今,基于客户端/服务器和基于浏览器/服务器的网络通信模型已广泛应用于所有制造业,通信模型的特定选择基于工业生产中对PLC工业电气自动化的需求。

(2)在执行PLC工业电气自动化应用程序时对硬件要求的分析:通常有两个方面的要求,一种是自动控件的安装和使用,这是对物理数据监视的最简单的操作,以使电机保持最佳工作状态;另一方面,某些设备被用作实现电气自动化应用的媒介,如电机通常用于自动控制与电机有关的所有生产机械和设备。

(3)PLC工业电气自动化中软件需求的分析和应用:要实现自动控制,最重要的是内部PLC工业电气自动化可以与外部设备很好地连接。当前,自动化控制系统的应用通常包括初始化系统的运行状态,创建集中的运行程序库,使用密码控制过程,检测和监视设备状态,在设备出现故障时管理操作以及PLC主机电机操作系统已连接到控制系统。这些系统的设计应确保在独立执行操作的基础上相互协调发展,并共同促进自动化控制系统的使用和实施。

(4)PLC工业电气自动化中变频调速系统也很重要。工业电气自动化的最大目标是在制造过程中随时随地根据电流和电压的变化来改变机器本身的功能,并改变电压,这会在整个制造和工业系统中造成混乱。变频器速度控制通过全局和局部变量实现与PLC电机控制的通信。

4 PLC在工业电气自动化中的应用

4.1 开关量控制应用

在传统的电气开关数量自动控制中,主要使用磁点继电器进行操作,该控制方法系统接线的操作复杂,因此其控制的可靠性和稳定性较差,各种外部因素会导致运行效率低的缺点。在电气自动化控制中,有必要改进继电器,并严格控制操作过程中触点故障的可能性。PLC技术可以有效改善这一控制过程。

4.2 PLC技术在火电厂中的应用

PLC技术在火电厂中的应用可以有效增加经济效益和生产效率。借助PLC控制系统,操作员可以监控煤处理系统,从而大大提高了系统的可靠性。此外,就火电厂的泵启动方法而言,自动泵送系统包括三种方法:自动启动、现场控制箱启动和机器侧屏手动启动。首先,就自动启动模式而言,PLC自动泵控制系统中的泵启动由内部顺序控制模块控制,该模块由启停备用泵来确定。从目前来看,泵控制主要包括PLC控制和常规控制。在这两种方法中,PLC是主要方法,常规控制可以视为PLC自动控制系统的安全电路,因此,即使出现问题,也可以保证泵的正常运行[5]。

4.3 PLC技术在立体仓库中的应用

由于现代科学技术的不断创新,促进了各种电气设备的广泛使用。当前,在线电子商务的发展已逐渐成为时代的新趋势,也为现有的电子商务物流领域的发展做出了贡献。在物流行业中,PLC技术的应用可以优化立体仓库的建设。立体仓库主要包括水平移动结构以及垂直升降结构。使用PLC技术可以改变整个过程,优化货物运输的整个阶段,提高货物的存储效率,并有助于改善仓库建设水平。立体仓库使用闭环控制来收集在整个过程中需要使用的数据并进行编译。编译后的数据发送到PLC控制系统端口,以实现全过程控制。该技术的使用不仅可以优化货物运输,而且可以最大程度地避免人为因素造成的错误,从而为电子商务物流业的发展做出了贡献[6]。

4.4 PLC技术在供热站自动控制系统中的应用

供热站自动控制系统采用PLC技术,使用人机交互设备,并通过收集PLC数据,监视模块和其他接口设备来监视一级网和二级网的运行状态。PLC完成一级和二级网的连接后,在收集供水的温度,压力和流量后,必须使用微处理器,程序存储器等调整电磁阀,变频器和泵的运行参数。供热站和其他设备控制循环水的量,以及吸收和排出介质中的热量,以实现对供热站的控制。PLC控制系统包括以下控制方法:(1)调节电动控制阀:主要根据二级网的供热温度曲线进行调节控制热交换器的一级网的流量,然后使用PID控制器控制一级网的回流管道的电磁阀控制设置。将一级网供应到热交换器,从而调节向二级网供应的水的温度。(2)循环泵的控制:由PID控制器控制,以控制循环泵的性能,以实现二级网的供水和回水之间的设定压力差,并间接控制二级网的循环流量。(3)调节补水泵:控制补水泵的频率,控制辅助流量,稳定辅助网络的背压设置以及实现辅助网络的自动补给。(4)PLC控制系统调节二级网的温度:控制一级网中的水的供应和返回,然后通过二级网的流量控制所有供热,从而调节供热站[7]。

4.5 PLC技术在水处理中的应用

PLC技术在水处理中的应用整个过程大致可分为三个部分:水增压原水站、一级反渗透和二级反渗透。每个单独的系统都需要独立的管理和操作。水处理系统主要包括数据采集和顺序控制功能,PLC主要执行顺序控制,也可以通过编程对设备进行必要的保护和锁定。操作员站的上位机屏幕可以显示过程和测量参数以及组参数。当参数超过警报阈值或控制对象发生故障并且状态改变时,该参数可以以不同的颜色显示或闪烁,并发出声音报警。使用屏幕上的控制按钮可以选择三种操作模式:自动模式,组模式或远程手动控制。操作员站可以定期打印出操作数据记录,报警记录,设备操作记录等。PLC编程应帮助人们实时改善水箱的状况。通过压力式液位计对原水箱、纯水箱和试验水池液位进行监测监控。当水位变化时,液位计将向控制模块传输信号。如果原水箱未满,则可以打开原水电磁阀门,未经处理的水进入水箱,然后打开处理阀,但是在此过程中将有大约两秒钟的延迟。在此过程中,浓水电磁门会随第一级高压泵打开,高压泵将水抽入原水箱。待液位达到设定值以后一级泵停止,电磁阀关闭。由于PLC编程操作简单方便,不受外界影响,因此可靠性高,并促进水处理系统的连续高效运行[8]。

5 结语

综上所述,PLC技术在工业电气自动化中的应用有极大的优势,可以极大的提高工业生产的效率和质量,已在多个行业中取得非常好的应用效果。本文简单分析了PLC技术在火电厂、立体仓库、供热站以及水处理中的应用。随着科学技术的不断发展,PLC技术也不断取得进步,未来PLC技术将更为智能化,在工业自动化中的应用也将越来越广泛。