PLC技术在电气工程自动化控制中的应用

刘宏山

武汉轻工大学，湖北 武汉 430040

0 引言

PLC是可编程逻辑控制器的英文简称，是一种专门为了工业生产而设计的数字运算操作电子系统，其逻辑运算、顺序控制、定时、计数、模拟输入输出等功能均为工业生产而服务，与工业控制系统之间存在高度相容性和易扩展的优势[1]。文章围绕PLC技术在电气工程自动化中控制的应用进行讨论，为推动我国PLC技术的发展提供参考。

1 PLC技术概述

PLC根据结构可分为整体式PLC和模块式PLC；根据功能可分为高、中、低三档，其中高档PLC可满足工厂生产设备的自动化控制需求；根据I/O点数可分为大、中、小三型。其中，小型PLC的点数小于256，由单CPU、8（或16）微处理器、4 KB以下的用户存储器组成，多见于日本产品；中型PLC的点数小于2 048，具备双CPU，存储容量上限为8 KB；大型PLC的点数大于2 048，且暂时无上限，CPU数量大于2，处理器为16（或32）位，存储容量上限为16 KB，多见于欧美国家的产品[2]。

1.1 PLC技术的特征

PLC的研发借鉴了继电控制器、计算机技术和通信技术，具有其他控制器无法比拟的技术优势，已经成为我国现代工业的关键技术之一。PLC技术已经在我国多个工业生产行业得到应用，在冶炼、机械制造、能源化工、电力、交通等行业内均有PLC技术的足迹。

1.1.1 反应速度快

反应速度快是PLC在工业生产领域发挥重要作用的原因之一，PLC技术能够快速反应的关键在于辅助继电器的应用。辅助继电器可以帮助PLC忽略部分电气工程控制节点，从而节约时间，加快对控制系统内各项内容的处理速度，提升整体运转速度。

1.1.2 安全性高

PLC的安全性主要体现在其优秀的抗干扰能力，其能够有效规避干扰因素，保证电气工程自动化控制的整体运行效果。随着电气工程自动化控制设备数量的增加、规模的不断扩大，PLC的应用领域日益广泛，PLC需要应对的情况越来越复杂，需要通过不断完善相关技术来保证其性能安全。

1.1.3 操作简单

相较于内部复杂的程序运转和数字运算，PLC技术在人机操作方面更加简便。工业生产操作人员可通过简单的操作来控制PLC及其外围设备，提高电气工程自动化控制过程中的人工操作效率，减少对人力资源的依赖。操作简单的优势也使得操作人员在遇到问题时不需要花费大量时间在PLC操作上，有利于故障和问题的快速排除，可以保证工业电气设备的稳定运行。

1.2 PLC的内部构成

从内部构成来看，PLC主要由FCS（现场总线控制系统）和DCS（分散控制系统）构成。FCS是控制PLC与电气设备之间线路的总开关，是保证PLC操作简单、反应速度快的重要基础。FCS结合了通信技术和计算机技术，使PLC与电气设备之间的线路可以传递数据信息，为PLC的数字运算和控制提供了数据基础。DCS是分析控制功能实现的关键，其主要功能为根据FCS获取的数据信息分析与预测电气工程设备操作过程中潜在的风险、检查电气工程自动化控制系统中各项功能是否完备，可以降低电气工程自动化控制系统运行的成本和故障发生率[3]。

2 PLC技术在电气工程自动化控制中的应用价值

2.1 简化电气设备维修

PLC的应用价值之一在于简化电气设备的维修环节。电气工程自动化控制系统中应用的PLC体积小，而且能够对电气工程运行中的潜在故障进行分析和预警。前者降低了电气设备拆卸维修的难度，后者辅助操作人员将故障消灭在萌芽阶段。

2.2 优化控制结构配置

PLC在电气工程自动化控制中的应用范围较广，不仅可以用于单台设备的控制，还可以集中控制流水线的多台设备，这依赖于PLC系统内的大容量、高速运行计算机。计算机是PLC系统的核心，是分析数据信息、发现潜在故障、优化控制结构配置、提高运行效率的关键。

2.3 提升抗干扰性能

在电气工程自动化控制中应用PLC技术不仅可以实现对众多电气设备输入口的顺序控制、逻辑控制，还可以结合继电器优势提升电气工程的整体抗干扰能力以及电气工程运行的稳定性。继电器和开关量化是PLC技术研发、应用的基础，也是PLC技术的应用价值得以实现的基础。

3 PLC技术在电气工程自动化控制中的应用模式

3.1 控制开关量逻辑关系

控制开关量逻辑关系是电气工程自动化控制中PLC技术的常见应用模式，其主要目的在于利用PLC技术有效控制电气工程中数量众多的开关，借助顺序控制和逻辑控制保证整个流水线中机床、设备的高效运转，提高工业生产加工的质量和效率。对开关量逻辑关系的控制是PLC技术在电气工程自动化控制中的重要功能，不仅保证了自动化控制的应用优势，还保证了工业生产过程的可靠和高效，而且为工业生产流水线和控制系统的故障排查奠定了基础。在开关量受顺序和逻辑控制的情况下，操作人员可根据PLC显示的故障预警信息快速确定故障发生位置，并尽快完成故障排除作业，在最大程度上提升电气工程的整体运行稳定性，减少因为故障而造成的损失。

3.2 集中管控大量电气设备

随着计算机信息技术的不断发展，以计算机技术、通信技术为技术支柱的PLC技术同样实现了快速发展，从单纯的自动化控制向着智能化控制方向发展。大型PLC已经可以实现对整个工业生产线上电气设备的集中管控，通过在管控范围内进行资源调配、控制细化，可以在保证生产加工质量和效率的基础上实现最低能耗，有效克服了电气自动化控制的能耗弊端和运行效率阻碍。随着人工智能技术的发展和技术难题的攻克，PLC必将继续向着管控精细化的方向发展，推动整个工业生产体系的质量、效率的提升和能耗的降低。

3.3 数据控制、处理与托管

在电气工程自动化控制系统中，PLC的高效管控得益于大量数据的采集、分析和应用，数据控制是PLC技术的核心部分，关系到PLC技术的应用效率和未来扩充幅度。电气设备运行过程中会产生大量数据，虽然PLC具备较大的数据存储空间，但过大的数据量仍然会降低PLC的运行效率。因此，在应用PLC技术时，操作人员可通过编写程序来过滤部分低价值的数据信息，以提高PLC的数据分析效率。基于PLC的数据控制、处理不仅可以帮助电气工程自动化控制实现高效运转，还有助于在信息化时代保证控制系统安全，保证用户的经济利益，避免因为安全漏洞影响电气工程的整体运转。目前，我国已有部分企业在电气工程自动化控制系统中应用数据库管理，为PLC技术的应用提供了数据控制和数据处理方面的辅助，接受PLC的数据托管，可以提高PLC的控制效率，间接提升电气工程自动化控制的效果。

3.4 顺序控制

PLC技术在工业生产加工领域中的应用方式之一为顺序控制，借助PLC的逻辑控制和顺序控制可以对系统中的众多电气设备进行顺序管理，以最优、最合理的顺序控制电气设备启动运转，提升整个电气工程的自动化控制效率，降低能源消耗。得益于PLC技术的应用，操作人员可以远程控制工业生产加工过程，只需要提前设置好PLC的源程序和常用控制模块，就可以远程管理工业生产加工过程。随着传感技术、主辅站技术的不断发展，操作人员能够参考的顺序控制数据增加，顺序控制有效性得以优化，在数据库的管理辅助下，可以更高效地应用PLC技术。

3.5 闭环控制

闭环控制是PLC技术在电气工程自动化控制中的常见应用模式，大多数工业生产加工都应用了闭环控制。闭环控制的关键在于根据指令输出和获得的信息反馈来调整控制系统中的各项参数，使系统越来越接近理想的运行状态，从而提升生产加工质量、降低能源和原材料消耗。闭环控制与顺序控制的结合是提升PLC智能化水平的关键，可进一步提升PLC在电气工程自动化控制中的应用效果，使程序的协调能力、操作简便性得到突破[4]。例如，在机械设备的生产流水线上，借助PLC闭环控制可实现刀具选择自动化、通信自动化，使流水线上的生产设备能够根据电机使用时间来选择合适的刀具，提升流水线生产的质量和效率，借助有效选型来提高生产量。

3.6 信息数据采集

使用PLC技术不仅可以控制电气设备，还可以控制摄像头、传感设备等数据采集设备，实现对电气工程自动化控制系统的全过程扫描，获取电气工程系统的海量数据。传感等设备的控制为PLC控制系统提供了更多的数据来源，与PLC内部的数据反馈条线相互配合，可有效提升PLC技术对电气工程风险的控制能力。

4 PLC技术在电气工程自动化控制中的应用领域

4.1 PLC技术在机床设备中的应用

机床是电气工程自动化控制领域中加工环节多、零部件多、原材料使用量大的一种电气设备。机床本身的运行需要一个强有力的控制系统作为后盾，一旦机床控制系统出现故障，整条线路的生产加工进度将会受到影响，造成大量的生产原材料和能源的浪费。目前，我国工业企业已经基本实现了机床电气设备的PLC技术应用，借助PLC技术可以控制机床的开启、运转时间，实时监控机床的运行状态，确定机床处于正常且健康的运行状态，保证流水线的生产质量和效率。操作人员也可以根据PLC采集的机床运行数据来判断机床是否存在安全隐患、潜在故障和磨损严重的零部件，并及时排除故障、更换磨损严重的零部件，保证机床运转安全，避免因为故障或零部件老化导致机床停机。

4.2 PLC技术在工业机器人设备中的应用

工业机器人由机械本体、控制器、检测装置、传感装置、伺服驱动系统组成，是一种能够在三维空间中模仿人类操作的机电一体化生产设备。工业机器人在生产流水线上的作业与PLC技术的应用有着密切关系，其自动控制、重复运动、根据实际需求进行灵活调整等动作的实现都需要PLC技术的支持[5]。例如，在汽车车身生产流水线上工业机器人已经基本包揽冲压、焊接、涂胶等加工工作，可以保证复杂的车身生产加工过程能够有序、高效进行，充分提高车身生产的质量和效率，减轻汽车生产加工企业工人的工作压力，改善工人的工作环境。PLC技术的应用以汽车车身流水线的生产加工需求为基础，需要操作人员在系统中输入生产指令，并在后台监控工业机器人的运行状态，保证流水线的生产效率。操作人员主要负责在PLC系统后台监督工业机器人的状态，并对机器人故障进行快速定位，通过修改指令、调整参数、停止运行、故障修理等方式来进行补救，以保证工业生产加工的整体效果。

5 结束语

综上所述，PLC技术具有非常优秀的应用功能，已经在我国的电气工程自动化控制领域得到广泛应用。PLC技术的应用主要以开关量控制、顺序控制、集中管控等模式展开，可以提升助推电气工程自动化控制系统的运行效率。目前，电气工程领域对PLC技术的应用还有一定的进步空间，技术人员需要积极学习相关技术，推动电气工程从自动化向着智能化的方向发展。