PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用分析

2024-05-09季鹏飞

中国信息化 2024年4期

季鹏飞

可编程逻辑控制器（PLC）技术是电气工程自动化控制的核心技术之一。PLC技术以其灵活可编程、高可靠性、易于维护和适应性强等基本特征，在控制开关、集中管控电气设备系统、机床设备以及工业机器人设备等方面有着广泛的应用。本文从PLC技术的基本原理、基本特征以及在电气工程自动化控制中的应用进行深入分析，以期为我国电气工程自动化控制的发展提供参考。

PLC是电力系统中不可缺少的一环。可编程控制器具有效率高、安全可靠、操作简便等优点使其适用面十分广阔。该方法适用于工业自动化，航空航天，交通运输，医学仪器等多种电子设备的控制。PLC在上述行业中的运用，不仅能有效地提高企业的生产率、减少企业的成本，而且能有效地改善企业的产品品质，保证企业的安全。另外，PLC还可以与人工智能，物联网等其他技术相融合。将两者有机地组合在一起，可以使PLC控制系统更加高效、灵活。因此，开展电力系统自动控制系统在电力系统中的应用研究，是一项十分重要的课题。

一、PLC技术的基本原理

可编程序控制器（PLC）是一种应用非常普遍的电控技术。其工作原理为：通过对各种电器元件的各种输入、输出进行合理的计算与分析，从而达到对各种电器装置进行有效地控制。PLC控制系统一般由CPU、输入输出、通讯、供电等部分构成。CPU是该系统的中心部分，主要完成输入信号的接收、逻辑运算与处理以及产生信号的输出。其中，对采集到的数据进行分析，并对采集到的数据进行处理，通信模块主要是通过通讯来完成对各终端的监测与控制。供电部分为整机供电，以确保整机的稳定运转。

PLC控制系统以其输入、输出为中心。该输入信号被用来探测诸如传感器信号和按钮信号等外界环境的状况。然后，该输出信号被用来对诸如马达，气缸，蜂鸣器等的动作进行控制。PLC通过对输入的数据进行逻辑计算与分析，从而达到对其进行有效地控制与调整的目的。 PLC在实现对输入、输出信号进行实时监控的同时，也提供了丰富的程序设计方法和程序设计语言。例如功能块图（FBD）、结构文本 ST以及序列功能图等程序设计语言。每一种程序设计方法都具有各自的特色与适用场合，需要结合特定的实际情况加以选用。因此，PLC在自动化生产线和机器人控制等方面有着广阔的用途。由于PLC是模块化的，可编程的，可扩展的；由于具有较高的可靠性，因此被广泛地用于现代化的工业控制。

二、PLC技术的基本特征

（一）灵活可编程

PLC具有很强的可编程性。利用PLC编制的程序，可以编写PLC的控制器，完成多种复杂的控制功能。这样的可编程性，使PLC具有很好的适应性，可以根据不同的工艺要求进行调整。设计人员可以在不改动任何硬件设施的前提下，对PLC的编程进行调整，从而大大节约了开发费用。这就使PLC在面临改变和更新的时候具有更强的适应性。

（二）可靠性高

该PLC的控制系统通过了严密的试验，性能稳定可靠。PLC生产厂商对生产过程中的各种品质进行了严密的监控，以保证其在苛刻的生产条件下仍能正常工作。与常规的继电保护方式比较，PLC在保护动作时不易发生误动作，使整个控制系统运行稳定可靠。同时，PLC还具备自动监控、自动防护等能力，当出现异常情况时，可立即发出警报，并进行适当的动作。

（三）易于维护

该方法采用了硬件模块化的方法，结合了PLC的可视化程序，实现了设备的维修与检修。PLC的硬件采用模块化设计，在出现问题时，只需将失效的组件替换即可，无需对系统进行大范围的检修。另外，PLC的编程软件一般都是使用图形化的接口，让工程师能够利用拖拽、连线等简便的方式来进行复杂的编程工作，这极大地减少了编程的复杂度，让维修人员能够更好地了解并对其进行更改，从而增强了该系统的可维护性和可操作性。

（四）适应性强

PLC的应用范围广，能与其他的自动装置、系统实现无缝整合。PLC具有多种通讯接口，能与其他装置进行通信，使多个装置相互协作。这就使PLC在工业自动控制领域中，可以作为一个中心，对全流程进行全方位的控制。在PLC的协同和调度下，各装置能够有效地进行信息的交流和交互，使生产率和产量得到了提升。

三、PLC技术在电气工程自动化控制当中的应用

（一）在控制开关当中的应用

PLC在电力系统的自动控制领域得到了很大的发展，尤其是在电力系统的控制交换机方面。采用PLC对电力装置进行数字化控制，使其工作更加穩定、可靠。PLC采用模块化的结构，既便于维修，又便于管理，又能在不改变原有结构的情况下，随时替换各个模块。另外，PLC还具备了自诊断与故障探测的能力，能够在发生问题的时候，及时发现并汇报给维修人员，使维修人员能够快速地做出反应。PLC应用于电力系统中，能有效地对电力系统进行自动监控，从而大大地改善了企业的经济效益。PLC能按照预先设定的逻辑与规律，进行开关，调节电气设备的温、压等多种功能。

PLC还能与多种类型的传感器、驱动器通讯，获得重要的输入、输出信息。通过采集到的数据，可以对装置的运行状况进行监控，以便及时地对装置进行处理，从而保证装置的安全性和可靠性。

PLC采用的是模块化的结构，它不仅采用了数字式的信号控制器，而且具有很高的安全性。PLC采用模块化的结构，既便于维修，又便于管理，又能在不改变原有结构的情况下，随时替换各个模块。另外，PLC还具备了自诊断与故障探测的能力，能够在发生问题的时候，及时发现并汇报给维修人员，使维修人员能够快速地做出反应。上述特点提高了PLC的可维护性，提高了其工作的安全性能。此外，本设计还实现了对PLC的远程监测，实现了对PLC的远程控制。这就意味着维修人员能够很容易地从遥远的地方解决问题，并降低旅行费用和时间费用。另外，PLC还具有许多先进的特性，如：“自动备份”“自动升级”等。

（二）在集中管控电气设备系统中的应用

PLC在电力系统的自动控制中得到了越来越多地应用。而PLC则被广泛地运用于中央监控电气系统。采用PLC进行逻辑控制，可以对多台电器进行统一的监控与管理，大幅地提升了企业的生产效率与经营效益。在中央控制上，采用PLC对多台电器进行自动监控，省去了手工操作的烦琐与繁琐。对PLC进行集中控制，既能有效地提升企业的生产率，又能有效地减少企业的经营费用，实现企业经营的精细化。同时，运用PLC进行电力系统的安全与稳定，保证了线路的平稳运转，进而提升了企业的生产品质与效益。在企业中，应用PLC可以使多台电器相互配合，提高工作效率。将PLC用于中央监控电器系统，可以使公司的经营过程得到极大的精简，降低了人力、物力的损耗，使公司的生产率和经济效益得到了极大的提升。

（三）在机床设备中的应用

可编程控制器在机械装备上得到了越来越多地应用。利用PLC对机器进行自动监控，从而达到了对机器设备进行自动监控的目的。PLC在电力系统的自动控制中也得到了广泛地使用。利用PLC对机器进行自动监控，达到了对机器的自动监控，从而大大地改善了机器的工作效率，延长了机器的使用寿命。实际上，PLC在机械装备中的运用已经远远超出了对其自身进行监控的范畴。该系统也适用于对原材料跟踪、生产线控制和成品品质监控等全过程的自动监控与监控。所以，PLC在机械装备上的运用，对于改善机械装备的生产率和品质，是必不可少的。另外，可编程控制器在机械装备上的运用也在不断地创新。比如，在智能化制造的背景下，大量的机械装备都将人工智能与机器学习相结合，以达到更加智能的加工过程。同时，PLC在电力系统中的运用也日益受到重视。利用PLC对机器进行智能化的控制，并对其进行数据的解析，使其能够更聪明地对自身进行最优调整，进而使其产量和品质得到进一步的提升。

（四）在工业生产线控制中的应用

1.自动化控制

PLC技术在工业制造环境中发挥着核心作用，它使得各个生产设备和工艺步骤能够实现智能化管理。借助于精心设计的PLC程序，技术人员能精准配置并改进生产线的操作序列及动态行为。这些 PLC 控制系统依据预先定义的逻辑规则，灵活地调控各类执行装置，如电动机和气压缸，确保高效自动化生产流程的顺畅运行。这一自动化解决方案显著减少了人力需求，同时极大地提升了生产效率。

2.传感器数据采集与处理

在制造業的操作流程中，多种类型的传感器，包含温度、压力以及光电感应器等，被广泛应用于动态追踪生产线的各种物理特性。通过与这些感应设备的无缝对接，PLC技术能有效捕获到瞬时的参数信息。这些信息在PLC控制单元内经历处理和深度解析，以评估工艺流程是否符合预期，或是揭示可能需要修正或介入的情况。得益于PLC强大的数据处理功能，工程技术人员得以不间断地洞察生产状况，迅速识别出任何可能出现的问题，进而提升了生产系统的安全稳定水平。

3.故障检测与报警

PLC技术内嵌了故障侦测与预警机制，能够有效地监督生产流程中的器械和感应器状态。在遭遇问题时，如设备发生故障、感应器信号出现异常或者超越预定参数，PLC控制系统会迅速触发警告，并详细记录下相关的错误信息。这一特性使得维护团队得以即时察觉并采取行动，加速故障排查过程，缩短机器停机时间，从而确保生产线持续稳定地运作。

4.生产数据记录与统计

PLC控制装置具备实时收集数据的能力，同时也能够执行数据的记载和保存功能。通过对制造流程中的各类数据实施统计研究和深入剖析，我们能够获取关于生产流水线的效能参数、产出量、品质等关键性指标。这些宝贵的数据显示给企业决策者，为他们提供有力的决策依据，便于评估生产效率，设计出更为高效的生产策略，从而不断提升生产线的效益和市场竞争力。