基于PLC实现的自动化电气控制应用研究

徐谦

摘 要：在实际控制应用的过程当中，传统的电子控制设备暴露出了一些局限性，利用PLC然后结合煤矿主扇风机的控制需求，对自动化电气控制系统进行全面的设计分析。对于主扇风机自动控制功能一定要进行基础的检查。对于相关的电气自动控制系统制定出实际的方案，分析系统当中的硬件和软件，分析自动化电气控制系统应用PLC的技术优势。

关键词：PLC；自动控制；电气控制

中图分类号：TM571.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）26-0156-02

引言

我国一直以来是一个煤矿大国，最初的能源形式主要是煤矿资源，风机是煤矿四大件之一。风机的安全可靠程度以及电气控制自动化的程度，在一定程度上影响着煤矿生产的整体自动化和安全。为了推动煤矿产业的快速发展，必须要加强对煤矿风机自动化、电气化的控制。新技术在快速的发展，现在技术必将取代传统的技术，接触器控制逐渐被PLC所取代，为整个行业注入了新鲜的血液。

1 机械手的相关介绍

1.1 传统机械手

随着技术的快速向前发展，工业自动化发生了天翻地覆的变化，在发展的过程当中，机械手的优势逐渐显现出来。机械手的整体结构较为灵活，在运转的过程当中性能非常稳定，工作时定位的精度比较高。机械手逐渐涉及到了许多领域，比如说军事、重工业、高科技领域、医疗保健和轻工业，在这些领域当中推动了不同领域的快速发展。机械手的广泛使用，使自动化和智能化提上了进程，传统的机械手大多都是继电器控制，在使用的过程当中控制装置非常落后。传统的机械手在运转的过程当中性能不稳定，非常容易受到外界的干扰，并且在维修和养护的过程当中，也会出现许多的困难，随着技术的快速发展，传统的机械手逐渐被淘汰。

1.2 现代机械手

现代的机械手控制系统应用了现代科技的许多特点，电气自动化行业最广泛应用的就是可编程控制器。PLC就是可编程逻辑控制器，PLC是一种工业控制装置，这种控制装置涉及到许多计算机技术。现在是一个大工业的环境背景，涉及到许多数字运算操作，电子设备大多数也是由数字运算来进行操作的，PLC就是在这种背景之下产生并广泛应用的。如果想要对内存进行编程，同時还可以对编程进行顺序执行，就必须使用PLC技术。PLC技术当中应用了大量的数字模拟输入和输出，通过这种操作方式，可以对机械和工业生产的流程进行全面的控制。PLC技术广泛应用于现代机械手当中，两者之间的优势相互结合，共同推动了工业化的稳定可持续发展。

1.3 PLC机械手的特点

机械手当中大量的应用了PLC技术，同时还具备了电气控制设备，独特的优势为PLC机械手在行业中的发展奠定了夯实的基础。传统的继电器机械手和PLC机械手相比较，PLC机械手的可靠性以及抗干扰能力比较强，PLC机械手应用的集成电路是现代化大规模的，生产工艺流程也非常严谨、科学、有序化。PLC机械手将先进的抗干扰技术应用于内置的电路当中，使得机械设备在运转的过程当中具有较强的稳定性。随着技术在不断的发展和完善，PLC技术通过多年的发展积累了许多完善的经验，如今已经逐渐发展成了一个较为完整的现代化体系。PLC技术适用的范围越来越广泛，在不同规模的工业控制系统当中都应用了PLC技术，如今已经涉及到了数控领域。

2 PLC的特点

2.1 系统结构兼具大型化和小型化

在不同的应用领域当中，会选择不同的可编程控制器，PLC之所以广泛应用于许多领域，是因为PLC的体积比较小、重量比较轻、功率比较低，在具体的安装使用过程当中非常简便。PLC的运算速度和数据容量比较高，在应用于一些领域当中，可以满足单位企业对于规模化、自动化和产业化的高级需求。

2.2 操作方便、使用简单

PLC的连接装置非常简单，编辑过程和图形按钮的含义，大部分和继电器的电路图一样。PLC在具体的应用过程当中，相关的工作人员能够快速地对基础操作进行掌握，PLC开关量逻辑控制比较薄弱，工作人员通过掌握大量的PLC基础知识，可以对自动化电气控制中的编写语言和使用方式进行熟练的掌握。PLC技术发展到现在，具有了更为广泛的应用领域，已经不仅仅应用于电气控制场合。

2.3 抵抗干扰能力较强

PLC技术当中具有大规模的集成电路，在外界因素抗干扰能力方面，最主要的体现是在集成方法和工艺方面。不同的设计方法融入到了技术当中，共同提高了PLC的抗干扰能力，这是传统的机械手所不能够具有的性能。在恶劣的工作环境当中，PLC也可以得到正常的运转，结合工作的相应具体情况，对软件进行全面的编写以及自动的检查，起到智能化的自我保护作用。

3 PLC的基本工作过程

计算机应用技术、通信技术以及自动控制技术的综合体现就是PLC，计算机的微处理器就是工作状态下的基本硬件。PLC在具体的工作当中，就是以下的几个流程：对于现场的信息要进行及时的收集和准时的输入，根据不同控制系统内置软件程序的要求，对指令进行提前的编写。这样可以对现场的信息进行全方位的扫描，可以在输出中进行信息的收集和输入。对于指令的特定功能运行，必须要先实现一些功能设定，系统会自动的对用户进行筛选，不同的程序指令会进行不同的扫描方式，这样可以对现场的具体情况进行计算，更加了解现场的运行状态。对于控制系统的信号要进行仔细的记录，在记录完成之后要进行准时输出。系统一旦对信号进行收集之后，需要对这些获取的数据进行一个计算和判断，将所得出的结论输出到系统控制主机上。系统就会通过主机去发射响应信号的指令，从而就会对相关的设备进行高效的控制。当以上所有的指令完成之后，系统会自动地展开新的控制程序，这些控制程序的细节都是重复了，一个周期之内会涵盖所有的执行指令。

4 基于PLC的风机电气自动化控制系统功能需求分析endprint

在煤矿安全生产的过程当中，主扇风机自动监控系统起着非常重要的作用，主扇风机自动监控系统主要分为两个部分，一部分是风机各种参数的精准测量，另一部分就是风机变电站的监控。电气自动化控制系统应用PLC，可以实现许多功能。实时检测通风系统当中，包含全压、甲烷浓度、风速、动压、静压以及风量，这些参数在通风系统当中都会得到精准的测量。对于风机的变量参数也会进行精准的检测，检测过程当中每一台风机都要进行检测，其中会包含功率因数、电压、有功功率、电流、无功功率这些参数。对于测风机的前轴温度以及后轴温度，都要定期定时进行检测，前轴振动情况和后轴振动情况，在检测之后将数据进行进入记录归档。如果在检测的过程当中，发现测风机前轴振动和后轴振动的频率超出正常范围时，相关的机械设备就会进行自动的报警。风机通风系统的具体运转情况要进行模拟，在模拟的过程当中会出现各种各样的问题，对于这些经常出现的问题，要在日常的预防工作当中进行探讨。

5 基于PLC的自动化电气控制应用系统设计与实现

5.1 系统构成设计

可编程控制器能够和变频技术进行良好的结合，实现主扇风机的主体控制。变频调速的主扇风机和PLC技术是控制系统的基本构成，当主扇风机的速度发生变化时，电動机的运行台数也会发生变化，在整体上就形成了闭环控制系统。将传感器设置在主扇风机的周围，可以对相关的数据进行实时的监测，对于主扇风机的具体运转状态和情况进行掌握。监测传感器所记录的相关数据，通过系统的分类和记录可以向PLC进行传输，PLC会对这些数据进行系统分析，在对数据进行分析的过程当中，如果发现数据存在着问题，就会立即制定相应的策略对数据进行控制。PLC控制着主扇风机变频调速控制系统，动力控制线路、变频器、速度传感器以及PLC都是其中的组成部分。

5.2 PLC程序的设计实现

PLC的输入数据总量由监控系统进行识别，功能板块一般使用的是STEP7，电流模拟量一般是通过传感器进行识别，其中会涉及到一些代表温度和压力的数据，这些数据通过专门的识别系统可以转化成数字量。风机和电动机要经常进行维修，只要检查和维修的位置是检测盒。系统当中最经常出现的故障就是检测传感器，检测传感器受到的干扰因素非常多，在检测的过程当中，如果检测数据超过了相应的设定范围，PLC装置就会自动报警。相关的机械设备就会对故障进行记录，故障诊断子程序就会自动的运行，相应的符号转化成数字量之后，可以和原有的设定值进行对比。通过一层层的检查和系统识别，就可以真正的判断传感器是否存在故障，有些时侯不会超出设定的范围，但是得到的数据会非常接近，这个时候就需要对传感器进行整体的检修。在模拟输出量的过程当中，最频繁的取值范围就是5毫安～15毫安，当检测的数据超出设定范围之后，就表明PLC和传感器当中存在着连接问题。如果说数字低于设定的范围，PLC和传感器当间也存在着问题，只不过问题存在的位置不同，这时极有可能问题是出现在位机上。系统当中的故障诊断程序，可以有效帮助维修人员，维修工作人员在对系统进行维护的过程当中，经常会出现一些错综复杂异常的数据。

6 基于PLC的风机自动化电气控制系统的设计与实现

6.1 基于PLC的硬件控制系统设计

变频技术和可编程控制器相互的结合，可以高效地对主扇风机进行控制，通过对主扇风机的速度进行调控，可以对电动机的运转台数进行调整。主扇风机处于闭环控制当中，在主扇风机工作的周围会布置相应的传感器，这些传感器也会对设备的工作状态进行记录。传感器对于设备的监控具有实时性，可以有效地保障设备安全运转，PLC还会对系统进行整体的设计。主扇风机的变频调速控制系统是由PLC控制的，系统采用的工作方式一般都是循环式，可以有效地对变频器进行控制和调整。

6.2 PLC程序的设计实现

系统程序和用户程序是PLC软件系统的两大组成部分，通过程序语言将翻译落实到工作当中，这一点是通过系统程序来实现的。通过PLC相应的程序语言编制，可以对用户程序进行控制，时刻对应用程序进行现场的监控。PLC输出量在监控系统当中，只是对于数字量进行识别和监控。电动机和通风机要定时的进行保养，工作当中运转一段时间之后，就需要对整体开展预防性的检查，确保机器设备在使用的过程当中不会出现故障。传感器在运转的过程当中，有时会引起数据的异常，这时就需要对传感器的其他连接位置进行检查，从而可以筛选出故障发生的位置，PLC可以在程序设计上得到很好的实现，有效实现自动化电气控制。

7 结束语

随着技术的快速向前发展，工业自动化发生了天翻地覆的变化，机械手逐渐涉及到了许多领域，在这些领域当中推动了不同领域的快速发展。PLC就是可编程逻辑控制器，PLC是一种工业控制装置，涉及到许多数字运算操作，可以对编程进行顺序执行。传统的继电器机械手和PLC机械手相比较，PLC机械手的可靠性以及抗干扰能力比较强，随着技术在不断的发展和完善，在不同规模的工业控制系统当中都应用了PLC技术。

参考文献：

[1]冯马才.对PLC自动控制系统的可靠性问题与其设计方案的探究[J].科协论坛，2014.

[2]张征富.浅析可编程序控制器（PLC）在电气控制中的应用[J].内蒙古石油化工，2015.

[3]陈金洪.提高PLC自动控制系统可靠性[J].宁夏工程技术，2014.

[4]吕丽荣.可编程控制器在电气控制中的应用[J].内蒙古科技与经济，2015.

[5]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：航空航天大学出版社，2003.

[6]滑海穗，郎宏仁.可编程控制全自动恒压供水系统[J].黑龙江水利科技，2000（3）：56-57.endprint