探究PLC技术在电气工程自动化控制中的应用

张梓奕

(湖南工程学院，湖南 湘潭 411100)

1 引言

PLC 又被称为可编程逻辑控制器，在系统中可以作为储存器，也具有编程的相关功能，是信息化技术发展的代表，具有显著优势。在电气工程自动化领域，PLC 技术改变了传统的技术应用框架，显著增强了自动化控制功能，产生深远影响。因此，为更好地顺应电气工程项目的发展要求，应掌握PLC 技术的应用要点，充分发挥该技术的功能。

2 PLC技术分析

目前，PLC 技术可以依靠程序编写、调整顺序控制以及算法处理等功能操控电气工程控制器，能够满足电气工程自动化控制的功能。该技术在可编程中的性能显著，可以根据自动化控制要求选择具有响应速度快、兼容性强的内核处理器，保证了系统功能。在数据传输中，该技术可以实时展示电气工程的相关运行参数数据，并经过人机交互系统展示电气工程运行的数据。同时，PLC 系统在运行过程中只需要提供5 V 电源供电即可，具有稳定的运行效率，发生故障的概率低[1]。

从电气工程自动化技术的应用现状来看，在PLC 系统中可以通过图像传感器类摄像头采集现场资料，相关数据可以在320×240 的像素下传递信息之后经薄膜晶体管显示屏展示出三原色图像，确保系统能够真实还原出自动化功能的运行情况。在STM32 单片机中的处理单元可以分析自动化系统中每个数值的变化情况，在读取图像后可以通过图像预处理以及二值化等方法简化数据处理流程，保障了电气工程设备的运行效率。

3 PLC技术在电气工程自动化中的应用方案

3.1 PLC技术的基本工艺流程

根据电气工程自动化的特性，PLC 技术的运行共分为3 个阶段。第一阶段是输入采样阶段。在本阶段可通过摄像头等设备经循环扫描等方法识别电气工程自动化的运行数据，如系统记录开关、按钮等相关输入单元的运行数据，然后再将其上传至I/O 单元中。第二阶段是程序执行阶段。在本阶段PLC 将根据扫描顺序，通过已经编写好的程序识别匹配自动化系统程序与算法，并统计不同时间段的系统扫描数据与扫描状态。第三阶段是信息输出阶段。即在扫描结束后由中央处理器CPU 根据设定的数据处理流程来更新输出设备的状态与数据，再经外部设备接口驱动外设。整个PLC 技术的工艺流程如图1所示。

根据PLC 工艺流程可以发现，该技术的主要特征就是可以按照用户设定的程序完成电气工程的自动化控制。在中央处理器的作用下，PLC 技术能够更新设备的运行状态以及控制开关等。在技术应用中，整个系统的构成包括扩展单元、输入设备、输出设备以及中央处理器等，在上述构件搭建系统后可以自动化控制各个功能模块的运行[2]。

3.2 在信息数据采集中的应用

在电气工程自动化中，PLC 技术可以提供信息数据采集与控制功能。在技术应用中，通过该技术可以编写电气设备的识别程序，在对信息处理过程进行筛选后，就可以利用信息采集终端来提取电气工程自动化的相关信息，如系统可以按照编程内容选择从左至右、从上到下的扫描程序来识别系统数据；或者扫描梯形图等方法来采集运行数据。在获得数据后经处理器可以在特定程序下快速抓取海量数据中的关键信息，完成数据采集的整个流程。

PLC 的内部结构如图2所示。根据图2中的基本架构，PLC 系统的程序、软件以及定值等资料均可以上传在存储器中，同时考虑到电气工程自动化对系统运行的影响，该系统支持通过PC 机接口完成数据上传与下载等功能，只需要经过通信接口连接至自动化网络中即可。而与电气设备保持二次连线的部分，则可以经过DI 接口、AI 接口与DO 接口完成。

图3为PLC 电源模块的基本架构。例如，在电气工程750 V 的保护装置，DPU96、S7-200、S7-300 的DI 点，接入的辅助接点就是无源接点。它的电源是由PLC 装置自身提供的24 V 电源，这种电源设计模式能够满足自动化控制要求。在该回路中，因为电源并非是从直流屏二次电源获得的，在查找故障时不应采用正负对地检测的方法，所以在故障检测中应以PLC 电源模块负极为0 电位并查找检测点的正电压，保证正常的系统功能。

3.3 在闭环控制中的应用

闭环控制是指针对某一被控制对象，经PID 控制器来比较实际数据与预先设定数据，在严格控制数据差值之后再将其反馈给输入控制系统，并不断进行系统纠正。而对于电气工程自动化控制系统而言，在运行过程中经常会出现不规律变化的情况，如温度、压力、速度等，这些数据均为模拟量，在电气设备控制中需要将上述数据的模拟量以及数字量等进行转化[3]。

同时，为实现闭环控制的功能，需要将电气工程自动化所采集的资料反馈至PLC 中，如在以温度为调整对象时，可以利用PLC 经PID 指令控制通断，此时PID 指令第一步会输出模拟量信号，可以用于控制开关量变化。所以在PLC 技术中，厂家通常会准备配套的A/D 与D/A 转换模块来控制PLC 的模拟量，整个系统操作流程如图4所示。

在该技术该体系下，PID 反馈回路的作用可以保证电气工程电机稳定运行，在PLC 控制技术的支持下可以借助来回路来调控电气设备的输入、输出参数，并维持稳定的电气输出参数，保证系统正常运行。

3.4 在顺序控制上的应用

PLC 技术在电气工程自动化控制中，可以通过算法与编程的手段来控制电气工程设备运行的相关参数，这是提升系统自动化水平的关键点。在PLC 编程中，通过使用适当的编程与算法来安排系统的执行顺序。在执行顺序的控制中能够确保程序结构清晰明了，并且简化了整个执行程序的操作过程，保障程序的完整性与严谨性，不会因为无效操作而造成成本的增加，这也成为该技术的关键点。

在顺序控制设计过程中，需要将电气工程自动化控制系统的操作流程划分为若干个阶段，这些阶段被称为“步”。“步”与不同的系统输入状态、内部条件以及时间条件对接，保证系统可以自动运行管理指令。在PLC 中，“步”是通过顺序工程流程图实现的，在过程中的每一“步”都具有相应的变化条件，从第一“步”进行到第二“步”时往往有具体的操作条件，只有在确定条件满足结束程序后才会开展下一个动作，而上一个动作的信息会被清除。所以为确保PLC 控制功能得以实现，提出了以下设计方法：(1）“步”的划分。在将整个电气工程自动化控制划分为若干个顺序连接阶段后，用编程单元来替代“步”，此时“步”是根据PLC 输出状态的变化来划分的，任何一“步”中不会出现输出状态改变的情况，但是相邻“步”之间的输出状态存在明显差异。(2）确定转换条件。当系统从当前步骤转变为下一步时，转换条件成为重要影响因素，此时电气工程自动化的转换条件包括外部输入信号，如指令开关、按钮以及限位开关等；或者选择PLC 内部信号，如计数器与定时器的接通/ 断开等；或者采用若干个信号的逻辑、非逻辑组合方式。(3）绘制程序工程流程图。按照上述分析与控制内容与步骤、程序等绘制流程图。(4）编制梯形图。按照顺序工程流程图编制程序方式形成图形图程序； 若PLC 技术支持工程流程图编程，则可以将PLC 中编制的程序作为最终程序。

在编制PLC 流程中还需要注意的是：(1）两个“步”不能直接连接，此时需要通过转换将相邻的“步”隔开；(2）两个转换之间不能直接连接，需要用“步”将转换之间隔开；(3）顺序功能流程图是起始步中不可缺少的内容，在数据处理中能够与待处理系统的初始状态相对应，若没有进行该步骤，则无法表示初始状态，系统返回停止状态。

4 应用效果评价

4.1 保证了电气工程自动化控制的性能

在PLC 技术中可以选择STM 嵌入式微控制芯片，该芯片具有快速响应的优势，在电气工程自动化控制中可以确保系统控制的实效性。芯片中的数据传输与控制指令并非采用相同数据线，所以在数据处理中可以提升电气工程运行效率。在PLC 技术中可以采用16 位或者32 位程序编写的方法，可以保证编写效率并降低操作难度。该技术中所使用的Cortex处理器中具有内核自带位带操作的方法，不允许对任意端口的I/O 口做介质控制，并且在数据处理中可以通过32 位地址空间单独访问空间，并且能够对某一功能做存储或者访问，能够实现快速控制的功能。

4.2 可以提供丰富的功能支持

在电气工程自动化控制中，借助可编程控制芯片可以提供丰富的开发资源。芯片中可提供64 引脚，并且支持多样化的功能设计，能提供12 个中央处理单元来改善服务处理器的效能，经外部设备连接设备，保证了良好的系统控制效果，保证了芯片与处理器的兼容性，可以满足大部分电气工程设备的功能要求。同时，该技术可以提供睡眠、停机与待机等几方面的功能，在系统运行中能够降低设备运行中的能耗，提高了系统的性能。

5 结语

在当前电气工程自动化控制中，通过PLC 技术可以进一步完善控制系统功能，该系统借助顺序控制、闭环控制等功能来强化系统的自动化控制效果，在技术上具有可行性，并且最终实践经验证明，该技术可以强化电气工程自动化控制功能，并提供良好的功能支持，符合未来电气工程自动化控制系统功能拓展的要求，具有可行性。