电气自动化设备中PLC控制系统的运用研究

陈江波

（中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，陕西 西安 710089）

1 电气自动化设备PLC控制系统的特点

1.1 处理效率高

继电器是PLC控制系统的重要构成部分，继电器在很大程度上影响着PLC系统的使用效果，关系着电气自动化设备管理水平。实际处理效率高是自动化设备中PLC控制系统的主要使用特征之一。PLC系统内的继电器与传统控制器件之间有明显差异，PLC继电器能在没有导线的支持下正常使用，且也可以不考虑节点变位时间及返回系数产生的影响，明显简化了数据处理过程，提升处理工作效率[1]。

1.2 系统操作便利

将PLC系统运用在电气设备中能显著提升设备管理水平，进而使设备生产效率及质量得到提高。而之所以能取得以上良好的使用效果，是因为得益于PLC系统操作过程简便。在自动化设备内，PLC系统能快捷、直接地传送控制指令，便于工作人员解读与掌握，有益于降低工人对设备的操作控制难度，进而提升设备的使用效率。因为PLC控制系统操作过程较简单，故而对工作人员的专业技术能力没有提出较高的要求，能帮助使用单位减少人工成本支出。

1.3 系统安全性好

PLC系统自身的安全性、可靠性均处于较高水平，如果能规范、合理地将其用在电气设备领域，则能辅助增强设备的抗干扰性能，使设备运作过程的安全性得到更大保障，进而提升生产效率。

2 自动化设备PLC控制系统的实现

2.1 硬件实现

2.1.1 选择PLC控制系统

在选用PLC系统之前，要对系统的使用功能进行综合分析、评估，在确认其符合功能要求的基础上分析其经济性、适用性等问题。从在成本经济视角上看，PLC技术自身就是高端、高效与节能型设备，改善了既往普通工业设备能耗高，可靠性、抗干扰能力差且采用进价昂贵的机电一体化装置去实现自动检测与监控的局面；对操作便捷性层面进行分析，PLC系统可以被用在不同生产环境中，确保了系统运行状态的稳定性，降低故障问题发生的风险。

2.1.2 PLC接口

PLC系统的接口功能是通过调控程序实施过程进而发挥管理控制功能，主要用在数据输入、信号输出及外部设备之间的通信方面。可以通过组合使用单片机与继电器的形式构建PLC系统的接口，完成计算机系统内信息交互的过程，这也是电气自动化控制系统的基本要求。

2.1.3 硬件抗干扰方法

对于PLC设备而言，其内部的硬件抗干扰方法主要包括如下几种[2]：一是加大现场总线的管理控制力度，确保其能常态化使用；二是增强系统软件性能，确保其能稳定、可靠地处理故障问题；三是运用屏蔽线完成保护及完善布线工作等，借此方式减少外界因素给系统运行过程带来的干扰程度；四是运用FDSS技术产品提供接口信号；五是引进具备相应资质的厂家制造的PLC设备并配置好有关软件与硬件组件等，以减少系统运行过程中的外界干扰情况，降低损失。

2.2 软件实现

2.2.1 系统主界面的功能

主界面的功能主要是管控PLC控制室内各个按钮的，用户打开主界面之后，先进入用户设置状态，单击“开始”键把该操作区细分成如下几个象限：第一象限用于呈现相关输入参数与输出指标；第二个象限被作为第一个内容显示菜单项；三、四象限功能菜单下涵盖了三个不同等级的数据变量。

2.2.2 PLC控制与通信

其一是部署并控制现场总线，其二是在设备内部运用远程通信系统并进行信息传输，在该项功能的支持下能顺利执行不同自动化设备之间的信息交互过程，也能综合应用计算机、电子元件和通信网络等技术，使电气设备生产安全性、高效性得到更大保障。

2.2.3 设备管理系统

PLC系统使用过程中进行的管理内容主要是日常检修、维护电气设备，保证设备故障状态无异常，能顺利完成生产任务。自动化管理系统主要由PLC系统、中央处理机、计算机等部分构成，其中计算机能采集、整理及存储实际工作所需要的各种数据信息[3]。

2.2.4 故障诊断

PLC系统的故障诊断常规方法是分析电气设备运行过程中可能存在的各种隐患，探查故障具体成因，在此基础上运用合理的措施将其解除。当探查到设备在使用过程中出现异常情况时，可以快速做出相应处理，规避传统控制中因一些复杂、动态化或不可预期因素引起的误判断而导致设备突发故障的情况。

3 电气自动化设备中PLC控制系统的应用

3.1 顺序控制

PLC控制系统凭借自身安装操作简单、运行可靠、节能、适应性强等诸多优势，在电气自动化领域得到了广泛应用，其中按照设计顺序执行管理控制过程是其最基础的应用形式。在设计研发、应用PLC系统的早期，核心模板就是基于顺序控制过程提升不同电气设备控制的精准化水平的。经过多年的发展和完善后，PLC系统在自动化设备内实施的顺序控制力度整体强化，逐渐满足国家在生产设备节能减排、提升工作效率等方面提出的要求。

3.2 开关量控制

传统电气控制系统基本上是运用电磁继电器进行控制的，这种控制模式不仅反应速度偏慢，而且会时常因触点降低而影响开关控制操作的精准度，且后期维修、更换流程也较烦琐复杂。合理应用PLC控制系统，一方面有效弥补了电磁继电器现场使用时暴露出的各种不足，另一方面也因系统自身具备的技术优势而实现了操作的便捷性。在运用PLC系统执行开关量控制任务时，工作人员仅需执行合闸操作过程即可按照实际管控需求传送控制指令。

3.3 闭环控制

当前电气自动化设备的启动方式主要有手动启动与自动启动两种，前者是工作人员结合生产作业时间进行自主选择，不能运用PLC系统；而在自动启动环节中，可以运用PLC系统内嵌控制模块，结合现场设备操作特征自主选择运行时间。迄今为止，电气设备的闭环控制主要有PLC系统、常规控制系统两种类型，大部分工况下是把PLC系统作为核心控制系统，常规回路起到控制补充的作用。在实际使用时，常规回路也可能会被规划布置成电气设备内的安全控制回路，借此方式使PLC系统运行的安全性得到更大保障。

3.4 自动切换

普通电气自动化设备在运行时，为最大限度提升其生产可靠性，PLC控制系统通过运行相应程序去实现多样化的操作控制功能。另外PLC系统还能及时、精准、完整地记录电气设备运行期间形成的信号数据，并将其作为实施备用电源启、闭操作的一项重要依据，采用以上形式能显著提升PLC系统的数据处理及逻辑判断能力。由此可见，PLC系统不仅能精准完成备用电自动投入应用操作，也能结合电气设备运行状况改变功能模式，满足实际工况的操作要求，提升电气设备的自动化水平。

3.5 设备故障检测

电气自动化设备在实际生产运行过程中受客观环境、设备加工工艺、人员操作能力及责任心等因素的影响，往往容易出现一些故障问题，一旦发生事故会带来巨大的损失。现代电气设备内部构造复杂、线路分部繁杂，如果某一构件出现问题，很可能会产生“连锁反应”，导致其他构件出现故障，从而影响设备安全运行。所以专业技术人员需要定期对电气设备进行检查、维修及保养工作，人为检修工作效率相对偏低。而运用PLC系统能对电气设备进行自动化监测，能快速精准的对故障进行定位，并运用温度传感器采集设备运行的温度数据，从而反馈电气设备的运行状态，综合、深入地分析运行状态数据，分析故障原因，指定并发布故障维护指令。

4 具体应用场景

4.1 火电电气自动化设备

将PLC系统用在这种电气设备内，不仅能突出优化设备自身的运行性能，还提升了设备的自动化管控效果。电磁机电装置是电气设备实现自动化控制目标的基础，这种装置的工作原理是动态调控电流和电压指标的改变过程，进而实现对设备相关运行参数的自动化控制。火电电气设备内部的电磁元件配置了大量接口连接各种组件，组件之间连接状态复杂，其内可能隐匿着诸多风险因素。应用PLC控制系统能有效处理以上实际问题，系统具备的存储海量信息与安全连接信号功能可减少接线操作的频次，使火电电气设备能安全运行。

4.2 交通电气自动化设备

将PLC控制系统用在这种设备中，其能合理调整、科学控制交通信号，通过这种形式使交通系统运行的稳定性、可靠度得到保障。当道路早晚高峰、节假日出现交通堵塞情况时，工作人员可以运用人工智能与PLC系统持续改进、完善交通自动化监控系统的功能，进而提升系统运行效率，并精准地记录违规车辆信息，有效维护交通秩序，确保人们出行活动的安全性。

4.3 空调电气自动化设备

在空调设备内采用PLC控制时，能准确、实时控制空调系统的运行状态，帮助维修技术人员快速探查、处理空调运行过程中发生的异常情况。既往空调系统内部主要采用两种控制模式，即电气化控制与数字化控制，但以上两种模式在实际应用时均表现出一定滞后性，外加空调运行负荷不断增长，故而取得的控制效果很难满足空调运行的规范要求，以致空调的运行性能很难得到保障。运用PLC控制系统能使以上实际问题迎刃而解，显著改善空调设备的运转性能，增强其抗干扰能力，降低空调的管理及运维成本，进而使相关企业创造出更多效益。

皮带输送机是矿山生产及运输的重要辅助性机具，传统的逆变器能实现智能化变频，有益于提升皮带输送机的运行效率。但是当带式输送机运输矿石时，设备全速运行会浪费掉大量的电力资源。运用PLC控制系统，可以对输送机进行有效控制，并可以对变频器进行功率变频操作，降低运行损耗，节约电力资源。

在井下风门中采用PLC控制形式，这种控制系统具有电气自动化运行风门，当出现两侧风压偏大的状况时，通过开启风门以平衡两侧压力，减少风阻给PLC控制气阀与气缸带来的影响，规避气门损坏情况发生。当开启气阀开启时，通过运用PLC控制风门开启角度，可减少损失量，提升风门的控制及应用效果。

5 结束语

总之，合理应用PLC控制系统能显著提升电气设备的自动化水平，优化现场生产流程，当设备出现故障问题时能快速定位，科学分析其成因，为后期故障处理提供可靠参照，确保生产过程安全，进而创造良好效益。相关人员要确立与时俱进的职业理念，持续学习新知识、新技能，归纳PLC控制系统的使用经验，完善其应用过程等，以创造出更高的价值。■