基于PLC技術(shù)的電氣自動(dòng)化控制裝置設(shè)計(jì)研究

盧永

摘要：PLC作為可編程邏輯控制器，脫胎于傳統(tǒng)繼電控制設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的應(yīng)用日益廣泛，伴隨著信息化、自動(dòng)化、智能化技術(shù)的精益求精，以及工業(yè)生產(chǎn)需求的推陳出新，PLC功能、應(yīng)用形式發(fā)生較大轉(zhuǎn)變。以下在分析PLC技術(shù)與電氣自動(dòng)化時(shí)，首先分析PLC技術(shù)概況，隨后從基本構(gòu)造及原理、設(shè)計(jì)質(zhì)量保障措施展開綜合分析。

關(guān)鍵詞：PLC;電氣自動(dòng)化;設(shè)計(jì)質(zhì)量

引言：PLC可以依托簡單的邏輯程序及拓展設(shè)備，自動(dòng)采集、傳輸、處理、轉(zhuǎn)換信息，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)視、遠(yuǎn)程遙控目的，不僅極大降低人工工作量，在工作效率、工作質(zhì)量方面，同樣有所進(jìn)步，尤其是在人工無法直接干涉的惡劣或狹小工作環(huán)境，PLC設(shè)備可以借助較強(qiáng)的嵌入能力、性能穩(wěn)定性，適用于各類工作環(huán)境中，因而，重視PLC技術(shù)與電氣自動(dòng)化的結(jié)合性研究，具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

一、PLC技術(shù)概況

應(yīng)用于電氣裝置的PLC技術(shù)類型包括DCS系統(tǒng)、FCS系統(tǒng)。從DCS系統(tǒng)來看，該系統(tǒng)又叫分散控制系統(tǒng)，基于控制設(shè)備、顯示設(shè)備、通信總線，將分散的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備有機(jī)聯(lián)動(dòng)，達(dá)到集中調(diào)度、統(tǒng)一管理目的，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)可控及高效生產(chǎn)，從FCS系統(tǒng)來看，該系統(tǒng)又叫現(xiàn)場總控制系統(tǒng)，可以借助多節(jié)點(diǎn)、雙向式的數(shù)字通訊，高效傳輸數(shù)據(jù)信息，推動(dòng)電氣裝置的智能化、信息化[1]。

二、PLC設(shè)備基本構(gòu)造及原理

PLC本質(zhì)上是工業(yè)微型計(jì)算機(jī)，主要由CPU、存儲(chǔ)器、電源，具體應(yīng)用時(shí)，又可以拓展信號(hào)轉(zhuǎn)換電路及上位機(jī)、傳感器、通信線路、繼電開關(guān)等設(shè)備，根據(jù)拓展設(shè)備差異，PLC控制系統(tǒng)可以具備定時(shí)功能、運(yùn)動(dòng)控制功能、過程控制功能、數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用功能，從原理的角度來看。PLC原理可以簡單的劃分為信息輸入、程序執(zhí)行、信息輸出，基于信息輸入，經(jīng)由傳感器等設(shè)備向PLC傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)后，由PLC設(shè)備對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描，同時(shí)將其寄存于I/O映像區(qū)中，基于程序執(zhí)行，PLC設(shè)置人員可以介于生產(chǎn)控制需要，設(shè)置適宜的邏輯處理程序，對輸入的信息數(shù)據(jù)處理后，輸出數(shù)據(jù)，基于信息輸出來看，經(jīng)由既定程序處理后的數(shù)據(jù)，可以在刷新輸出鎖存電路下，對外設(shè)設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在結(jié)合拓展設(shè)備下，PLC系統(tǒng)可以具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)顯示及繼電控制等功能[2]。

三、PLC技術(shù)下的電氣自動(dòng)化控制裝置設(shè)計(jì)措施

（一）重視PLC技術(shù)應(yīng)用方向

從PLC技術(shù)應(yīng)用方向上來看，PLC技術(shù)在開關(guān)量邏輯控制、模擬量控制、運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信及聯(lián)網(wǎng)方面具有應(yīng)用功能，從開關(guān)量邏輯控制來看，開關(guān)量主要表現(xiàn)在繼電開關(guān)的“打開”“關(guān)閉”狀態(tài)上，與傳統(tǒng)繼電器需要手動(dòng)啟停不同，運(yùn)用PLC技術(shù)下，可以根據(jù)作業(yè)順序，或時(shí)間、空間數(shù)據(jù)發(fā)生轉(zhuǎn)變下，對單個(gè)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，或多個(gè)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行啟?？刂?、順序控制，在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用較多;從模擬量控制來看，PLC可以與各類環(huán)境感知傳感器、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊結(jié)合，以此對環(huán)境信息進(jìn)行處理，并根據(jù)環(huán)境信息狀態(tài)，刷新輸出鎖存電路狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)外接設(shè)備，具有較強(qiáng)的環(huán)境感知、適應(yīng)能力，在火災(zāi)警報(bào)、高溫警告、電磁閥開合、壓力容器壓力等需要自動(dòng)化控制的工業(yè)生產(chǎn)場景中應(yīng)用廣泛;從運(yùn)動(dòng)控制來看，PLC設(shè)備可以基于既定程序，調(diào)節(jié)電機(jī)速度、加速度方向、扭力等參數(shù)，同時(shí)根據(jù)位置信息、觸碰信息、環(huán)境信息，對輸出的信息做出調(diào)整，以此對設(shè)備生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，在步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)控制中具有較好的應(yīng)用，可以在設(shè)計(jì)自動(dòng)化的電氣裝置時(shí)，有所沒參考;從過程控制的角度來看，過程控制是在單個(gè)設(shè)備生產(chǎn)過程中需要不同工作狀態(tài)、多個(gè)設(shè)備生產(chǎn)過程中需要不同工作順序時(shí)，可以借助環(huán)境感知數(shù)據(jù)、狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)等，調(diào)節(jié)不同功能模塊、生產(chǎn)設(shè)備的工作順序及工作參數(shù)，以此達(dá)到生產(chǎn)干涉目的，是電氣設(shè)備自動(dòng)化管理常用方向;從數(shù)據(jù)處理來看，伴隨著PLC拓展功能的日益豐富，設(shè)置PLC程序時(shí)的算法愈發(fā)復(fù)雜，所能適配的工作環(huán)境日益增多，尤其是在自主 學(xué)習(xí)、自主優(yōu)化來看，數(shù)據(jù)處理程序可在不斷使用過程中，優(yōu)化生產(chǎn)流程、自主規(guī)避事故風(fēng)險(xiǎn)，在工作效率、工作質(zhì)量方面得到大幅度增強(qiáng)，在無人值守中的石油設(shè)施、冶金、分類揀選中應(yīng)用較多;從通信及聯(lián)網(wǎng)功能來看，伴隨著信息化技術(shù)在PLC技術(shù)中的滲透日益深入，很多商家在提供PLC服務(wù)時(shí)，都會(huì)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)通信接口，可以將環(huán)境信息、處理記錄等通過網(wǎng)絡(luò)顯示到上位機(jī)上，又可以在不便使用有線通信下，達(dá)到無線遠(yuǎn)程通信及生產(chǎn)控制目的，在礦山開采和石油開采，或需要設(shè)備定位、人員定位、遠(yuǎn)程檢測中的場景中應(yīng)用較多。

例如，基于開關(guān)量設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化控制裝置時(shí)，可以在定期排水裝置中運(yùn)用PLC技術(shù)，根據(jù)水位上升速度，在一段時(shí)間后，自動(dòng)打開排水閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行目的，基于模擬量設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化控制裝置時(shí)，可以在火災(zāi)報(bào)警及滅火裝置中運(yùn)用PLC技術(shù)，通過光敏傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器，在火災(zāi)發(fā)生后，自動(dòng)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后，由PLC進(jìn)行處理，驅(qū)動(dòng)警鈴、滅火裝置，基于運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化控制裝置時(shí)，可以在電梯升降中運(yùn)用PLC技術(shù)，可以在既定程序下，調(diào)整電梯運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)距離，達(dá)到一鍵控制、自動(dòng)運(yùn)行目的，基于過程控制設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化控制裝置時(shí)，可以在鍋爐控制中運(yùn)用PLC技術(shù)，基于壓力容器內(nèi)壓力、溫度、水位等，自動(dòng)控制添水、加熱、泄壓、閥門開啟、閥門關(guān)閉等一系列操作程序，達(dá)到自動(dòng)控制目的，基于數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化控制裝置時(shí)，可以在礦石分類揀選中運(yùn)用PLC技術(shù)，可以借助數(shù)據(jù)處理功能，對不同礦石的規(guī)格數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，達(dá)到自動(dòng)分類目的，基于通信及聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化控制裝置時(shí)，可以在礦車定位中運(yùn)用PLC技術(shù)，礦山開采和石油開采時(shí)，礦車發(fā)生故障，很容易導(dǎo)致某條線路發(fā)生堵塞，可以通過遠(yuǎn)程無線定位的形式，及時(shí)披露運(yùn)作異常的的礦車，在定位模塊的數(shù)據(jù)反饋下，及時(shí)處理相應(yīng)故障[3]。

（二）結(jié)合工作環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)

不同工作環(huán)境對PLC及拓展設(shè)備的應(yīng)用也會(huì)存在較大差異，主要受性能需求、穩(wěn)定性需求、拓展性需求影響。從性能需求來看，不同層次的生產(chǎn)廠家對PLC設(shè)備的精準(zhǔn)度、靈敏度要求存在較大差異，因而，為了避免PLC設(shè)備能有效滿足生產(chǎn)需要，應(yīng)當(dāng)重視CPU處理速度、傳感器靈敏度、繼電開關(guān)靈敏度等，從穩(wěn)定性需求來看，電磁干擾會(huì)造成信息采集、傳輸失準(zhǔn)，為確保PLC運(yùn)作穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)重視所有部件的抗電磁干擾性能的，從拓展性需求角度來看，應(yīng)結(jié)合商家后期升級改造方案，預(yù)留并標(biāo)準(zhǔn)化拓展接口。

例如，控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的PLC設(shè)備，一般精準(zhǔn)度要求較高，在程序優(yōu)化、CPU處理速度、繼電開關(guān)靈敏度方面，注意PLC設(shè)計(jì)應(yīng)用工作，可以增強(qiáng)PLC與工作環(huán)境的適宜性。

（三）結(jié)合前沿技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

伴隨著時(shí)代的發(fā)展，PLC技術(shù)日益推陳出新，在設(shè)計(jì)應(yīng)用PLC時(shí)，應(yīng)當(dāng)貼合 前沿技術(shù)，對PLC性能上限、控制深度、控制廣度重新評估，以此優(yōu)化PLC技術(shù)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用形式，也可以結(jié)合工作環(huán)境，論證PLC在更復(fù)雜生產(chǎn)流程中的應(yīng)用可能性，以此增強(qiáng)PLC技術(shù)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用力度。

例如，伴隨著5G技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)信息傳輸速度大幅度增強(qiáng)，將5G技術(shù)與PLC有效結(jié)合起來，可以改善PLC應(yīng)用性能、應(yīng)用廣度，比防說快遞揀選、入庫、出庫管理中，PLC會(huì)具備更好的應(yīng)用效能。

四、總結(jié)

綜上來看，本文首先分析PLC技術(shù)概況，隨后從基本構(gòu)造及原理、設(shè)計(jì)質(zhì)量保障性措施展開綜合分析，認(rèn)為應(yīng)用于電氣裝置的PLC技術(shù)類型包括DCS系統(tǒng)、FCS系統(tǒng)，基本構(gòu)造為CPU、存儲(chǔ)器、電源，基于原理是信息輸入、程序執(zhí)行、信息輸出，PLC技術(shù)下設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化控制裝置，可重視應(yīng)用方向，并結(jié)合前沿技術(shù)、工作環(huán)境，優(yōu)化PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)。

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