葉偉

（零八一電子集團(tuán)四川力源電子有限公司 四川省廣元市 610017）

1 前言

1.1 課題研究背景及意義

PLC自動控制系統(tǒng)也被稱為可編程控制器，屬于多學(xué)科融合的工業(yè)控制模式類型，具有較強(qiáng)的應(yīng)用綜合性，主要應(yīng)用領(lǐng)域在實(shí)際生活生產(chǎn)和電氣設(shè)備制造等，在這些工作中發(fā)揮了極其重作用，目前呈現(xiàn)出較強(qiáng)的穩(wěn)定性，以此來滿足裝置運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。同時隨著我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展，PLC的應(yīng)用可以有效推動電氣設(shè)備控制系統(tǒng)的優(yōu)化和升級，甚至作為控制系統(tǒng)中非常重要的一部分，PLC的應(yīng)用可以輔助優(yōu)化生產(chǎn)管理，減少技術(shù)人員實(shí)際工作量以此來降低投入的成本，提升對工業(yè)制造公司的保障力度，并且還可以達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用效果，目前來看PLC技術(shù)應(yīng)用突破傳統(tǒng)控制系統(tǒng)模式，基于這一角度可以知道PLC的應(yīng)用效果非常顯著。

1.2 課題研究現(xiàn)狀及內(nèi)容

PLC控制系統(tǒng)在電氣設(shè)備自動控制應(yīng)用中屬于簡化后的電氣邏輯，在實(shí)際應(yīng)用中不僅可以提升操作的便捷性還可以提高用電設(shè)備的使用效果和運(yùn)行質(zhì)量，以此來保障裝置應(yīng)用的安全性，在本文中主要強(qiáng)調(diào)的電氣設(shè)備自動控制系統(tǒng)中PLC應(yīng)用設(shè)計，因而具有非常重要的理論和實(shí)踐研究價值。受限PLC控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中包括設(shè)計→安裝→調(diào)試，相較于傳統(tǒng)應(yīng)用模式，PLC打破了對繼電器和計數(shù)裝置限制，實(shí)現(xiàn)使用裝置的優(yōu)化，其次是可以減少人為操作，減少工作量和工作失誤。其次PLC在設(shè)計中需要根據(jù)用戶需求可以有針對性的展開設(shè)計，通常設(shè)計人員會采用梯形語言來幫助完成，其原理在于通過使用梯形圖方式來轉(zhuǎn)化為其他語言類型，以此實(shí)現(xiàn)功能控制需求，降低使用者操作難度，相對來說PLC中所涉及到的原理與電器電路原理相類似，從而增強(qiáng)梯形圖的直觀性和可操作性，通常梯形圖技術(shù)學(xué)習(xí)難度偏低，一般熟練電路電器原理的技術(shù)人員很容易掌握。

同時PLC可編程控制器主要是利用數(shù)字計算方式應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，并且發(fā)揮著非常重要的作用，目前可編程控制器的設(shè)計由兩部分內(nèi)容組成，其分別為軟件設(shè)計和硬件設(shè)計，其中硬件設(shè)計又可以細(xì)分為機(jī)箱和顯示裝置，機(jī)箱用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)、模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，容易及早發(fā)現(xiàn)故障部位進(jìn)行切斷。主機(jī)則是進(jìn)行操指令的傳輸，通過調(diào)整電機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)控制。PLC控制系統(tǒng)可有效采集伺服電機(jī)信號并根據(jù)信號內(nèi)容執(zhí)行對應(yīng)程序，通常情況下電氣裝置運(yùn)行較為穩(wěn)定，其原理在于采用多種控制方式如勵磁控制、邏輯控制等，遵循PLC控制系統(tǒng)工作原理，使用者可以通過邏輯量實(shí)現(xiàn)對任務(wù)指令的執(zhí)行，其本質(zhì)在于數(shù)字量、模擬量與接口模塊等執(zhí)行操作，這樣即使在非常惡劣的工作環(huán)境下，仍可以進(jìn)行工作操作，為此PLC應(yīng)用功能強(qiáng)大吸引工業(yè)領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注，并逐漸成為工業(yè)領(lǐng)域中重要的組成部分，本文基于電氣設(shè)備自動控制系統(tǒng)中PLC的設(shè)計方法，以污水處理為案例，對各個污水處理環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，最終完成總體方案的設(shè)計。

2 電氣設(shè)備自動控制系統(tǒng)PLC設(shè)計概述

2.1 電氣設(shè)備自動控制系PLC設(shè)計

2.1.1 對控制任務(wù)進(jìn)行評估

在電氣設(shè)備控制系統(tǒng)中適用到PLC裝置可以提升其運(yùn)行的有效性，同時應(yīng)用中要做好設(shè)計工作，其包括對行業(yè)通用控制功能進(jìn)行合理評估，以此來保障PLC技術(shù)應(yīng)用的廣泛性，同時根據(jù)當(dāng)前電氣設(shè)備的運(yùn)行情況，在PLC技術(shù)的選擇上，可以參考運(yùn)行方式和主要類型，以此來確保此次設(shè)計的可靠性和實(shí)用性，同時基于數(shù)據(jù)處理能力、規(guī)模和設(shè)計難度等相關(guān)指標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)對裝置控制系統(tǒng)功能運(yùn)行進(jìn)行合理預(yù)估，從而達(dá)到控制系統(tǒng)實(shí)時性的應(yīng)用需求。

2.1.2 確定PLC的系統(tǒng)規(guī)格

在運(yùn)行過程中必須考慮電氣設(shè)備使用的安全性能，只有確保安全性的前提下才能保障裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性，為電力公司提供長遠(yuǎn)的保障作用，因而在設(shè)計中需要基于電氣設(shè)備所呈現(xiàn)出的具體參數(shù)進(jìn)行選擇，在設(shè)計前需要對所選擇的型號進(jìn)行預(yù)判，這樣才能從市面上選擇到與之相匹配的PLC，同時也要充分了解用戶使用需求、使用特點(diǎn)以及應(yīng)用場合等，以此來增強(qiáng)PLC系統(tǒng)的可靠性。

在選擇具體PLC型期間，一定要注意所選擇的廠家是否正規(guī)，只有正規(guī)廠家生產(chǎn)出的PLC會與所需PLC型號相一致，同時也能保證電氣設(shè)備運(yùn)行期間的安全性和穩(wěn)定性?；赑LC輸出點(diǎn)和輸入點(diǎn)可以分析PLC的相關(guān)參數(shù)，必要時根據(jù)需要對輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，以此來滿足系統(tǒng)應(yīng)用的安全性，同時雅瑤對PLC當(dāng)前的存儲容量展開討論，當(dāng)存儲容量的數(shù)值超過程序容量后，方可以對電器設(shè)備提供合理的保障。

2.1.3 實(shí)施自控系統(tǒng)的設(shè)計

將PLC應(yīng)用到電氣設(shè)備自動控制系統(tǒng)，需要遵循具體的運(yùn)行原則，尤其是功能的完整性和安全性，這樣便于科學(xué)有效的完成控制系統(tǒng)的設(shè)計，確保系統(tǒng)裝置可以穩(wěn)定運(yùn)行，同時也滿足工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)需要。后按照一定的次序?qū)ο到y(tǒng)軟件與硬件程序進(jìn)行編寫，其主要過程為控制器→抗干擾→電路連接的順序，這樣才能建立一個比較完整的標(biāo)準(zhǔn)框架，以保障后續(xù)工作可以順利進(jìn)行。

2.1.4 實(shí)施系統(tǒng)調(diào)試

在PLC設(shè)計期間，需要在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上考慮調(diào)試問題，調(diào)試過程要根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和功能需求，在嚴(yán)格的模擬的環(huán)境下完成對系統(tǒng)的調(diào)試，當(dāng)前調(diào)試的方法包括聯(lián)機(jī)測試，根據(jù)電氣設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)，對PLC系統(tǒng)進(jìn)行完整分析，讓PLC能夠適應(yīng)當(dāng)前電氣設(shè)備提出的技術(shù)要求。同時，技術(shù)人員必須保證自身技術(shù)專業(yè)性，遵循專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，將開關(guān)方式進(jìn)行模擬信號技術(shù)啟動，增強(qiáng)對控制系統(tǒng)判斷的精準(zhǔn)性，同時需要對編輯器進(jìn)行分級，同樣需要在調(diào)試過程中進(jìn)行分段，掌握合理系統(tǒng)安全運(yùn)行策略，這樣找到控制系統(tǒng)中所存在的缺陷，進(jìn)行及時調(diào)整和解決。

2.2 PLC在電氣設(shè)備自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

設(shè)計者在進(jìn)行電氣設(shè)備自動控制系統(tǒng)的設(shè)計中需要了解控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能類型，其次是要對市面上各類PLC產(chǎn)品進(jìn)行價格和質(zhì)量進(jìn)行比較，后根據(jù)對比結(jié)果選擇性價比較高控制器，最后是要在確定信號后，對模擬量、顯示設(shè)置以等模塊進(jìn)行選型，上述步驟是為開發(fā)準(zhǔn)好準(zhǔn)備，此外需要注意到在完成PLC主機(jī)選型工作后，需要確定I/O數(shù)量、控制系統(tǒng)以及調(diào)試等。

2.2.1 功能運(yùn)用分析

通常PLC的結(jié)構(gòu)包括存儲器、電源和CPU，電源還可以細(xì)分為備用、系統(tǒng)和保護(hù)等，其中CPU用于存儲，具有一定的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，并且在實(shí)際應(yīng)用中強(qiáng)調(diào)協(xié)調(diào)效果，接口電路是外設(shè)備中非常重要的部分，可通過輸入電路對相關(guān)信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，或者是輸出電路將某些信號轉(zhuǎn)換后進(jìn)行輸出。根據(jù)當(dāng)前研究成果來看，在控制系統(tǒng)應(yīng)用PLC則可以控制開關(guān)了，對機(jī)械裝置設(shè)備運(yùn)行進(jìn)展開分析，同時根據(jù)PLC計時對系統(tǒng)展開設(shè)計等。

2.2.2 PLC型號選擇

PLC作為控制系統(tǒng)中的重要組成部分，需要了解PLC在使用中的細(xì)節(jié)，具體包括按照電氣設(shè)備具體參數(shù)展開分析，以此來保障所選擇的PLC型號可以符合實(shí)際應(yīng)用需求，其次是PLC型號可以提升對系統(tǒng)控制的安全性和高效性，同時可以強(qiáng)化管理效果，PLC系統(tǒng)基于軟件和相關(guān)設(shè)備展開深度聯(lián)結(jié)，基于高品質(zhì)的處理器執(zhí)行現(xiàn)場控制要求，促進(jìn)了PLC在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用質(zhì)量。

2.2.3 I/O地址確定

在自動控制系統(tǒng)中對PLC進(jìn)行開發(fā)，需要在初期完成對I/O地址的確定，這將會關(guān)系到后續(xù)系統(tǒng)的深度開發(fā)和功能的拓展等，確保I/O點(diǎn)數(shù)滿足實(shí)際功能需要，充分認(rèn)識到系統(tǒng)對于備用或者是擴(kuò)充等方面的需求量，這樣所選擇的I/O的數(shù)量能夠撐起系統(tǒng)需求。需要注意的是離散輸入、輸出接口等選擇要考慮標(biāo)準(zhǔn)接口，在標(biāo)準(zhǔn)接口下若是無法實(shí)現(xiàn)某些需要則要考慮應(yīng)用到特殊接口。

3 PLC在污水處理系統(tǒng)中的設(shè)計分析

當(dāng)前我國為了管控水環(huán)境，部分公司要負(fù)擔(dān)高額的水質(zhì)管理費(fèi)用，同時水質(zhì)凈化需要較長的周期，凈化難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，為此不得不從源頭開展管理，以此來解決水質(zhì)問題。目前我國完善環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)，嚴(yán)格要求企業(yè)對污水進(jìn)行管控，以此來消除有害污染物，盡可能讓污水凈化后符合標(biāo)準(zhǔn)將其排放，在這過程中需要考慮到解決成本和技術(shù)等內(nèi)容，或者是再工業(yè)聚集的區(qū)域內(nèi)建立污水集中廠，其目的是實(shí)現(xiàn)高效對污水的凈化，提升污水處理效率。

3.1 污水系統(tǒng)處理流程

以10000立方米污水處理為例，需要了解污水具體的處理流程，該過程為污水會先通過粗格柵口→泵站→細(xì)格柵→曝氣沉砂池等物理過程，后進(jìn)入到生化反應(yīng)過程即恒水位SBR生物反應(yīng)池→用于消毒的濾池→消毒池→巴氏計量槽，后通過提升泵站實(shí)現(xiàn)污水的排放。

3.2 PLC控制要求

在污水處理系統(tǒng)中包括兩個部分即監(jiān)控系統(tǒng)和電氣設(shè)備控制，前者主要是采用到WinCC組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，后者則主要是對SBR反應(yīng)池和二氧化氯發(fā)生器進(jìn)行溫度監(jiān)測以及在SBR反應(yīng)池內(nèi)pH數(shù)值監(jiān)測等，具體為pH數(shù)值超過所規(guī)定書之后需要打開加酸閥門對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，反之則是打開堿閥門。PLC控制系統(tǒng)主要是用于對各水池液位進(jìn)行檢查與調(diào)節(jié)，當(dāng)液位高度數(shù)值超過或者是低于規(guī)定數(shù)值則會啟動控制功能，發(fā)出報警，因而具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.3 污水處理系統(tǒng)方案設(shè)計

根據(jù)功能需求在對PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計中要充分考慮污水處理流程，其主要包括三個階段，分別為預(yù)處理階段→生化反應(yīng)階段→污泥處理階段，這三個階段均可以通過PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，在本次設(shè)計中采用到了分布式的方式進(jìn)行整體系統(tǒng)架構(gòu)控制。

根據(jù)污水自動處理控制系統(tǒng)規(guī)定控制系統(tǒng)需要配備1個PLC主站、5個PLC從站以及上位機(jī)控制，其主要適用于對整個控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控監(jiān)督，目前上位機(jī)可以綜合考慮選擇工業(yè)PC機(jī)，PLC控制主站采用PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)與各PLC控制從站通信。操作員站的作用是通過WinCC監(jiān)控軟件對整個污水控制系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，利用人機(jī)對話裝置可以有效監(jiān)測異常，及時修復(fù)對應(yīng)的位置，同時設(shè)工程人員需要定期對應(yīng)用設(shè)備進(jìn)行管理和調(diào)試。

4 結(jié)語

在PLC實(shí)際應(yīng)用中本文以污水處理系統(tǒng)用為例，了解基本的污水處理工藝流程，后分析PLC的應(yīng)用功能，最后開展設(shè)計，PLC在應(yīng)用期間可以呈現(xiàn)出良好的抗干擾性，將信號轉(zhuǎn)換為電平，確保設(shè)備可以自動運(yùn)行，并且PLC控制系統(tǒng)可以對整個污水處理環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，盡快的發(fā)展設(shè)備故障點(diǎn)，并開始自診斷，檢修和維護(hù)人員可以通過信號的輸出對故障問題進(jìn)行判斷，及時修復(fù)，確保整個系統(tǒng)仍能持續(xù)運(yùn)行。