關(guān)于現(xiàn)代電氣控制與PLC 應(yīng)用技術(shù)的思考

上官緯

（寧波家聯(lián)科技股份有限公司， 浙江 寧波 315200）

0 引言

PLC 的全稱是可編輯邏輯控制器（Programmable Logic Control），集中應(yīng)用于電氣設(shè)備控制領(lǐng)域，內(nèi)部主要涉及的板塊是存儲(chǔ)計(jì)算、技術(shù)和邏輯編程。 PLC 控制器可按照不同的結(jié)構(gòu)分為兩類，固定式和組合式[1]。 通過有效結(jié)合PLC 技術(shù)、現(xiàn)代電氣工程和自動(dòng)化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了我國電氣工程與自動(dòng)化控制水平大幅提升， 在PLC 技術(shù)具體應(yīng)用過程中需要工作人員全程關(guān)注各項(xiàng)技術(shù)融合應(yīng)用的每個(gè)細(xì)節(jié)，清晰掌握技術(shù)使用過程中的難點(diǎn)、要點(diǎn)，最大化發(fā)揮出PLC 技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值， 不斷強(qiáng)化電氣工程自動(dòng)控制系統(tǒng)功能。本文筆者將結(jié)合PLC 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，對(duì)該技術(shù)在現(xiàn)代電氣控制中的應(yīng)用進(jìn)行深入剖析， 旨在為電氣工程及自動(dòng)化控制更好的發(fā)展提供參考意見。

1 現(xiàn)代電氣控制及其主要技術(shù)分析

PLC 技術(shù)主要包含計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)這兩項(xiàng)基本技術(shù)， 基于充分的融合后構(gòu)成了全新的高新技術(shù)，PLC 技術(shù)應(yīng)用范圍伴隨現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而逐漸擴(kuò)大，在眾多領(lǐng)域中均有良好的應(yīng)用效果，最為突出的就是電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域，其是支撐電氣設(shè)備完成自動(dòng)化控制的重要技術(shù)支撐。 在具體應(yīng)用中， 該技術(shù)有一個(gè)重要的使用前提，就是預(yù)留一個(gè)專門的空間用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，此項(xiàng)技術(shù)的工作方法是借用提前編制好的計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)，然后向外輸出經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)，這樣就完成了PLC 模式下的電氣設(shè)備控制數(shù)據(jù)接收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備自動(dòng)化控制[2]。 通常情況下，PLC 構(gòu)成分為4 個(gè)部分，編程器、存儲(chǔ)器、CPU 和數(shù)據(jù)接口。編程器主要用于編寫計(jì)算機(jī)程序；存儲(chǔ)器的功能是提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；CPU 分析數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)接口完成數(shù)據(jù)傳輸。PLC 對(duì)每個(gè)部分的運(yùn)行性能均有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，只能在達(dá)到相應(yīng)質(zhì)量要求的情況下才能不影響技術(shù)功能正常發(fā)揮。PLC 技術(shù)的應(yīng)用從簡單的工業(yè)生產(chǎn)、汽車生產(chǎn)流水線，逐步發(fā)展到今日的各個(gè)領(lǐng)域，隨著應(yīng)用范圍越來越廣，可完成的任務(wù)也愈加復(fù)雜。 基于現(xiàn)代電氣工程建設(shè)分析電氣控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，當(dāng)前在現(xiàn)代電氣控制應(yīng)用中相對(duì)頻率更高的技術(shù)類型有下面幾種。

1.1 智能控制技術(shù)

智能控制技術(shù)在現(xiàn)代電氣控制中的應(yīng)用具體指的是以集中、全面為要求處理收集的數(shù)據(jù)信息，以此為基礎(chǔ)整體控制和動(dòng)態(tài)化檢測電氣工程系統(tǒng)運(yùn)行的設(shè)備情況，從而實(shí)現(xiàn)電氣工程控制。 各國的重點(diǎn)研究技術(shù)內(nèi)容中都包括了現(xiàn)代電氣的智能控制技術(shù)。 合理有效的在電氣工程系統(tǒng)中應(yīng)用智能控制技術(shù)能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中的突發(fā)故障，并通過故障信息分析采取對(duì)應(yīng)處理措施[3]。另外需要注意的是，在具體應(yīng)用過程中要預(yù)先優(yōu)化整個(gè)電氣工程中的設(shè)備， 重點(diǎn)是分析電氣設(shè)備的自適應(yīng)能力與精度， 這是保障整個(gè)電氣工程系統(tǒng)靈敏度與適應(yīng)性的關(guān)鍵。與此同時(shí)，基于智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用提升電氣工程系統(tǒng)的故障自診斷能力，進(jìn)一步推動(dòng)現(xiàn)代電氣工程技術(shù)發(fā)展。

1.2 非線性控制技術(shù)

以往的電氣工程系統(tǒng)控制都是圍繞多元線性理論和技術(shù)展開的， 一直以來也取得了良好的電氣工程系統(tǒng)控制效果。不過在電氣工程各項(xiàng)系統(tǒng)復(fù)雜性提升的過程中，特高壓交直流并網(wǎng)模式下逐步建設(shè)發(fā)展的電力工程，如若繼續(xù)沿用以往的線性控制技術(shù)是無法滿足現(xiàn)代系統(tǒng)運(yùn)行需求的。在此背景下，非線性控制不管從理論層面還是技術(shù)層面均朝著成熟的方向發(fā)展， 越來越多的應(yīng)用于電氣工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，因此在電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中出現(xiàn)了多種以非線性控制技術(shù)應(yīng)用為主的產(chǎn)品類型，最重要的是其在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出了良好控制效果。 另外，據(jù)相關(guān)研究結(jié)果表明，在電氣工程系統(tǒng)中融合非線性控制技術(shù)除了能提升控制精度，還能很好滿足電氣工程系統(tǒng)運(yùn)行中的發(fā)動(dòng)機(jī)電壓需求，同時(shí)在多種參數(shù)調(diào)整控制中實(shí)現(xiàn)電氣工程系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻制，表現(xiàn)出高水平的電氣控制水平。

1.3 模糊控制技術(shù)

電氣工程系統(tǒng)中的模糊控制技術(shù)應(yīng)用相對(duì)于PID 控制技術(shù)展開的，兩種控制技術(shù)的應(yīng)用結(jié)果相比有差異，關(guān)于電氣工程各項(xiàng)子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)督， 模糊控制技術(shù)可以將其充分的反映出來， 提供精準(zhǔn)控制電氣工程系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，并促進(jìn)電氣工程系統(tǒng)控制靈活性提升。要明白模糊控制技術(shù)應(yīng)用于電氣工程系統(tǒng)控制的原理， 是先有效判斷收集信息并完成信息轉(zhuǎn)換， 再按類別要求傳輸?shù)讲煌酉到y(tǒng)中， 從而在短時(shí)間內(nèi)合理控制一個(gè)系數(shù)控制時(shí)間，達(dá)到提升系統(tǒng)控制的響應(yīng)效率。

2 PLC 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 可靠性

圍繞一系列數(shù)據(jù)測算流程形成的操作應(yīng)用系統(tǒng)就是PLC 控制技術(shù)， 其所有系統(tǒng)化操作都是基于對(duì)應(yīng)編程實(shí)現(xiàn)的，這種系統(tǒng)化控制有著極強(qiáng)的可靠性[4]。 以電器數(shù)控車床為例， 控制系統(tǒng)中的原始數(shù)據(jù)信息以特定的傳輸途徑全部錄入控制系統(tǒng)中， 再經(jīng)過控制系統(tǒng)內(nèi)部各種程序化操作來落實(shí)系統(tǒng)指令，完成指定的處理內(nèi)容，整個(gè)程序運(yùn)作的可靠性就來源于精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。 先掌握電氣工業(yè)機(jī)床一類的設(shè)備的各項(xiàng)機(jī)械指標(biāo)，精準(zhǔn)輸入數(shù)據(jù)，最大化杜絕出現(xiàn)數(shù)據(jù)狀態(tài)與器械要求不符的情況出現(xiàn)， 降低生產(chǎn)設(shè)備受損風(fēng)險(xiǎn)，保證工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)精度。

2.2 完善性

兼具多種應(yīng)用功能的PLC 技術(shù)是一個(gè)綜合技術(shù)融合體，具體包括邏輯運(yùn)算、人機(jī)互動(dòng)、數(shù)據(jù)處理、即時(shí)記錄等，在系統(tǒng)化運(yùn)作模式下就能有效控制整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)線。 在具體的應(yīng)用環(huán)節(jié)中，這種工業(yè)設(shè)備因包含大量軟繼電器之類的抗干擾部件，所以能有效阻斷隔離掉系統(tǒng)化操作流程中的一切外界干擾，同時(shí)在異常出現(xiàn)的第一時(shí)間就能以工業(yè)設(shè)備為中心啟動(dòng)外部預(yù)警系統(tǒng)來識(shí)別、比對(duì)異常信息，此時(shí)中央控制器也會(huì)接收到運(yùn)行故障和待維護(hù)請(qǐng)求，這個(gè)流程體現(xiàn)出了細(xì)致、完善的特點(diǎn)，有效降低了運(yùn)行系統(tǒng)故障率，助力系統(tǒng)設(shè)備使用壽命延長。

2.3 便捷性

便捷性主要體現(xiàn)于操作層面上， 由于PLC 技術(shù)可以根據(jù)既定的編程自動(dòng)進(jìn)行一系列操作， 在相對(duì)完整的控制系統(tǒng)中設(shè)有多個(gè)分工不同的數(shù)據(jù)接口， 比如模擬量運(yùn)算、開關(guān)量控制、數(shù)據(jù)處理、運(yùn)行控制、通信與聯(lián)網(wǎng)等，如此一來就能更加流暢的操作和控制系統(tǒng)運(yùn)行[5]。盡管在具體運(yùn)行過程中，PLC 技術(shù)會(huì)難以避免的受到系統(tǒng)外變量波動(dòng)和空間輻射的影響， 不過借助高速運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)拍就能直接采取一次性的精確操作從容應(yīng)對(duì)， 同時(shí)符合既定的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)確保所有工業(yè)零件生產(chǎn)和加工任務(wù)的質(zhì)量， 最大化避免手動(dòng)操作帶來的數(shù)據(jù)差異， 正常輸入或輸出系統(tǒng)性信息。 所以不管是流程上還是操作上，PLC 技術(shù)的應(yīng)用都有著簡化、便捷的特點(diǎn)。

3 PLC 技術(shù)在電氣設(shè)備自動(dòng)化控制中的應(yīng)用分析

關(guān)于PLC 操作流程， 相關(guān)程序語言表達(dá)方式多種多樣，有不同的符號(hào)和各種圖形， 相對(duì)重要的表達(dá)方式就是語句表、梯形圖、高級(jí)編程語言、邏輯符號(hào)等，每種表達(dá)方式都能在工作環(huán)節(jié)中讓數(shù)據(jù)直觀的呈現(xiàn)出來并全面解讀接收到的數(shù)據(jù)。PLC 技術(shù)在解讀數(shù)據(jù)的過程中可以從順序、閉環(huán)、運(yùn)動(dòng)等多個(gè)不同層面的控制實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，整個(gè)工作流程需經(jīng)過采樣輸入數(shù)據(jù)、執(zhí)行用戶程序以及刷新輸出等階段。

3.1 PLC 技術(shù)在程序編制中的應(yīng)用

很多企業(yè)在程序編制過程中都會(huì)使用PLC 技術(shù)，因?yàn)樵摷夹g(shù)能夠在很大程度上提升相關(guān)控制器的功能應(yīng)用效果， 比如電氣設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)中引入PLC 技術(shù)就能高效完成系列清潔工作， 合理發(fā)揮PLC 技術(shù)能夠在保證生產(chǎn)工作效率的同時(shí)有效降控運(yùn)行成本[6]。 所以，從事于電氣設(shè)備自動(dòng)化控制運(yùn)行工作的人員有必要正確認(rèn)識(shí)PLC 技術(shù)并將其應(yīng)用到實(shí)際工作中， 并致力于研究如何優(yōu)化PLC 技術(shù)的安全性和穩(wěn)定性， 有關(guān)技術(shù)人員要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行和傳感情況來融入PLC 技術(shù)。 程序編制工作人員需用探索科學(xué)的方式引入并應(yīng)用PLC 技術(shù)。

3.2 PLC 技術(shù)在開關(guān)控制中的應(yīng)用

電氣設(shè)備自動(dòng)化控制體系中的一個(gè)重要構(gòu)成部分就是開關(guān)控制， 那么在具體應(yīng)用中必然離不開PLC 技術(shù)的應(yīng)用。就電氣自動(dòng)化控制流程而言，對(duì)設(shè)備的有效控制和管理均是通過數(shù)碼編程支撐下實(shí)現(xiàn)的。此外，在相關(guān)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程中已經(jīng)逐漸凸顯出了傳統(tǒng)開關(guān)控制模式的弊端和不足， 現(xiàn)代電氣工程系統(tǒng)的運(yùn)行需求已經(jīng)得不到完全的滿足， 因此時(shí)常出現(xiàn)運(yùn)行故障而缺失自我保護(hù)和預(yù)防能力。 科學(xué)合理運(yùn)用PLC 技術(shù)就能在很大程度上避免故障問題出現(xiàn)。第一，相關(guān)技術(shù)人員以數(shù)碼編程的形式直接控制斷電開關(guān)，讓設(shè)備損耗程度降到最低，延長設(shè)備使用壽命； 另外還需要技術(shù)人員在操作過程中將傳統(tǒng)繼電器替換為虛擬裝置， 以便在出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)通過虛擬器開啟自我保護(hù)功能，不讓設(shè)備進(jìn)一步受損；第二，伴隨著現(xiàn)代設(shè)備的升級(jí)與發(fā)展，PLC 技術(shù)在應(yīng)用過程中也要尋求創(chuàng)新，要細(xì)心積累并分析應(yīng)用環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題，對(duì)應(yīng)的技術(shù)人員也要不斷強(qiáng)化自身專業(yè)技能， 為工作效率的提升奠定人力基礎(chǔ)。

3.3 PLC 技術(shù)在系統(tǒng)閉環(huán)過程控制中的應(yīng)用

PLC 技術(shù)的系統(tǒng)閉環(huán)過程控制中的應(yīng)用其實(shí)屬于一項(xiàng)補(bǔ)充性應(yīng)用， 結(jié)合現(xiàn)場控制與自動(dòng)化運(yùn)行兩種方式來實(shí)現(xiàn)所有的閉環(huán)系統(tǒng)操作， 從而讓PLC 控制系統(tǒng)的日?；\(yùn)行中還能得到常規(guī)控制系統(tǒng)的補(bǔ)償性支持， 更好的保證閉環(huán)過程控制的可靠性和安全性。 一般情況下，PLC應(yīng)用系統(tǒng)最為重要的三個(gè)部分就是電子調(diào)節(jié)單元、 轉(zhuǎn)述測量單元和電液執(zhí)行單元， 將這三個(gè)部分組合在一起就可發(fā)揮調(diào)解系統(tǒng)運(yùn)行的作用， 這樣才能在調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)中按照特定機(jī)器運(yùn)作規(guī)律開展對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)化操作， 從操作層面確?？刂坪侠硇?。 就我國現(xiàn)階段電器閉環(huán)控制系統(tǒng)而言，運(yùn)行過程中的整個(gè)系統(tǒng)可足以控制泵機(jī)的工作時(shí)長，讓其保持在既定范圍內(nèi)， 這樣就能通過調(diào)整運(yùn)作時(shí)間來控制泵機(jī)設(shè)備受損情況，給予設(shè)備運(yùn)作一定間隙，杜絕運(yùn)作過程帶來的泵機(jī)損耗。

3.4 PLC 技術(shù)在通信數(shù)據(jù)處理控制中的應(yīng)用

PLC 技術(shù)應(yīng)用下的系統(tǒng)控制器全程運(yùn)作模式會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)采集和規(guī)整實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編號(hào)， 并結(jié)合對(duì)應(yīng)點(diǎn)符號(hào)完成信號(hào)傳輸與發(fā)送。 整個(gè)過程的第一步就是數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理，以PLC 脈沖量計(jì)算為例，數(shù)控機(jī)床角度調(diào)整可通過系統(tǒng)化控制來實(shí)現(xiàn)， 具體是明確電機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)后經(jīng)過一系列計(jì)算得出步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈需要的脈沖總數(shù)。 第二步就是明確步進(jìn)電機(jī)滾輪的直徑， 通過滾輪周長結(jié)果來算出每一次脈沖的運(yùn)行距離， 然后才能根據(jù)設(shè)定距離的計(jì)算反向推出運(yùn)行所需的脈沖總數(shù)[7]。第三步要以電氣設(shè)備通信的智能化為目標(biāo)應(yīng)用PLC 技術(shù)， 聯(lián)合多個(gè)通信接口分門別類完成信號(hào)接收與傳輸。以數(shù)控機(jī)床加工為例，常規(guī)的加工精度要求是0.05～0.1nm， 整個(gè)精度控制主要是以數(shù)字信號(hào)形式完成， 每一次數(shù)控裝置由脈沖信號(hào)輸出時(shí)，機(jī)床的移動(dòng)部件就會(huì)對(duì)應(yīng)移動(dòng)0.001nm，約等于一脈沖量。 數(shù)控裝置還能有效補(bǔ)償機(jī)床與傳動(dòng)鏈之間的反向鏈間隙，以及與絲桿螺距之間的平均誤差。通信數(shù)據(jù)綜合分析與處理可以說是PLC 系統(tǒng)化操作中較為突出的數(shù)據(jù)化、智能化和自動(dòng)化表現(xiàn)。

3.5 具體應(yīng)用分析

第一，數(shù)控機(jī)床中PLC 技術(shù)的應(yīng)用。 在機(jī)床中合理應(yīng)用PLC 技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)化的全程監(jiān)督機(jī)床運(yùn)行，隨時(shí)監(jiān)測出現(xiàn)于機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)的故障，并給與明確的指引信息以便精準(zhǔn)的找到故障位置，一方面極大的減輕了員工的工作壓力，另一方面為機(jī)床正常運(yùn)行保駕護(hù)航。 若故障出現(xiàn)在機(jī)床運(yùn)行過程中，運(yùn)用了PLC 技術(shù)的系統(tǒng)就能即刻發(fā)出報(bào)警信息，相關(guān)技術(shù)人員可以以報(bào)警信息為依據(jù)采取針對(duì)性方案解決當(dāng)下問題，快速讓機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)回歸正常，不耽誤整個(gè)工作效率和任務(wù)進(jìn)度。 第二，立體倉庫中PLC 技術(shù)的應(yīng)用。 在立體倉庫中科學(xué)運(yùn)用PLC 技術(shù)能夠自動(dòng)化管理倉庫物流操作。 在實(shí)際運(yùn)用中都是以相關(guān)技術(shù)人員為主導(dǎo)，基于對(duì)PLC 技術(shù)的掌握，通過接收所有和立體倉庫有關(guān)聯(lián)的信息數(shù)據(jù)，經(jīng)綜合分析后成功轉(zhuǎn)換信息數(shù)據(jù)為指令形式，以便運(yùn)行相關(guān)設(shè)備執(zhí)行任務(wù)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化設(shè)備管理。立體倉庫中的PLC 技術(shù)應(yīng)用大大提升了整個(gè)電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)精準(zhǔn)性，推動(dòng)倉庫管理水平提升。

4 結(jié)束語

總而言之，PLC 技術(shù)圍繞處理器構(gòu)建從數(shù)字運(yùn)算知識(shí)轉(zhuǎn)向自動(dòng)化控制的運(yùn)行模式，兼具可靠性、全面性和便捷性的優(yōu)勢(shì)，有效的推動(dòng)了電氣自動(dòng)化發(fā)展，兩者的結(jié)合應(yīng)用同時(shí)大大提升了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和效率，促進(jìn)運(yùn)行系統(tǒng)朝著智能化方向發(fā)展，基于系統(tǒng)維護(hù)程序的簡化大大降控系統(tǒng)基本成本。 根據(jù)現(xiàn)有運(yùn)用現(xiàn)狀信息分析， 可大膽預(yù)測PLC 技術(shù)在電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用會(huì)愈加廣泛和深入。