PLC技术在工业电气自动化中的应用研究

孙亮

国电和风风电开发有限公司 辽宁 沈阳 110179

引言

信息时代到来后陆续出现了诸多新技术，许多新技术都突破了旧有技术的限制，满足了工业现代化发展的需求。PLC作为信息时代下的技术产物，具有高度自动化，其灵活性、便捷性、兼容性等优势都决定了其在电气自动化中的巨大发展潜力。虽在工业领域PLC技术有相对成功的应用，但因为每个工业企业都有各自的特点，应根据自身的生产特点，优化PLC技术应用路径。未来随着技术的越发进步，相关人员需持续研究PLC技术，拓展其应用范围。

1 PLC技术优点

1.1 编程简单，使用方便

PLC技术在编程方面具有便捷性，其为梯形图编程方式，借助相应的编程语言即可达到控制目标。梯形图中的线路清晰，相关人员只需要阅读用户手册，或者参与简单培训，即可掌握编程方法，熟悉相应的程序语言，整个编程过程较为简单，使用方便，几乎不会遇到任何难题。

1.2 可靠性高，抗干扰能力强

PLC为专业化控制设备，其以微处理器为核心，内部设计、制造中应用了大量的软继电器等抗干扰部件，还采用了多种屏蔽、滤波隔离等硬件保护设施。正是因为PLC的这一特点，在工业电气自动化中应用该技术后，即使系统内的部分设备出现故障，系统也能及时采集故障信息并反馈，提醒有关人员快速进入现场处理实际问题，保障了快速响应性[1]。因此，PLC具有其他技术无法比拟的可靠性，具有较强的抗干扰能力，即使在外部因素影响下，其依旧能正常工作。

1.3 功能完善，应用范围广

PLC内配备有各种硬件设备及设施，这一构成决定了其兼具逻辑运算、数据处理、人机交互、自动记录、故障预警等功能，功能多样，在工业电气自动化系统中PLC技术能发挥其功能优势，并能结合工业生产过程、电气运行特点，实现实时、精准控制。总之，PLC技术具有更为完善的功能，工业企业可根据自身需求，将PLC应用到更多环节。

1.4 设计、施工的工作量少

工业电气自动化系统中应用PLC技术时往往需同步使用技术软件，在这些软件支持下不再需要配备中间继电器、时间继电器，减少了接线数量，器件安装任务减少，后续投入使用后检测工作大大减少，操作简单[2]。另外，系统投入使用之前，有关人员可自动调取其中的模拟调试程序完成调试，通过这一过程可发现系统、设备运行期间的问题，及时安排专人来处理，在现场无须人工调试。

1.5 体积小、故障率低、维护便捷

PLC为专业化设备，其可靠性高，因为其中采用了很多微处理器件，整个设备的体积异常小，投入使用后的故障率低，即使在长时间使用后需维护，工作量也相对较少且操作简单，维护成本偏低。

2 工业电气自动化中PLC的应用要点

2.1 开关量控制

工业发展中开关量控制为生产控制的重点内容，如汽车企业内的很多方面均采用了PLC技术。结合汽车工业的特点，必须控制各生产线工位，其PLC技术的应用范围广，一般需布设300个左右的I/O开关量控制点。开关量控制的关键是要配备继电器设备，一旦后续的生产作业中继电器发生异常情况，电气设备无法正常运行。针对这一问题，需利用PLC技术实现开关量控制，维持正常的生产作业。继电器开关控制器方面，有关人员需结合实际情况利用PLC编程控制技术优化流程、控制要素，以增强PLC系统的整体可靠性，凸显继电器在整个控制系统中的作用。此外，通过PLC控制技术，控制模块能自动发现继电器开关反应现象，在出现异常的情况下立即调取控制程序，保障继电器开关控制的响应时间。

2.2 火电厂

2.2.1 锅炉补给水处理控制系统。火电厂的生产作业相对复杂，其生产系统内包含多个子系统，锅炉补给水处理仅仅为其中一个系统，整个生产作业期间该子系统负责保障水汽循环。生产期间一旦水汽经过管道，发生蒸发或者泄漏的概率较高，水汽浪费较为严重，针对此问题，利用PLC技术能有效处理。比如，某火电厂在尚未引入PLC技术之前，阴、阳离子交换器的控制阀门多，一般为11～13个，运行时间较长，保持24h全天候运行，还原时间为100～130min；每一台混合离子交换器的控制阀门数量为17个，运行时间长，为阴、阴阳离子交换器的3倍之多，达到了72h，还原时间也略长，为140min[3]。结合交换器的运行时间、还原时间，传统锅炉补给水系统的操作流程多，运行过程中经常发生各种问题，且单位时间内的补水量大，这一模式下，锅炉中的除盐子系统持续切换动作，现场相关人员的工作量庞大，可能因错误操作而诱发重大事故。而利用PLC技术后，补给水与除盐系统能在PLC控制下，整个控制过程具有自动化、智能化特点，几乎不再需要人工操作，能节约人力成本。

2.2.2 锅炉吹灰控制系统。火电厂生产期间，吹灰系统负责锅炉水冷壁、过热器、再热器等受热装置表面、内部的清理，可避免这些装置内外部有结渣或者积灰现象。在进入清理程序时，降压蒸汽法应用较多，但这一方式下高温可能烧损吹灰器，为有效预防此现象，需将水作为介质完成降温处理。在进入吹灰流程后，先启动吹灰用汽源，将吹灰器推进炉膛或者烟道，当吹灰工序基本结束后，吹灰器自动退出炉膛。原先的控制流程下主要由继电器完成控制任务，一旦锅炉体积庞大，单位时间内将产生较多灰渣，吹灰装置的吹灰效果难以达到预期。比如，在锅炉水冷壁、过热器、再热器、空气预热器等两侧炉壁上往往安装有吹灰器，吹灰所用蒸汽为过热蒸汽或者再热蒸汽，总阀门主要在蒸汽总管道上，进气阀门、疏水阀门安装在蒸汽管道上，上述安装方式对吹灰系统的运行存在诸多负面影响。而利用PLC技术能优化系统控制模式，利用PLC的顺序控制功能，吹灰系统可处于稳定、高效的运行状态下。

2.3 立体仓库

科技发展到今天，电气设备的功能越发全面、性能越发优越，在各个领域都广泛、成功应用了专业化电气设备。目前我国电商发展迅速，位居世界潜力，在电商交易中物流为重点方面，如能合理利用PLC技术，有助于建立立体仓库，提升物流服务水平。一般来说，立体仓库有水平移动结构与垂直升降结构两种类型，引入PLC技术后能改变货物运输过程，为货物的存储、运输提供便捷，凸显仓库在仓储、周转方面的作用。立体仓库通过闭环控制模式，能收集在仓库运行期间的一切数据并编译，再将编译后的数据上传到PLC系统，由其实现自动控制，此控制方式下的流程简单，需要人工操作的部分较少。

2.4 供热站自动控制系统

供热站自动控制系统中引入PLC技术，可增强系统的自动化功能，因为配备有人机交互设备，可在工作中自动收集PLC数据，监视模块与其他接口设备共同负责监控任务，动态把握一级网、二级网的工作状态。当在PLC技术支持下实现了一级与二级网的连接后，收集了供水温度、压力与流量后，需利用微处理器、程序存储器等，合理控制电磁阀、变频器、泵的运行参数。供热站与其他设备控制循环水总量、吸收、排出介质的热量，保障供热站能正常工作。PLC可采取以下几种控制方式：①调节电动控制阀，参考二级网供热温度曲线，精准调节热交换器一级网的流量，再由PID控制器控制一级网回流管道；将一级网供应到热交换器，调节向二级网供应的水体温度。②循环泵的控制，此控制过程由PID控制器实现，从控制方式下能合理优化循环泵性能，达到二级网供水、回水之间的设定压力差，间接把控二级网循环流量。

2.5 机械手自动化控制

现阶段随着PLC技术的越发成熟，在机械手自动化控制中也有PLC技术的应用。具体来说，通过引入PLC技术，能形成信号滤波这一特殊表达方式，促进平流电向交流电转化，在整个系统运行期间自动采集每次数据发生波动的行为，再通过控制信号电压值，将终端电压等参数控制在正常范围内。系统采集到相关数据后，相应模块能自动分析机械手在不同状态下的能耗大小。如假设输出数据值远低于原始状态，保留该数据，如输出数据略高于原始数据，系统自动保留两组数据中数据值小的一组。总之，通过调整数据能实现不同满载状态下的数据调节，在终端自动监控信息频率。PLC部分依据采集和分析的数据结果，自动判定机械手状态，必要情况下采取一定的控制与调节措施。

2.6 数控系统

电气自动化系统中PLC技术具有不可或缺性，通过该技术与其他技术的高度融合，可完善电气设备功能，提升设备性能，增强电气设备的存储能力，保障设备有较强的反应能力，即使在运行过程中遇到了异常情况，也能自动处理。数控系统中引入PLC技术，可凸显PLC技术的多方面优势，提高数控系统性能。当前的许多工业生产任务均采用了数控系统，为提高生产效率与质量，相关人员需全面分析数控系统，保障数控技术的灵活性、便捷性。结合实际经验，数控系统中应用PLC技术能增强系统可靠性，使系统具备更为全面的功能、优越的性能。当下我国迈入了工业现代化阶段，调整产业结构势在必行，为此，为扩大工业生产规模，相关部门也需统筹各项工作，促进产业结构的升级。数控机床下的PLC技术可为信息传输提供便捷，通过在生产中高效传输和共享数据，可及时解决生产中的各类问题。

2.7 电气闭环控制

目前工业生产中应用了各类电气设备，这些设备各有其功能和用途，为合理控制电气设备，闭环控制十分关键。在所建立的闭环控制系统中同步采用指纹识别、声音识别、遥感控制等几种方式，能大大提高设备的运行效率，但在此方式下未考虑设备无法依赖自动程序调节其运行状态的情况，设备运行期间的故障率较高。现阶段的电气闭环控制中大部分都采用了PLC技术，此控制系统下能实时、精准控制液压、转速、电流。设备长时间运行时，油管压力随时间延长而逐步增大，一旦油管中的压力达到了1MPa，可能造成油管内部腐蚀现象。而PLC技术支持下的闭环控制模式，能自动感知油管中的压力变化，监测到异常情况时控制模块能自动调节。如液压超出正常标准的情况下，控制系统能主动调节为手动调控，不仅能减小油管中的压力，还能降低设备运行中的能耗。原先的转速调控模式下反应速度缓慢，电机散热不佳，如长期维持低转速情况，必将导致电机温度异常，增大其运行风险。而PLC闭环控制模式能自动调节转速，使设备处于最佳状态。

2.8 中央空调

近年来随着工业企业生产规模的持续扩大，在各个工业企业的生产作业中越发依赖中央空调，此空调能促进空间内的空气循环。以电子设备加工企业为例，其生产过程中必须密切关注温度参数，此时，中央空调必不可少，其在监控和调节温度方面具有显著优势。现阶段国内的中央空调制冷形式主要有电气管控、直接数字、编程管控设备PLC体系几种。编程管控设备PLC体系中的PLC技术，改进了原先的控制方式，具有更高的自动化水平，在系统运行中的可靠性高、兼容性好，受外部其他因素的干扰小，能合理调节中央空调的有关参数。

3 结束语

新型工业化道路中，大部分工业企业都在尝试电气自动化，许多企业的工业电气自动化取得了突出成就，其中所应用的PLC技术凸显了其技术优势。未来随着工业现代化步伐的加快，各企业需持续研究PLC技术在工业电气自动化中的应用。