帥寶珍

云南省玉溪工業(yè)財貿(mào)學校 云南玉溪 653100

1 PLC 技術的相關概述

1.1 PLC 概述

（1）PLC 發(fā)展史。在20 世紀60 年代初期，生產(chǎn)線的控制主要采用繼電器控制裝置，其可靠性、安全性、經(jīng)濟性等都較差。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對PLC 技術（可編程序控制器）有了啟蒙，并于60 年代末成功研制了一臺可編程序控制器且通過試驗。直到目前，PLC 不僅僅是起初所提到的可編程序控制器控制繼電器回路那么簡單，還可以做邊緣計算、運動控制等，而且仿真也前進了一大步，由MATLAB/Simulink 建模仿真，自動代碼生成的程序可以下載到PLC 存儲器上，實現(xiàn)硬件環(huán)境測試[1]。

（2）PLC 的特點：①學習PLC 編程容易，其界面和程序看上去比較直觀，容易理解；②控制系統(tǒng)簡單，而且修改起來比較容易，所使用時間較短；③系統(tǒng)維護方便。

（3）PLC 組成。市面上PLC 種類繁多，例如通用品牌有西門子、歐姆龍、三菱等，每個品牌旗下又有很多型號的PLC，但其主要內部結構大致是相通的，主要有五個部分組成，其組成原理圖如圖1 所示。

圖1 PLC 的組成

①中央處理器CPU。主要用來邏輯運算及數(shù)學運算等，并且協(xié)調整個系統(tǒng)的工作。

②存儲器。用于存放系統(tǒng)編程程序及監(jiān)控運行程序、用戶程序、邏輯及數(shù)學運算的過程變量及其他所有信息。

③電源。包括系統(tǒng)電源、備用電源等。

④輸入/ 輸出單元。輸入單元用來進行輸入信號的隔離濾波及電平轉換；輸出單元用來對PLC 的輸出進行放大及電平轉換，驅動控制對象。

⑤通信接口。是PLC 與外界通信的通道。

1.2 PLC 在電氣自動化中的作用

在電氣工程自動化控制中，PLC 技術具有非常重要的作用，具體體現(xiàn)在如下幾個方面：

①有利于電氣設備數(shù)據(jù)存儲量的增加。由于PLC 的核心部件是CPU，所以可將其視作為計算機中一個具有強大邏輯控制功能的應用系統(tǒng)，其通過邏輯運算可快速完成相關程序的編輯，并實現(xiàn)軟件存儲。在電氣自動化控制中應用PLC 后，能夠使電氣設備的數(shù)據(jù)存儲量隨之增多，由此可以為運行檢修提供可靠的參考依據(jù)[2]。

②有利于促進電氣設備智能化。常規(guī)的電氣設備智能化程度相對較低，隨著PLC 技術的應用，可使電氣設備的操作實現(xiàn)全程自動化控制，通過對CPU 中存儲的相關數(shù)據(jù)進行提取，并與預設值進行比較，能夠快速判斷出電氣設備的運行狀態(tài)，大幅度提升了電氣設備的智能化程度。

1.3 核心技術

PLC 技術的涉及范圍廣，使用率也比較高，在電氣工程中有著不可替代的作用，它最主要的核心技術就是控制技術。PLC 技術的控制系統(tǒng)由四部分組成，其中包括中央處理器、電源、存儲介質以及輸入輸出口。組成的四部分不能單獨進行運轉，它可以直接影響控制系統(tǒng)的運行。另外，PLC 技術自身是有很多利用價值的，針對一定的需求進行相應的調整，根據(jù)現(xiàn)場實際情況可以隨時增添合適的外援設備，使PLC 技術的控制性能能夠發(fā)揮其最大的作用。電源部分是負責PLC 控制系統(tǒng)的開關和閉合過程的。輸入輸出端口是與外部設備的連接點，建立外部和內部的聯(lián)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息交換的目的。中央處理器就是接受并且分析用戶的命令。存儲介質最主要就是可以為用戶帶來最方便的服務，在短時間內找出有效數(shù)據(jù)供用戶使用[3]。

2 電氣工程自動化控制中PLC 技術的應用研究

2.1 在汽車制造中的應用

隨著科學技術的發(fā)展，汽車制造產(chǎn)業(yè)的進一步擴大，對自動化技術的要求越來越高，而PLC 技術的發(fā)展推動了汽車制造產(chǎn)業(yè)的進一步擴張，該技術包含了運動控制、現(xiàn)場總線、機器視覺等方面的控制。

汽車生產(chǎn)線主要有四大工藝，沖壓、焊裝、涂裝、總裝，每道工序中都會有機械手、傳輸控制等。例如焊裝、總裝等工藝中生產(chǎn)線需要從上一道工序傳到下一道工序當中，對于這種流水線生產(chǎn)，PLC 無疑是最好的控制方式；在焊裝、涂裝工序中利用機械手進行操作，不僅降低了涂料對人所帶來的危害，而且增加了質的提升。操作人員只需要通過人機界面就可以觀察機器設備是否正常及操作，工件通過多道工序后，由質保部門進行檢測，檢測工件或車身涂裝是否有瑕疵，以確定是否要進行設備檢測與維修。

2.2 開關量控制系統(tǒng)

開關量控制其實就是數(shù)字量控制，即是“0” 和“1” 的控制。通過引入開關量的控制概念，可以對以往繼電控制模塊進行改進，例如電機正反轉的控制，如果通過繼電器控制，在安全、控制精確度和穩(wěn)定性上均比不過PLC 進行控制。

通過PLC 開關量控制方式可以對系統(tǒng)進行啟停狀態(tài)操控時可精準的完成工作狀態(tài)。以往的設備在進行啟停過程中時，通過傳統(tǒng)的繼電器來進行傳輸信號并完成指令，傳統(tǒng)繼電器是利用機械式的原理進行工作，在進行信號傳遞過程中，易發(fā)生系統(tǒng)內無法傳輸狀態(tài)，導致無法對設備發(fā)出指令。故引入PLC 控制概念，以及通過傳感器可以將模擬信號轉換成電信號的應用，來控制繼電器線圈的吸合與斷開，有效代替了傳統(tǒng)的控制方法，提高了精度。電子型控制器通過指令可迅速完成對信息的識別并進行相應動作，具有高靈敏性、高速度性、高精確性等優(yōu)點[4]。

2.3 控制變配電工程

目前，PLC 技術在我國電氣工程的行業(yè)當中得到了廣泛的應用并且取得了一些有效的成果，其中最典型的應用案例就是我們可以通過PLC 設計變電站主回路和控制回路電路，利用組態(tài)王WINCC 進行軟件監(jiān)控界面設計。通過上述兩個設計方式聯(lián)合，可以實現(xiàn)工作人員不需要靠近變電站，在一定的距離下就能完成監(jiān)控和操作，免去了工作人員靠近電站的危險和輻射。上述案例說明PLC 技術可以對我國變配電工程方面進行自動化控制和管理，它不僅可以通過程序編碼設置對機械設備進行規(guī)范化的管理，而且可以在一定程度上減少電力企業(yè)的資金支出。因為在變配電工程的控制管理過程中是存在著一定危險性的，工作人員只有具備非常專業(yè)的理論知識和豐富的實踐能力才能夠充分保證自身的人身安全。因此，如果通過PLC 技術對其進行自動化控制，就可以完全規(guī)避這些風險，而且PLC 技術具備的功能非常廣泛，除了可以實現(xiàn)變配電工程進行自動化控制和管理，更重要的是可以對其進行全方位的實時監(jiān)控和關注跟蹤，而工作人員只需要通過電腦終端對其進行監(jiān)察就可以使我國的電氣工程管理系統(tǒng)穩(wěn)定有效地運轉，這極大地提高了我國電氣工程行業(yè)發(fā)展的工作效率和科學性。PLC 技術可以利用企業(yè)自身的先進性有效避免這些問題，大大減少了電氣工程出現(xiàn)安全隱患的幾率，促進我國電力資源企業(yè)公司的快速發(fā)展。

2.4 在自動切換中的應用

通過對大量實際應用進行分析后發(fā)現(xiàn)，部分電氣控制系統(tǒng)發(fā)生故障問題后，基本上都需要較長的時間才能使故障消除，并使系統(tǒng)恢復正常運行。在故障修復這一過程中，可能會使故障逐步擴大，從而引發(fā)其他問題，嚴重時會對系統(tǒng)造成不可逆的損壞。如果應用PLC 技術后，在發(fā)生故障的同時，PLC 系統(tǒng)的自動診斷功能會自行啟動，此時可以通過大數(shù)據(jù)分析，將分析結果反饋給操作人員，由此可在相對較短的時間內對故障進行排除。PLC 具備的可編程功能，使程序的改寫變得非常簡單，在實現(xiàn)功能的同時又能滿足企業(yè)對經(jīng)濟性的要求。

2.5 在電氣自動化控制中的應用

隨著技術的發(fā)展進步，PLC 技術和操控系統(tǒng)更加趨向于人性化，使得與電氣工程的契合度不斷提高。第一，在電氣工程數(shù)控系統(tǒng)中的應用。將PLC 技術應用在數(shù)控系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)精準定位，將誤差概率降低到零；第二，在交通控制系統(tǒng)中的應用。過去的交通控制系統(tǒng)因為操作不夠規(guī)范、誤差比較大，極易導致交通控制出現(xiàn)問題，例如信號燈反應遲緩、紊亂等。PLC 技術不僅可以應用在交通信號燈中，信號燈的反應速度會更加快速和精準，確保道路交通暢通有序，還可以將PLC 技術應用在道路系統(tǒng)監(jiān)控設施中，可實現(xiàn)24h 無人監(jiān)管，真正實現(xiàn)降本增效；第三，在中央空調自動化控制中的應用。通過PLC 與傳感器結合，可以實現(xiàn)自主控溫，從而保證建筑物內部環(huán)境的各項數(shù)據(jù)能滿足固定式值的要求，使得人類在逛商場或居住中獲得最佳的舒適感。

2.6 在民用電梯中的應用

隨著城市化進程的加速推進，在未來發(fā)展中，PLC 技術將會有越來越多的應用。目前，高樓大廈的不斷涌現(xiàn)，電梯作為有效的交通設備，在人們的生活中起著較為重要的作用。但是對于電梯的安全性和時效性還有待加強，隨著生活節(jié)奏的加快，電梯的安全性和智能時效性顯得格外重要。從而以新型PLC 為控制核心的電梯控制程序得到了發(fā)展。原因在于PLC 具有程序修改方便，而且隨著時代進步的發(fā)展，控制器也是在不斷升級，但是其替代品更換也相對簡單。

當乘坐電梯時，經(jīng)常會遇到一種現(xiàn)象，電梯樓層很高或離你較遠，每次都需要一定時間的等待，這遠遠增加了我們的出行時間。我們可以通過PLC 的智能控制功能—大數(shù)據(jù)分析，或者開發(fā)一款手機APP（可以用來和PLC 之間進行通訊以及出行預約）。通過大數(shù)據(jù)分析可以得出整棟樓層每天每個關鍵時間節(jié)點的工作負荷狀態(tài)；通過APP 我們可以提前控制電梯或預約，然后當我們走到電梯口時電梯就在你的樓層等待。那么安全性，我們可以利用PLC智能化程序識別加速度突然超出預留值，通過電梯控制程序快速計算，并及時做出反應，避免不必要的安全事故發(fā)生。我們還可以設置電梯內部特殊按鈕，當按鈕被按下時，監(jiān)控控制器與電梯控制器之間進行通訊，識別乘客是否發(fā)生了意外事件，確認后可以通過互聯(lián)網(wǎng)直接傳送給控制中心、醫(yī)療機構或相關執(zhí)法機關，這樣當乘客在電梯中發(fā)生威脅生命的安全問題時，相關機構在接收到信息時可以快速定位乘客所在位置，并及時做出相應的動作。而目前電梯呼叫主要是發(fā)生故障時和控制中心進行溝通，讓控制中心聯(lián)系電梯維護相關工作人員前來維修和解救被困乘客。隨著人工智能的快速發(fā)展，PLC 技術的更多應用將會越來越廣，從剛開始PLC 只是代替了傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)開始，到目前，通訊、仿真、服務等有了越來越多的進步與發(fā)展，相信不久的將來，我們所幻想的情景通過技術的發(fā)展都能在現(xiàn)實中實現(xiàn)。

3 PLC 技術在電氣工程自動化控制中的應用建議

3.1 提高集成度

對于PLC 自動控制而言，想要實現(xiàn)集成管理的目標，就必須逐步增強電氣設備的兼容性。因此，對系統(tǒng)進行設計的過程中，在電氣接口的選擇上，應當盡量以相同接口為主，這樣便于系統(tǒng)集成。為使子系統(tǒng)之間的聯(lián)動性能獲得進一步提升，可在統(tǒng)一的平臺下對系統(tǒng)進行開發(fā)。通過上述措施，能夠為系統(tǒng)集成目標的實現(xiàn)奠定基礎[5]。

3.2 強化管理

PLC 在電氣工程中的合理運用，為自動化控制目標的實現(xiàn)提供了條件。當電氣設備實現(xiàn)自動化控制后，人為操作失誤可以大幅度減少，在自動化控制模式下，還可以完成對現(xiàn)場電氣設備的遠程控制，操作人員的工作量隨之減輕。想要使PLC 的技術優(yōu)勢在電氣工程中得到全面發(fā)揮，有必要對管理進行強化，通過對技術人員進行專業(yè)培訓，使他們了解并掌握PLC 的功能，增強應用效果。

3.3 重視培養(yǎng)技術人才

對于推廣和應用PLC 技術的相關人員，應注重PLC 技術的理論知識和實踐技能的培養(yǎng)。對于企業(yè)而言，其應該積極的開展PLC 技術操作人員的專項培訓，包括技能培訓和經(jīng)驗交流等。從職業(yè)教育層面來看，我們應大力推進校企合作，聯(lián)合企業(yè)開發(fā)實用型教學課程，甚至可以聘請優(yōu)秀企業(yè)技術人員去學校上課，促進職業(yè)教育更高層次的發(fā)展，也為學校培養(yǎng)更多的職業(yè)教育師資與學生。

3.4 建立并完善PLC 技術的應用標準

從PLC 技術的實際應用來看，其在應用上表現(xiàn)得十分廣泛，適用于各個行業(yè)。但是從各個行業(yè)的應用要求來看，其中表現(xiàn)出較大的差異性，這也使得PLC 技術在應用中的標準出現(xiàn)一定不同。因此，電氣企業(yè)在對PLC 技術進行應用的過程中，還應當注重對應用標準的優(yōu)化與完善，使PLC 技術與電氣自動化控制表現(xiàn)出更高的匹配度，切實使其更加完善，應用更加科學合理。由于使用的標準適用于大多數(shù)電力公司，它們可以作為整個電力行業(yè)的適用標準，并為相關標準制定提供參考，促使整個電力行業(yè)自動化控制的快速發(fā)展。

4 發(fā)展前景分析

在電氣工程及其自動化控制的發(fā)展過程當中，借助PLC 技術以結合電氣工程產(chǎn)品，不斷完善其應用環(huán)境，且能夠加強設計工作，以充分協(xié)調機器與人之間的關系，進而加快電氣工程及其自動化控制的發(fā)展進程。PLC 技術的應用范圍較廣，在實際的應用過程當中則需要充分考慮到其應用的專業(yè)性，以將計算機應用和系統(tǒng)控制進行有效的融合，在保障電氣工程工作效率及質量的同時，能夠有效降低員工的工作強度。通過電氣工程設備的動態(tài)跟蹤，以此實現(xiàn)電氣自動化控制系統(tǒng)的智能化和安全化。

5 結語

在這個快速發(fā)展的社會背景下，我國的科學技術水平有了較大的提高和飛躍。目前利用國外發(fā)達國家的先進科學技術的基礎上根據(jù)我國電氣工程行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀研發(fā)出了先進高端的PLC 技術，為我國電氣工程行業(yè)的發(fā)展提供很大的便利。但是，這項技術在具體使用過程中仍然會出現(xiàn)一些問題，需要不斷對其進行深入的研究，了解其中蘊含的技術原理，熟練掌握操作技術，加強我國電氣工程自動化管理水平，最大限度地減輕工作人員的負擔，提高工作效率，這是社會發(fā)展的必然趨勢，也是我們應該努力的方向。