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电气工程及其自动化控制中的PLC技术应用陈勇

发表时间：2021/8/10 来源：《建筑科技》2021年9月上作者：陈勇

[导读] PLC技术主要基于计算机技术，能够根据需要进行编程和存储，从而实现相应功能。

贵州水投能源开发有限责任公司陈勇 550004

摘要：PLC技术主要基于计算机技术，能够根据需要进行编程和存储，从而实现相应功能。在应用过程中，一般需要结合特定应用环境和要求进行编程，然后利用程序对设备进行控制，从而达到相应的使用功能。PLC技术的实践应用非常广泛，在具体的生产环节，可以利用PLC实现技术定时，也可以实现对具体生产工序的控制。此外，PLC还具有强大的数据分析能力，因此可以将其科学应用实现对设备的智能控制，实现自动化智能化生产。电气工程自动化控制中很多环节都离不开PLC技术的应用，通过科学应用PLC技术，能够实现电气工程的自动化生产和管理，节约人力资源，提高生产效率，提高发展质量。
关键词：电气工程；自动化；PLC技术
        1 概述
        智能化是PLC技术的良好特征之一，可以利用其在开机之后对电气设备自动化控制系统进行自检，从而使信息得以自动化处理。若发现与设计逻辑不相符的信息，系统会重新进行检测，最终保证信息合理正确的输入或输出。作为一种可编程控制器，PLC在设计编程时需要遵循相应的原则。首先，可编程控制器的编程结构要简单清晰，使得操作更加简单便捷，从而降低运行成本。其次，完善接口的性能，与设计相匹配，从而顺利实现系统升级。
        PLC技术在电气设备自动化控制的应用过程中主要分为3个步骤，分别是输入采样、程序执行和系统输出。输入采样时，PLC一般会以数据扫描的方式，将其置于I/O映像区。当输入数据采集完毕后，才会执行输出方面的操作。自上而下是程序执行过程中的执行顺序。数据输出时，电气设备自动化控制系统CPU将结合I/O映像区输入的数据完成电路锁存，并对外接设备进行执行驱动操作。目前，PLC技术设计灵活，操作简单，更适用于某些复杂环境，从而实现电气设备自动化控制快速的开关、顺序和闭环等方面的控制与操作。
        2 PLC技术的主要特点
        2.1应用广泛
        自动化控制系统中使用PLC、触摸屏、工控机、伺服控制器等工控设备，已经是每个制造企业普遍采用到的技术。可以说现在的工业生产、产品制造都离不开以PLC系统为基础或核心的控制系统。通过PLC系统实现的人机交互、设备的远程控制、参数设置、报警提示，实时数据的传送在工业现场随处可见。并且通过程序开发实现了对设备的自动化、智能化、网络化技术水平的提升。通过丰富的通讯协议将工业现场分散的控制节点和上位机融合组成一套大型控制系统。可以说PLC控制系统是自动化设备的灵魂，为技术人员提升控制系统的
        2.2工业生产网络化
        PLC系统利用灵活多样的通讯接口可实现集散控制、远程的数据提取及控制，比如应用广泛的DCS、数据监控平台、设备群控等系统。并且利用Modbus、自由口通讯协议实现了第三方仪表及设备的通讯。另外通过时序控制可实现在单一网络的数据轮询，提高了PLC网络的利用率，拓展了PLC的应用范围。PLC丰富的通讯协议接口便于将现场传感器、智能仪表、智能执行器的等现场设备数字化后整合到DCS控制系统中，是现场设备控制层的关键节点。
        3 PLC技术在电气工程中的应用
        3.1 在电气系统简化中的应用
        对于传统电气系统的结构及布线而言，是将电气元件的数量及布线的复杂性作为衡量自动化水平的标准，但这降低了使用过程中的可靠性和增加了故障维修的难度。通过运用PLC技术形成的电气自动化系统，不需要大量的电气元件及线路，所有的控制器件及逻辑判断可以由PLC内部程序实现，自动化系统的运行效率得到了极大的提高，整个系统结构更加简明有效，功能增强体积缩小，使整个控制系统跳跃式发展到程序控制阶段。

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        3.2 在维护及控制逻辑变更中的应用
        与PLC控制系统相比，传统的电气控制系统在使用过程中故障的频率更高、故障维修时间更长，而且这些故障的修复通常还存在着测试的风险，导致某些关键部件的损坏。此外当工艺要求发生变化时改变控制逻辑非常困难。而在应用了PLC技术之后，可以通过软件、程序及时检查和评估故障发生的原因，以便迅速查明故障的位置，并在极短的时间内迅速恢复整个系统的运行。同时PLC系统具有在编程、工艺发生变化的过程中随时进行测试、重写的功能，不需要重新调整元器件及布线，通过编写程序快速有效的变更控制逻辑，达到预期的控制效果。这些优势在自动化系统的使用中，大幅提升了设计的效率和维修的质量。
        4 PLC技术在电气自动化控制中的应用
        4.1 在顺序控制中的应用
        PLC控制系统广泛用于顺序控制中。在过程应用中，使用CPU控制模块，输入输出控制模块和传感器相互配合，可以迅速的组合成一套连续生产的顺序控制系统。例在现阶段的火力发电厂中的气力输灰系统，上煤连锁系统。同时值得特别注意的是，在技术应用过程中，有必要通过网络化来实现远程控制和现场传感器信息输入。在实际的应用过程中，对现场工作站进行网络化连接，可达到利用工作站控制电气设备的效果，使系统的覆盖面更广，控制连锁的现场设备更多，增加系统的可靠性及安全性。
        4.2 在闭环控制系统中的应用
        将PLC技术应用于电气工程中的伺服控制环节，可以保证机械设备加工精度控制。配合伺服控制器、伺服电机等部件，可以完成如多台电动机的同步运行，运动控制中的位移角度控制等一些过程控制中的难题，在自动化产线、工业机器人制造、数控机床等多领域得以应用。在闭环控制系统中通过数字脉冲编码器获取伺服电动机的位置信息，对位置信息进行比较、判断、修正可以保证机械在可控的范围内运动，达到对加工精度控制的要求，收到满意的效果。由于PLC系统是一套全数字化系统，对伺服控制系统中动态误差、稳态误差和静态误差的修正提供了很好的技术手段，在系统的调试过程中可以通过数据的调整完成对机械设备加工精度误差的修正，大大缩短了闭环控制系统的设计、开发周期。
        4.3 在机床电气系统中的应用
        对于机床的数控系统而言，机床的控制系统已经实现多轴联动。而传统的电气控制系统只能去加工简单的、精度要求不高的零部件。对于复杂的、精度要求高的机械加工场合只能使用具有PLC技术的控制系统。在使用了PLC技术的数控系统中，整个加工过程各个联动轴的动作完全由编写的程序及编码器反馈的参数控制。此外多轴联动数控系统中急需解决的问题是动态性能和加工精度，这对控制系统的硬件提出了更高的要求，例如高位数CPU（64位）在数控装置上的应用，高速纳米级插补运算、高分辨率伺服，开放式PLC。而在软件方面，指令代码的发展成为了提高加工质量的关键要素，将简单的指令组合在一起形成带输入输出参数功能块、对精度的补偿、加工全过程的仿真、标准件加工的自动编程等功能都是对加工质量的保证。开发出一套操作简单、加工精度高，多轴联动的数控机床为包括PLC技术在内的数控系统提供了广阔的发展空间。
        结束语：PLC技术被广泛应用于当前的电气工程、自动化控制中，促进了我国电气工程自动化控制技术的发展，PLC技术的应用可以有效地优化和增强控制系统的自动化、智能化、网络化水平，是工业领域发展不可或缺的组成部分。在追赶世界先进制造水平的今天，深入研究和掌握PLC技术并使其国产化是现在面临的紧迫问题，在此希望国产PLC产品尽快到达国际一流水准。
参考文献
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