论PLC技术在电气设备自动化控制中的应用
周佳伦

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周佳伦,. 论PLC技术在电气设备自动化控制中的应用[J]. 中国设备,2024.1. DOI:10.12721/ccn.2024.157571.
摘要: 电气自动化研究的速度越来越快,目前PLC技术以其所具有的优势,被广泛地应用到电气设备自动化控制中,发挥着非常显著的作用。PLC技术的运用,不但是对传统电气自动化控制系统模式的一次创新,而且还能很好地解决过去电气自动化控制系统中存在的各种问题,在提升电气设备管理效率的同时,也能保证可靠生产。
关键词: PLC技术;电气设备自动化控制;应用
DOI:10.12721/ccn.2024.157571
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1 PLC技术的应用特点

1.1 应用广泛

在电气设备自动化控制中,需要通过自动、可调、智能的操控机制,完成对顶层系统的指令接入以及对下位系统的指令传输。当下,大部分自动化控制系统都是采用PLC作为集成控制中心、触摸屏作为外显设备、伺服控制器作为内部结构的处理载体,其中PLC技术具有不可替代的作用。PLC技术具备的集成功能、驱动功能,能够最大限度地实现人机交互处理、逻辑处理,且自动化系统在运行期间,如果存在内部数据或驱动机制异常问题,可通过PLC技术进行报警,并对当前异常数据产生时间及空间进行定位,让生产更具安全性。

1.2 工业网络化

PLC技术在实际应用过程中需要通过多个通信接口,对不同驱动部件进行集散控制或远程控制,这些接口在上位系统与下位操纵设备之中起到连接的作用。例如,DCS监控平台、设备集群系统等,均可以通过PLC技术完成第三方转变,且每一类程序在应用过程中是按照PLC内部设定的标准完成顺位排列,可以进行一定逻辑顺序的操作,令运行过程更具流畅性。

2 电气设备自动化控制的现状

2.1 系统复杂性和一致性挑战

在电气设备自动化控制中,系统往往具有较高的复杂性。系统中涉及的各种设备、传感器、执行器及其之间的相互作用等都需要被充分考虑和处理。这使得系统设计和配置变得更加复杂,不同的组件之间可能存在连接和交互的困难。在实际情况中,由于不同设备或系统供应商的差异,不同部件之间的一致性往往难以实现。系统复杂性增加了系统设计和维护的难度。需要花费更多的时间和资源来进行系统集成和调试。而一致性的缺乏可能导致系统运行出现错误,影响工业生产的正常进行。

2.2 安全性和网络威胁

电气设备自动化控制系统可能面临网络攻击和数据泄露等风险。由于系统与其他网络相连,存在黑客攻击、病毒感染和数据泄露等问题。这可能导致设备操作错误、信息泄露、生产中断甚至危及人身和财产安全。系统中可能存在未经授权访问和操作的风险。在电气设备控制过程中,只有经过授权的用户才能够访问和操作设备。如果系统的访问控制机制不完善或被绕过,未经授权的人员可能会进行非法操作,给系统的正常运行带来风险。系统安全问题可能导致设备操作错误或恶意操作,对劳动者和生产环境造成伤害和损失。

2.3 可靠性和故障诊断

由于系统中涉及到电气设备的多个部件和组件,任何一个组件的失效都可能导致整个系统的故障。而且,由于自动化控制过程中的复杂性,故障原因的确定和故障诊断也变得更加困难。电气设备自动化控制系统中的某个组件出现故障或不正常运作可能会导致整个系统的运行异常,影响工业生产的连续性和可靠性。系统的故障可能导致生产中断或停滞,增加生产成本和时间成本。故障诊断的困难可能导致故障修复时间的延长,进一步增加了故障对生产的影响。故障的发生可能导致设备损坏和生产中断,降低系统的使用寿命。维修和更换受损设备也会带来额外的成本和资源消耗。

3 PLC技术的应用优势分析

3.1 流程简化,操作便捷

在应用PLC之前,要根据具体的要求对其进行一些设定。在此基础上,PLC在程序的控制下,按照命令执行一套自动作业。PLC的一些功能模块包括开关量控制,模拟量控制,运动控制,数据处理,通信和联网工作,并且每个模块都有专用的数据接口。在此基础上,运用PLC控制系统进行各种作业,提高了系统的自动化程度,降低了人员的消耗。外部因素可能会对PLC工艺的正确应用产生不利的作用。但是,它可以在高速度运行节奏的情况下,加强抗干扰的能力,避免了对外部环境的干扰,确保了生产运行的可靠度,从而有效地根据生产过程来推动生产活动,使生产水平得到提升。

3.2 功能完善,故障较少

PLC具有逻辑操作,数据处理,人机交互,即时记录等多种功能。利用PLC的各种功能,使其能够更好地保障企业的正常运作,提高企业的产量。此外,在建立以PLC为基础的信息系统中,也存在着许多诸如软继电器之类的干扰元件。在此背景下,网络的抗扰动性能将大大增强。同时,通过在外围安装的警报系统,对异常情况进行辨识。一旦发现异常,就会按照相应的程序进行相应的处理,保证了整个系统的平稳运转。

4 PLC技术在电气设备自动化控制中的应用

4.1 PLC技术在顺序控制中的应用

在电气设备自动化控制中,最关键的一部分就是顺序控制,将PLC技术应用于此节可对整个系统进行优化,最终实现更标准、更有针对性以及系统化的生产工艺控制。这一技术应用于顺序控制中,其基础是通信总线,可利用总线把主控层、远程控制站连接起来,再对整个电气设备系统的运行进行控制。当控制要求增加,现在应用PLC技术进行顺序控制需把以下几方面做好:(1)实现对控制站与设备传感器的有效连接;(2)为对电气设备的实际情况有一个充分了解,应借助显示屏上显示的信息做出准确判断,控制室人员可将显示屏的信息结合起来发出控制指令,让远程监控与控制同时实现,最终顺利实施顺序控制;(3)把PLC技术应用于顺序控制中,能够做到对顺序控制阶段的动态监控,以使不同设备与生产工艺的需求都能够通过控制得到满足,且可在PLC中提前编写每个控制阶段的程序,借以开展自动化控制,确保各控制阶段智能化运行的顺利实现。

4.2 生产线自动化

通过使用PLC控制器,可以实现对整个生产线的自动化控制和协调。PLC技术可以灵活控制和调度各个设备的操作,使生产过程更高效、精确和可靠。生产线自动化的应用带来了许多好处。由于生产线的自动化控制,可以减少人工操作的需求,提高生产线的生产效率。PLC控制器可以根据设定的逻辑和参数,精确地控制设备的启停、速度调节和物料输送等操作,实现高效的生产流程。生产线自动化可以提高产品质量和一致性。通过PLC控制器对生产线的监测和控制,可以确保每个生产步骤的规范执行,消除人为因素的影响,从而提高产品的一致性和质量。生产线自动化还可以降低生产成本和资源消耗。通过PLC技术的应用,可以精确控制物料的供给和使用,避免资源的浪费和损失。自动化控制也能够减少人力成本和劳动力需求,进一步降低生产成本。基于PLC技术的电气设备自动化控制在生产线自动化方面有着广泛的应用前景。

4.3 开关量控制

开关量控制是PLC技术的核心功能,根据开关量历史输入信息进行逻辑分析,获取逻辑输出结果后,再向现场设备下达控制指令,需要围绕具体使用场景选择恰当的控制模式,以行程开关、按钮开关、温度开关的控制模式为例。第一,行程开关控制,以运转定位反馈至系统作为控制原理,提前在电气设备信息反馈部位配置行程开关,保持行程开关和PLC装置输入点相互碰触状态。在电气系统运行期间,当PLC装置输出面向行程开关的控制指令时,通过调整输入点接通、断开状态实现开关控制目标。第二,按钮开关控制,早期电气系统普遍采取现场就地控制方式,由工作人员前往现场手动按下或是断开按钮进行控制,操作流程烦琐、控制时效性差。通过应用PLC技术,在现场布置执行机构,由PLC装置向执行机构远程下达控制指令,控制按钮开关切换断开、闭合状态。第三,温度开关控制,在现场布置多台继电器,以继电器作为温度开关控制机构。电气系统运行期间,持续把温度监测信号转换为开关量,由控制程序扫描开关量,如果检测到电气设备实时温度超标,则远程控制继电器展开动作,切除超温故障电气设备。

4.4 在远程控制中的运用

PLC技术在远程控制中的运用,体现出技术应用的智能性与自动性。对于电气工程行业来讲,远程控制能够有效降低人员的参与量,且全自动化的操控模式能够降低设备运行中的冗余问题。PLC技术可以将不同种类的设备通过中央控制系统完成定向的远程操控处理,从而极大地节约生产资源。除此之外,远程控制功能还可让设备本身具备自监控能力。比如,在高风险的运营环境中,可通过远程操控机制实现对运营环境、设备运营状态的有效监管。当出现问题时,可及时通过设备反馈信息,在PLC系统内部进行高效率转变处理,保证数据信息传输的时效性。一旦发现问题,PLC系统会立即进行响应,并能让工作人员及时了解故障隐患发生的时间点及空间点,保证电气工程的运营稳定性。

4.5 PLC技术在闭环控制中的应用

电气设备自动化控制中的闭环控制指的是在对输出信息进行处理后将其返回至开端环节,从而对信息进行闭环处理。由于电气设备自动化控制的启停状态会在很大的程度上影响闭环处理效果,所以工程人员需要了解该状态。如果启停异常,则需要寻找问题出现的原因,科学地优化电气设备自动化控制系统,便于加强闭环控制。为提高PLC技术在闭环控制中的应用水平,工程人员需要在二次输出后积极搜集、整理归类、分析以及录入数据信息,改进控电气设备自动化控制系统。另外,连续变化的模拟量会影响闭环处理效果。如在温度、压力、流量、液位等连续变化的模拟量的作用下,就会导致控电气设备自动化控制系统在运行的过程中出现问题,难以提高闭环处理水平。为解决该问题,需要借助PLC技术中的A/D和D/A转换模块及控制算法程度,加大对模拟量的控制力度,从而保证闭环处理水平。

4.6 PLC技术在涡轮螺旋桨调速控制中的应用

涡轮螺旋桨式水轮发电机属于一种电气设备,常被运用于生产活动中。其中,就被应用在中低水头电站中。为提高涡轮螺旋桨式水轮发电机运行水平,需要对其进行自动化控制。由于涡轮螺旋桨式水轮发电机在实际应用中会涉及水位变化的情况,工程人员可以根据其应用情况,科学地优化电气的参数,科学控制涡轮螺旋桨的速度,满足实际使用需要。另外,工程人员还需要了解涡轮螺旋桨式水轮发电机应用的特殊情况,合理地做好自动化控制工作。其中,涡轮螺旋桨式水轮发电机在实际应用的过程中会受到水头联合作用的影响。为保证其运行水平,可以运用手工组合叶片,增强对特殊情况的适应能力。另外,还可以调整PLC单元,获得最佳的曲线组合,加大对涡轮螺旋桨速度的控制力度,强化涡轮螺旋桨式水轮发电机运行效果。

4.7 保护监控功能

保护的作用包括两个部分,第一部分是为了保证工作人员的生命安全,第二部分是为了防止设备遭受重大损害。目前,在企业生产过程中,对发动机自动控制技术的运用已较为成熟,特别是在人身安全保护设备上,已有能够保持正常生产的安全设备。而防护装置能够使电气自控设备的安全系数稳步提高,当发生异常情况时,可以防止风险进一步增大,给人带来很好的保护。从总体上来看,电气自动控制安全装置的最大功能就是可以将各种危险都排除掉,从而保证人体的安全,并避免对设备造成严重的损坏。在出现问题的时候,工作人员需要迅速地做出反应,这样既能保证车辆的安全,又能保证生产流程的顺畅,各种报警装置还能给工作人员带来清晰的警告。从监控功能方面来观察,要想在生产过程中保持生产设备的安全平稳运转,就必须借助于电器信息化技术的监控手段,从而降低生产成本,提高整体系统的操作可靠性。

5 结束语

现如今,电气工程行业备受人们的关注,提高电气自动化控制水平成为当前迫在眉睫的发展要求,因而企业需要积极引进相关先进技术,从而确保电气自动化控制系统平稳运行。其中,PLC技术凭借其自动化程度高、控制效率稳定等优势被广泛应用在电气工程行业中,并为其发展作出了巨大贡献,有效保障企业生产经营等相关活动的高效展开。

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