浅析可编程序控制器在电气控制系统中的运用

浅析可编程序控制器在电气控制系统中的运用

吴国健

江苏金方圆数控机床有限公司 225127

摘要：随着自动化技术的发展，现代机械设备的自动化控制水平也不断提升。可编程序控制器（PLC）在电器控制系统中的应用，有助于进一步提升电气设备的自动化水平，使电气设备实现高效化、自动化、稳定化运行。基于此，本文以某电气设备为例，对PLC在电气控制系统中的应用展开了分析和探讨，旨在进一步促进PLC技术的应用。

关键词：PLC；电气控制系统；自动化

1 某电气设备的PLC控制系统概述

某电气设备控制系统中，基于实际工作的控制需要，将整个电气控制系统，主要分成三个大块。首先，上位机监控，会在通过计算机屏幕输出生产处理现场的动感画面，同时设置具体控制点以监控位置的保存数据库。在相应装置上配置控制界面，并增加监控点的相关变化曲线。其次，PLC的软硬件部分，为确保控制系统可以稳定运行，准备预防紧急停电的电源。最后，远端现场的控制处理，正常状态下处于闲置状态。

2 PLC在电气设备控制系统中的具体应用

2.1 下位机

2.1.1 硬件部分

根据实际工作需要，要求硬件产品在实际工作条件下，即使有无线信号及其他设备的干扰，需要能支持PLC系统保持连续工作的状态。同时，所处的运行环境中，温度条件区间在，相对湿度则处于之间，要求硬件在此环境中，依旧可以保持正常状态，而且设备上不可形成结露。PLC设计成单CPU形式。在无线通信上的要求有：PLC需设置成单网络，通过网络模块和上位机通信。CPU和上位机则按照PROFIBUS协议，进行通信。选择此协议的原因是：其既能支持循环重复校验，又可以适应误差校验。硬件可靠性的要求为：在扩展部分模拟量处理，布设隔离设备。同时为应对突然断电的情况，准备一个UPS，要求其能联系供电至少。具体选用设计为：首先是PLC，包括三个扩展模块，上位机和下位机由PROFIBUS总线连接。对应的变成软件可提供的功能有：参数采集、诊断故障等。其次，设计八口的串口服务器，携带TCP/IP协议，与CPU、形成协议转换操作后的部分。再次，工作现场需采集数十个模拟量，为避免传感装置可能带来的永久性损坏，设置隔离栅。最后，UPS选用性能较佳的产品。

2.1.2 I/O地址

PLC控制柜内配置扩展I/O模块，需维持其工作电压，模拟量传输形式是信号。输入PLC以前，需借助隔离器加以保护。假设I/O节点来源于工作现场，判断是否无源节点。I/O模块和工作现场I/O点均配备指示灯，用于检测功能与故障。同时，为确保控制回路可高效反应，让PLC采集信息的频率和CPU扫描速度保持一致。

2.1.3 程序设计

在系统设计中，需有电气的配套图纸。其一是平面图，显示电气装置分布、线路、桥架以及灯具等。其二是系统图，显示供电线路的接入等，属于电路图。其不需反映出空间对应，只需指出不同回路对应的参数。其三是控制原理图，包括重要元器件，相对直观而具备层次感,不需反映出对应位置及占用面积。其四是二次接线的图纸，功能用途是指导接线。PLC的程序设计为：在PLC系统和工作现场连接后通电，接收上电信号，完成初始及自检。检测结果显示无异常后，进行程序读取。闭合远程开关后，提升机电机运转，连接的继电装置、电机均启动。在发现其中某台电动机出现故障后，会立即切断断路装置，使之停机，避免出现更严重的问题。对于分离釜，闭合远程开关后，分离釜电机随即运转，其他继电器停止工作。如果分离器为正转的情况，对应正转继电器立即闭合。持续一段时间后，正转停止，间隔设置时间后，开始反转。同样保持反转状态设定时间后，暂停变成正转，如此循环。在采集到故障信号后，直接断开对应断路装置，让电机停止工作。二级提升机，采用PLC远程操控，在开关闭合时，电机随机启动，继电器通电，在发现某单台提升机有异常，能借助对应程序，关闭断路器，有效防止故障更进一步扩大。其余各级的分离釜及提升机的程序控制模式相同。

2.2 监控设计

2.2.1 组态设计

上位监控中有工控机与操作系统软件，配备显示器及必要控制设备。其中工控机采用力控软件，PLC组态控制程序，需提供功能包括：显示工艺程序界面和监控作业，系统工作信息收集和保存，记录故障报警信息等。在控制中心配备PLC与显示监控的组态软件。PLC系统包含全部远程测量与控制数据。在操作站内，能看到主系统与辅助系统对应程序图、报警等画面信息，并能实现远程监控生产过程。

2.2.2 画面设计

配置监控系统的意图为：借助组态软件，把生产处理现场，通过控制屏幕显示出来，同时还可提供统图形与报表的资料，方便工作人员操作及运维。在前期设计中，借助力控应用程序里元件、图形等资料库，利用图形设计的编辑器，设置相应属性与行为条件等，按照生产处理程序，把所有显示装置连接起来。力控组态和PLC之间的信息交互流程为：把PLC通道内模拟量与数字量，利用通讯协议和信息库变量，进行串联，而后基于组态模式，通过属性编辑器，设置属性标签，借此原件所对应属性和PLC过程值，建立直接联系。在系统工作中，PLC过程值出现波动，原件属性随之变化。同理，更改原件属性，能调整PLC部分工作参数与状态，实现全过程监控生产，达到控制的效果。首先，过程监控画面。工艺程序界面是主页面，功能为输出整个系统运转状态，操作员借助此页面，能控制生产系统，并能通过该页面，直接进入其余信息输出界面。其次，趋势图。反映出系统工作期间，操作员相对关注的数据量波动走向，画面输出变量值通常来源于：其一，能读取PLC里某一值，而且达到实时输出；其二，利用保存数据的变量值，通过运动曲线的状态输出，工程趋势曲线，各条曲线代表各自过程量。最后，归纳变量信息，与报警记录、下载报表。此画面记录存储生产系统现场液位及温度等过程信息，在系统出现异常后，能利用查找以往信息，尽快分析当前异常形成原因，缩短停机时长。此外，也可保留系统异常时，机械装置实际产生的数据资料，给防范系统出现同类型异常，予以可靠的分析数据，同时该页面的信息能下载打印。

2.3 OPC通信

组态软件能构成较优人机交互，同时能提供平稳数据通信渠道，但如果注重计算数值中劣势，便难以获取较繁杂控制算法。而且运用MATLAB软件的计算与分析功能时，系统控制是利用矩阵与向量，借助合理化设计与程序安排，完成复杂算法。但MATLAB无法设置人机交互页面，也不能和硬件建立有效通信，导致不能有效运用于系统内。所以，需要考虑把控制算法和组态软件融合搭配，达到全面生产控制的效果。工业检测与工控机都运用HMI，可获得SCADA功能，但无法提供多类组件模板，并能操控复杂脚本，带有多项开放性功能，以支持和其余软件，实施信息沟通。设计控制系统期间，借助有效通讯途径，把上位机监控和下位机编程设置成主控模块，能全程收集并统计系统数据。而后借助OPC完成必要组合，让MATLAB与组态软件之间建立实时信息共享的关系。由此使得采集的现场信息能被MATLAB应用，支持预测管控。该类系统结合模式，借助组态软件的交互性特点与MATLAB运算能力，把多个控制模块结合起来，构成稳定运行的复杂控制格局。OPC通常包括服务器与客户，前者把由控制装置内取得数据，当成通讯信息，给相连程序予以数据支持。OPC可用之处体现在：能按照系统结构对通讯功能的需求，不仅适用于服务器和客户处于一个平台的状况，还支持二者位于不同平台的条件。OPC客户端的功能是接收及处理信息，按照接口规范条件，完成相关操作，便能进行信息获取。因为OPC设置统一标准，所以支持标准客户使用，能和各生产方OPC完成通信。开发客户端中，在挑选程序接口中，应特别强调的是，使用自定义形式会有较高开发难度，但能确保工作效率。

3 结束语

综上所述，PLC应用于电气控制系统中，能够进一步提升设备运转效率更好的保障生产安全，因此，行业工作人员需要进一步提升对PLC技术的重视程度，推动PLC系统的更广泛运用。

参考文献：

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