基于PLC工程的机械电气设备安全控制的系统设计

基于PLC工程的机械电气设备安全控制的系统设计

胡宾宾

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摘要：为解决基于FPGA的控制系统在应用到机械电气设备安全管控当中存在系统反应时间长，无法保证设备稳定运行状态问题，引入PLC工程，对其安全控制系统进行设计研究。通过PLC工程工业级控制装置选型、综保装置选型等硬件设计和机械电气设备运行状态判断、机械电气设备模糊PID控制等软件设计，提出一种全新的安全控制系统。通过实验证明，新的控制系统能够有效缩短系统反应时间，保证设备的运行电流始终在可变化范围内浮动，提高设备的运行能力。

关键词：PLC工程；机械；电气设备；安全控制

PLC工程是近些年来发展迅速的一种工业控制装置，这种技术在工业生产的不同领域应用都体现出良好的效果。目前，PLC工程接线端口通常采用可拆装的方式，便于相关人员在完成PLC编程时更加有效地完成维修工作。但在未来，随着机械工程产品的全面发展，相关的产品会体现出更好的效果。因此需要对基于PLC工程的机械电气设备安全控制方面的系统设计进行重视，了解到其中的具体要求，从而推动现代工业的发展。

1电气设备易发生的安全问题及产生原因

在机电设备实际运行过程中，最可能会出现问题的包括以下几个方面。首先，隔离开关在安装的过程中可能会产生误动作，从而影响到机械电气设备的实际运行。产生的主要原因是由于隔离开关本身的触头在完成开关动作的环节，可能会和地面的压力大小以及接触面积无法达到相对应的比例标准，长此以往，就可能会导致隔离开关的触头产生相对应的氧化反应。与此同时，由于长期的电热效果而导致触头的电阻增加，甚至会产生触头损坏的问题。其次，在整个机械电气设备中，断路器是另一种开关元件，这种元件通常会出现在母线的接线中，配合两个隔离开关来共同使用。但是实际中，如果隔离开关以及断路器本身的装配和安装方式不符合相关要求，达不到具体的规范目标，就会相应影响整体的合闸速度。同时，相关指标也无法达到具体的操作标准，甚至可能产生触头损坏的问题，导致严重的后果。另外，在整个机械电气设备的安装及生产过程中，保护装置受到其他问题的影响也会产生拒绝动作。尤其是在变压器的内部，如果变压器内部的保护绝缘层被击穿或者破损，就会在整体操作过程中出现爆炸事故。

2系统软件设计

2.1机械电气设备运行状态判断

由于影响设备运行状态的程度不同，对其造成影响的程度也不同。因此，在遵循状态反应精准度的原则下，对设备运行状态判断因素进行选择[6]。考虑到各个判断因素的重要程度，将其划分为一级判断因素和二级判断因素两类。其中，一级判断因素主要包括机械电气设备运行因素、检修因数和停运因素；二级判断因素主要包括历史检修数据、负载程度、短路断路、操作过压等。考虑到不同因素数据的变化与机械电气设备运行状态之间的关系存在正向和反向两种，因此针对存在正向相关关系的因素得出其运行状态判断依据公式为：（1）公式（1）中，T表示为机械电气设备运行状态参数；Pn表示为设备运行过程中的实测数据；P0表示为设备对应指标下的允许值；Pmax表示为设备对应指标下的允许最大值；t表示为影响程度系数。根据上述公式，计算得出与设备运行状态正向相关的运动状态参数。假设χ表示为机械电气设备的状态阈值，当T>χ时，则说明此时被控制的机械电气设备的运行状态为故障运行状态；当T<χ或T=χ时，则说明此时被控制的机械电气设备的运行状态为正常运行状态。再针对存在反向相关关系的因素得出其运行状态判断依据公式为：（2）公式（2）中，T'表示为机械电气设备运行状态参数；Pmin表示为设备对应指标下的允许最小值。根据上述公式（2），计算得出与设备运行状态反向相关的运动状态参数。同样按照上述方式，将计算结果与阈值进行对比，以此实现对机械电气设备运行状态的判断。

2.2机械电气设备模糊

PID控制应明确模糊PID控制属于控制过程中的一种综合控制方法，控制过程的基本思想是基于计算机技术的应用，通过模拟神经元的方式，实现对前端的有效控制，但大多被控对象是需要遵循某种控制原则的，因此，控制的结果具有一定随机性与模糊性。而要在此过程中确保控制行为的有效，应当从信息接口与输入端进行信息的模糊化表达。信息在经过模糊端被传输时，可以推理机将进行信息值的实际化处理，此时后端将调用知识接口进行信息规则的制定，当信息与知识库内某个信息匹配成功后，可直接按照知识库内既定的控制模式，进行控制量的转化，转化后输出控制的实际量，以此作为模糊PID控制的结果。在控制过程中，其流程可用如下公式表示：（3）公式（3）中，u（t）表示为模糊PID控制输出值；K表示为比例系数；e（t）表示为控制过程中产生的误差值。根据上述公式计算，将其输出结果作为控制参数，实现对机械电气设备的安全控制。但在实际应用中，大部分导入的信息无法与知识库中的内容进行对接，因此，需要对信息进行对接过程中偏差值的分析，通过偏差分析后，得到一个具体的数值P，P被导入控制器中。此时控制器中的规则将根据实际规则进行参数的在线调整，调整后的参数属于一个模糊量，而执行机构将根据输入模糊量参数进行控制量的求解。可在计算前进行设备运行过程中静态误差的消除，避免静态误差过大造成的设备运行振荡与信号偏差。

3基于PLC工程的机械电气设备安全控制设计的方案

合理确定机械电气设备的单元控制方案。在具体的机械设备安全控制设计环节，对工作中的相关参数需要进行单元化处理，明确整体机械电气设备运行过程中的三相电流值、工作频率以及参数指标，综合分析并判断不同设备的安全性能，从而规范整体设备的运行，有效对机械电气设备的安全控制和安装环节进行相对应的分析，及时了解到相关的问题并对其进行调整，从而能够切实保障机械电气设备安装控制的实际效果基于PLC工程的机械电气设备安全控制系统防止出现其他的一些误差，保障整体设备的使用效果。在这个过程中，需要人工来对PLC控制器中的各种运行指标进行相对应的调整，并使用传感器来对相关的数据进行及时的监测和分析。

对整体机械电气设备进行自动化的调试。对于整体机械电气设备安装完成之后的测试环节，需要对整体的功能进行相对应的调控，了解设备中单独传感器的具体使用状态，并且组成一个整体的传感器网络系统。基于PLC控制器，来对整体机械电气设备中不同环节的数据进行相对应的整体性分析以及处理。基于一定的算法以及多种智能化的算法来对整体设备的参数进行相对应的计算，并对系统中可能会存在的问题进行有效的分析以及处理，实现整体性的控制，达到机械电气设备的安全保护功能。完成自动监控及通讯工作。

对于基于PLC广场工程所实现的机械电气设备安全控制系统本身和传感器网络之间，能够同时搭建一个监控以及通讯功能的平台。即在正常状态下，传感器就能够将自身检测到的数据信息及时传递给PLC控制系统。同时，不同部分传感器之间也能够进行相对应的通讯。这种情况的原理，主要是根据不同传感器网络之间存在的拓扑结构来开展的，在此基础上能够对整体机械电气设备系统进行全面性的分析，确保其使用的安全性及运行的稳定性。

结束语：

总体来说，基于PLC工程的机械电气设备本身的安全控制系统，在安全性方面具有一定的要求，需要结合实际情况来对其进行相对应的设计，体现出系统性设计的基础原则，并能够通过相对应的测试来保障整体的运行效果。

参考文献：

[1]蔡永斌.基于PLC工程的机械电气设备安全控制系统[J].信息化建设,2021(04):63.

[2]张振友.浅谈供水设备机械电气自动化人工智能控制技术[J].中国新技术新产品,2020(05):28-29.