【PLC技術(shù)在電氣工程及其自動(dòng)化控制中的應(yīng)用5400字（論文）】

1PLC技術(shù)在電氣工程及其自動(dòng)化控制中的應(yīng)用目錄TOC\o"1-3"\h\u9524一、PLC控制系統(tǒng)的概述 426803二、PLC控制系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用特點(diǎn) 411045（一）處理效率高 427312（二）系統(tǒng)安全性 520059（三）系統(tǒng)操作方便 522434（四）提高智能化 53428三、PLC在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的使用 527663（一）在順序控制中的使用 512845（二）在開關(guān)量控制中的應(yīng)用 621409（三）在交通運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用 61357（四）在數(shù)字控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 66627（五）在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用 623618四、案例設(shè)計(jì) 624049（一）系統(tǒng)構(gòu)成 625321（二）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 718595（三）控制系統(tǒng)通信 916770五、結(jié)束語 9239參考文獻(xiàn) 11

2摘要隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電力自動(dòng)化設(shè)備的控制要求已遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到傳統(tǒng)的控制要求，同時(shí)也出現(xiàn)了許多問題。要改善電力自動(dòng)化裝置的控制品質(zhì)和效果，就必須開發(fā)出一種新型的控制技術(shù)，以取代傳統(tǒng)的控制技術(shù)。因此，經(jīng)過對(duì)PLC的不斷探索與研究，最終形成了PLC的控制技術(shù)。文章分析了PLC在電力自動(dòng)化裝置中的應(yīng)用，為相關(guān)工作提供建議和參考。關(guān)鍵詞電子設(shè)備；PLC控制系統(tǒng)；自動(dòng)化PLC是以通信、網(wǎng)絡(luò)、電腦技術(shù)相結(jié)合而形成的一種技術(shù)裝備，在汽車生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。PLC控制系統(tǒng)安裝簡單，調(diào)試精度高，可以避免繁瑣、冗長的問題，適用范圍很廣。將PLC應(yīng)用于電力自動(dòng)化裝置，可以有效地改善電力自動(dòng)化的管理，保證電力自動(dòng)化裝置的穩(wěn)定發(fā)展。從而，對(duì)PLC在電力自動(dòng)化裝置中的應(yīng)用進(jìn)行了探討[1]。一、PLC控制系統(tǒng)的概述PLC又叫可編程邏輯控制器，是一種可編程存儲(chǔ)器，它與繼電器接觸控制、計(jì)算機(jī)等技術(shù)相結(jié)合，采用PLC系統(tǒng)，通過控制裝置，實(shí)現(xiàn)程序的編程和內(nèi)部存儲(chǔ)的協(xié)調(diào)、記錄和操作等控制。此技術(shù)能夠保證電氣自動(dòng)化控制的便捷性與可靠性，并且解決電氣控制系統(tǒng)耗能量高、運(yùn)行技術(shù)復(fù)雜等問題[2]。PLC技術(shù)的工作原理如下：第一個(gè)是輸入階段。這一步是PLC的操作基礎(chǔ)，可以通過PLC的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)對(duì)掃描進(jìn)行控制，通過掃描來讀取輸入的狀態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行存貯和記錄。當(dāng)取樣時(shí)，將信息儲(chǔ)存于對(duì)應(yīng)的單位。此外，操作人員必須嚴(yán)格遵守操作流程，確?？勺x的脈沖信號(hào)，并準(zhǔn)確輸入數(shù)據(jù)；第二，為實(shí)施階段。在輸入取樣完畢后，開始執(zhí)行相應(yīng)的程序。在這個(gè)過程中，由可編程控制器對(duì)用戶程序進(jìn)行上下掃描，執(zhí)行許多按照既定的路徑和次序進(jìn)行的復(fù)雜的邏輯操作。最后的邏輯操作還表明掃描工作已經(jīng)完成，并且決定用戶程序的處理指示是否被執(zhí)行；第三，為輸出階段。這一步是PLC控制系統(tǒng)的最后一步，當(dāng)完成動(dòng)作時(shí)，可編程控制器會(huì)在用戶程序完成后進(jìn)行更新，并能自動(dòng)地進(jìn)入輸出更新階段，從而實(shí)現(xiàn)鎖存。采集資料、資料，完成其它外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，鎖住線路，完成可編程控制器的工作，實(shí)現(xiàn)電氣化的自動(dòng)化控制[3]。二、PLC控制系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用特點(diǎn)（一）處理效率高其中，繼電器是PLC控制系統(tǒng)的重要組成部分。PLC控制系統(tǒng)是電力自動(dòng)化設(shè)備中處理效率最高的一種。與傳統(tǒng)的控制技術(shù)相比，PLC繼電器無需布線，在繼電器運(yùn)行時(shí)，不考慮節(jié)點(diǎn)變位時(shí)間和返回率。以此，使數(shù)據(jù)處理更加的簡單、便利，從而提高處理效率[4]。（二）系統(tǒng)安全性PLC的控制系統(tǒng)具有較高的可靠性和安全性，應(yīng)用于電力自動(dòng)化設(shè)備可以增強(qiáng)設(shè)備的抗干擾性能，確保其正常工作。在電力自動(dòng)化設(shè)備中，安全可靠是其關(guān)鍵，只要保證設(shè)備的可靠和安全，就可以提高生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。電氣自動(dòng)化設(shè)備中的PLC控制系統(tǒng)具備安全性的特點(diǎn)，雖然設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境中工作，PLC控制系統(tǒng)也能夠保證設(shè)備安全性，使企業(yè)設(shè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量得到提高[5]。（三）系統(tǒng)操作方便將PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用到電氣自動(dòng)化設(shè)備中，能夠?qū)υO(shè)備管理水平進(jìn)行優(yōu)化，使設(shè)備工作質(zhì)量與效率得到提高。PLC控制系統(tǒng)能夠優(yōu)化自動(dòng)化設(shè)備，主要是操作簡單。在電氣自動(dòng)化設(shè)備中，PLC系統(tǒng)能夠傳遞直接、簡單的指令，此指令能夠被工作人員所理解，減少員工操作的困難，提高設(shè)備的使用效率。另外，PLC控制系統(tǒng)操作比較方便，不需要專業(yè)技術(shù)人員操作，降低專業(yè)人員成本[6]。（四）提高智能化PLC技術(shù)與電力自動(dòng)化控制技術(shù)相結(jié)合，可使電力設(shè)備的反應(yīng)效率大大提高，從而提高電力設(shè)備的智能化程度。通過實(shí)際應(yīng)用過程分析，PLC技術(shù)能夠利用系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。在此過程中，CPU屬于PLC技術(shù)核心，對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理判斷進(jìn)行控制。例如，在中央空調(diào)系統(tǒng)中引入PLC技術(shù)，可以根據(jù)周圍的環(huán)境來調(diào)整室內(nèi)的溫度。由此可以看出，PLC技術(shù)改善了電器的性能，保證了電器的工作環(huán)境[7]。三、PLC在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的使用（一）在順序控制中的使用PLC應(yīng)用于工程序列控制，為正確地應(yīng)用電力自動(dòng)化裝置奠定了基礎(chǔ)，比如在火力發(fā)電廠中使用PLC，能夠?qū)⒒鹆Πl(fā)電廠鍋爐燃燒之后的殘?jiān)行謇?。PLC在對(duì)鍋爐殘?jiān)謇淼臅r(shí)候，主要包括報(bào)警預(yù)測、監(jiān)督控制與邏輯控制。通過PLC技術(shù)的作用實(shí)現(xiàn)無人操作系統(tǒng)，并且輸入數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化、多樣化的控制，提高各系統(tǒng)運(yùn)行效率。在使用電氣自動(dòng)化設(shè)備過程中，為了將PLC技術(shù)發(fā)揮出來，要結(jié)合自動(dòng)化系統(tǒng)，運(yùn)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力自動(dòng)化裝置的應(yīng)用[8]。（二）在開關(guān)量控制中的應(yīng)用在采用PLC技術(shù)時(shí)，它有自己的存儲(chǔ)系統(tǒng)，作為邏輯控制的重要載體，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的影響，其特點(diǎn)是穩(wěn)定可靠。然而，繼電器在控制開、關(guān)過程中會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間，不能對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行有效的保護(hù)，同時(shí)也會(huì)造成短路。（三）在交通運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用在城市道路交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)交通系統(tǒng)進(jìn)行合理的規(guī)劃，可以為城市營造一個(gè)有序、科學(xué)的環(huán)境。通過城市發(fā)展規(guī)劃角度分析，立交橋、道路設(shè)施和地下通道等系統(tǒng)的交錯(cuò)分布會(huì)使系統(tǒng)運(yùn)行管理難度得到擴(kuò)大，使用PLC技術(shù)根據(jù)系統(tǒng)強(qiáng)有力的控制與智能反應(yīng)能力，以實(shí)際情況調(diào)節(jié)外部環(huán)境，在車輛比較少的地方根據(jù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操縱管理，為交通運(yùn)輸系統(tǒng)管理做出貢獻(xiàn)支持[9]。（四）在數(shù)字控制系統(tǒng)中的應(yīng)用在社會(huì)科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的過程中，數(shù)字化時(shí)代也逐漸到來。在數(shù)字化控制領(lǐng)域中，連續(xù)控制、直線控制和點(diǎn)位控制為常用控制技術(shù)。點(diǎn)位控制能夠精準(zhǔn)定位系統(tǒng)信息，以實(shí)際需求移動(dòng)位置。數(shù)字控制系統(tǒng)利用全功能性單片機(jī)、數(shù)控裝置進(jìn)行控制操作，在具體操作過程中，不同規(guī)模企業(yè)運(yùn)行方式也各有不同。（五）在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用在中央空調(diào)系統(tǒng)的使用上，采用PLC技術(shù)、繼電器和直接數(shù)字技術(shù)。從實(shí)際應(yīng)用情況來看，采用PLC技術(shù)有其優(yōu)越性，可以用作虛擬繼電器，具有很好的抗干擾能力和可靠性，可以在系統(tǒng)運(yùn)行期間對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行后期的維護(hù)和管理[10]。四、案例設(shè)計(jì)（一）系統(tǒng)構(gòu)成主扇風(fēng)機(jī)的自動(dòng)監(jiān)測是礦井安全生產(chǎn)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。主扇風(fēng)機(jī)的自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)主要由對(duì)風(fēng)機(jī)參數(shù)的精確測量和對(duì)變電所的監(jiān)視兩部分組成。在實(shí)時(shí)監(jiān)測通風(fēng)系統(tǒng)中，主要包括風(fēng)速、全壓、風(fēng)量、動(dòng)、靜壓，這些都是需要精確測量的。在風(fēng)機(jī)參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)各風(fēng)機(jī)進(jìn)行了測試，包括電壓、有功、無功、電流等參數(shù)的測量。根據(jù)風(fēng)扇前后軸溫情況，對(duì)測試后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔。如果在測試的時(shí)候，測試儀的前后軸出現(xiàn)了異常的振動(dòng)，那么相關(guān)的儀器就會(huì)發(fā)出警報(bào)。對(duì)于風(fēng)機(jī)和通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行仿真，有很多問題值得商榷[11]。PLC與變頻技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了主風(fēng)扇本體的控制。該系統(tǒng)由變頻調(diào)速主風(fēng)扇和PLC技術(shù)組成，當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)的數(shù)量也會(huì)發(fā)生變化，從而形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。主風(fēng)扇四周裝有感應(yīng)器，可對(duì)有關(guān)資料進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，了解主扇風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況。記錄傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用系統(tǒng)分類與記錄傳輸給PLC并且分析，在分析數(shù)據(jù)過程中如果發(fā)現(xiàn)存在問題，就要制定相應(yīng)的對(duì)策控制數(shù)據(jù)[12]。（二）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制部分主要包括PLC系統(tǒng)和工控機(jī)監(jiān)控部分，工控機(jī)可以在線進(jìn)行實(shí)時(shí)的記錄與監(jiān)視，PLC可以將裝置的實(shí)時(shí)狀況傳送給工控機(jī)，同時(shí)也可以接收和執(zhí)行工控機(jī)的實(shí)時(shí)控制指令，通過接觸器和繼電器的控制來控制現(xiàn)場的設(shè)備。選擇DELL工控機(jī)作為操作站，主頻為2.5GHz的CPU、80GB硬盤、512MB內(nèi)存和21寸彩色顯示器。使用win7操作系統(tǒng)運(yùn)行Win監(jiān)控站軟件，這樣就可以對(duì)變電所的監(jiān)控和設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，并可在打印機(jī)上打印出相應(yīng)的報(bào)表。工控機(jī)采用UPS,500VA,UPS，對(duì)報(bào)告數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面的記錄。圖1是西門子S7-300的系統(tǒng)構(gòu)成，它包括電源模塊，導(dǎo)軌，接口，CPU，功能，信號(hào)等[13]。圖1西門子S7-300系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在2012年7月30日，由Siemens成功研發(fā)simatics7-200smartplc。這是具備簡單性、易于維護(hù)、價(jià)格合理、健壯、適時(shí)上市的縮寫。其中小型的PLC芯片是該系列產(chǎn)品升級(jí)后的控制芯片，繼承原有芯片的諸多優(yōu)勢功能，大體上近似于s7-200系列。這是增加以太網(wǎng)端口與信號(hào)板等，并且保留原有的RS-485通訊端口，讓CPU點(diǎn)數(shù)增加10個(gè)，能夠提供更加友好的人機(jī)交互界面。目前市場上的s7-200智能plc主要有以下幾類:。標(biāo)準(zhǔn)類型(繼電器輸出類型):cpu-sr2o/sr40sr602。標(biāo)準(zhǔn)類型(質(zhì)量管輸出類型):cpu-st30o/st40/st60.3。經(jīng)濟(jì)型(繼電器輸出型):cpu-cr40step7-micro/winsmart是專門為s7-200smart.supportlad，fbd，stl編程提供相關(guān)的軟件功能，既是可以為計(jì)算機(jī)程序源帶來密碼保護(hù)功能，也是會(huì)給CPU模塊帶來密碼保護(hù)效果。能夠更好的符合各類用戶差異化的密碼保護(hù)需要，產(chǎn)生程序源的三重保護(hù)體系。主要涵蓋工程密碼設(shè)置以及程序組織單元數(shù)據(jù)頁的設(shè)置等。只有通過授權(quán)用戶，才可以對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行查看與修改操作，從而更好的保護(hù)用戶相關(guān)功能使用中的安全性。知識(shí)產(chǎn)權(quán)。CPU具備64KB的RAM，96KB的裝載存儲(chǔ)器，能夠作為存儲(chǔ)卡擴(kuò)充裝載存儲(chǔ)器容量到512KB。該CPU具有PROFIBUS-DP功能，可進(jìn)行主、從站之間的轉(zhuǎn)換，最高傳輸速率為12Mbit/s，主站可承載125個(gè)DP從站，通信距離可達(dá)100公里。如果不擴(kuò)大框架，則中央框架不會(huì)安裝接口組件。采用IM360/361接口模塊對(duì)框架進(jìn)行擴(kuò)展，IM360為中央框架，IM361為擴(kuò)展框架，IM361為外接DC24V供電，對(duì)擴(kuò)展機(jī)架全部模塊進(jìn)行供電，利用電源連接器和負(fù)載電源連接。全部S7-300模塊都能夠在ER中安裝，接口模塊自由組態(tài)，不需要地址分配。在PLC系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大的時(shí)候，一個(gè)機(jī)架無法容納全部模塊，就要設(shè)置擴(kuò)展機(jī)架，此時(shí)設(shè)置CPU的機(jī)架也就是主機(jī)架。主機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架之間利用接口模塊構(gòu)成統(tǒng)一整體，不同機(jī)架接口模塊利用總線連接器和I/O模塊相互連接，設(shè)置指示系統(tǒng)狀態(tài)與故障的發(fā)光二極管LED，假如CPU不確認(rèn)此機(jī)架，那么LED閃爍。該數(shù)字輸入模塊SM321可以將現(xiàn)場傳送的外部開關(guān)接觸狀態(tài)的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為一個(gè)內(nèi)部S7-300的信號(hào)電平，并將其送入一個(gè)輸入緩沖區(qū)，以待CPU取樣。在取樣時(shí)，信號(hào)經(jīng)后板總線傳輸?shù)接诚駞^(qū)。SM321DVI模組設(shè)定32位獨(dú)立的輸入面，連接開關(guān)或者2線接近開關(guān)。利用光耦合器對(duì)數(shù)據(jù)采集部分和背板總線進(jìn)行隔離，模塊每個(gè)輸出點(diǎn)都設(shè)置綠色發(fā)光二極管LED顯示輸入狀態(tài)。輸入開關(guān)閉合指的是在輸入電壓的時(shí)候，LED燈亮，表1為各個(gè)模塊電流的容量。表1各個(gè)模塊電流的容量模塊通過背板總線吸收的電流最大值從24V負(fù)載電源吸收電流功率損耗數(shù)量CPU315-2DP1.2A1A8W2IM360(3AA01-0AA0)350mA2W2IM361(3CA01-0AA0)0.8mA0.5A5W2SM321(1BL00-0AA0)15mA1.5mA6.5W2SM321(1BH02-0AA0)10mA1.5mA3.5W2SM322(1BL00-0AA0)110mA160mA6.6W2SM322(1HA01-0AA0)80mA80mA4.9W2SM322(8BF00-0AA0)70mA90mA5W2SM331(7NF00-0AA0)50mA30mA1W9SM332(5HF00-0AB0)110mA340mA6W6（三）控制系統(tǒng)通信可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)通過幾級(jí)子網(wǎng)復(fù)合構(gòu)成，每級(jí)子網(wǎng)配置不同的協(xié)議，大多數(shù)采用的是企業(yè)特定的通訊協(xié)定。無論采用總線還是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可編程控制器網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)級(jí)別的子網(wǎng)，通信介質(zhì)為共享資源。通信方式結(jié)合數(shù)據(jù)傳送和存取控制，兩者都是通信協(xié)議相關(guān)層次的內(nèi)容。局域網(wǎng)的實(shí)時(shí)性要求很高，每個(gè)層次的子網(wǎng)都有不同的實(shí)時(shí)需求。一般來說，越是下層的子網(wǎng)，其實(shí)時(shí)性就越高?？删幊炭刂凭W(wǎng)中的各個(gè)站點(diǎn)通過通訊子網(wǎng)互相連接，當(dāng)某個(gè)站點(diǎn)向子網(wǎng)發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，需要滿足一定的響應(yīng)時(shí)間。不同站點(diǎn)的實(shí)時(shí)需求是不一樣的，同一站點(diǎn)中的不同的通信任務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)的需求也是不同的。一種通訊任務(wù)的實(shí)時(shí)完全滿足是指其響應(yīng)時(shí)間小于規(guī)定的時(shí)限：一種是指所提出的通訊任務(wù)在一定的時(shí)限內(nèi)被完成。對(duì)全通信子網(wǎng)實(shí)時(shí)性的需求，是指在子網(wǎng)中，各臺(tái)之間的每一次通訊任務(wù)的實(shí)時(shí)性都得到了保障。為了確保可編程控制器的實(shí)時(shí)性，必須滿足下列限制：第一，為了防止某一站長占用了子網(wǎng)，造成其它站點(diǎn)實(shí)時(shí)劣化；其二，保證某個(gè)固定時(shí)間周期中，通信子網(wǎng)的每個(gè)站都能夠得到通信權(quán)，從而為每個(gè)站提供實(shí)時(shí)性；其三，針對(duì)重要的站要優(yōu)先服務(wù)，對(duì)于緊急通信任務(wù)要優(yōu)先處理，使用靜態(tài)固定方式賦予高優(yōu)先級(jí)，通過動(dòng)態(tài)方式賦予某緊急任務(wù)的優(yōu)先權(quán)?？删幊炭刂破骶W(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性要求存取控制方式進(jìn)行保證，為了提高實(shí)時(shí)性，采用了三層通訊協(xié)議坍塌結(jié)構(gòu)，減少了通訊協(xié)議的層次化，提高了網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。此外，采用適當(dāng)?shù)膫鬏敺椒▉砀纳茖?shí)時(shí)性，傳輸數(shù)據(jù)需要快速回復(fù)[14]。五、結(jié)束語PLC是一種將通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電腦技術(shù)相結(jié)合的可編程控制器。將PLC應(yīng)用于電力自動(dòng)化設(shè)備，不僅可以改善電力自動(dòng)化設(shè)備的管理和控制質(zhì)量，而且可以推動(dòng)電力自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展。PLC的控制系統(tǒng)通常采用程序控制，以提高工作效率，利用開關(guān)量與閉環(huán)來管理，增強(qiáng)電力自動(dòng)化裝置的安全性，同時(shí)也為開發(fā)新的設(shè)備創(chuàng)造了條件。參考文獻(xiàn)[1]周洪海,徐尚宏,劉坤,等.電氣工程自動(dòng)化技術(shù)在礦山工程中的應(yīng)用研究[J].世界有色金屬,2020(3):2.[2]申九菊.PLC控制系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用[J].造紙裝備及材料,2021,50(5):3.[3]唐崢強(qiáng).