PLC 技术在电气工程及其自动化控制系统中的应用

1 PLC 技术的优势

1.1 快速响应

PLC 装置以辅助继电器作为主要内部结构，继电器型输出电路滞后时间一般在10ms 左右，相比于传统型号控制器，大幅缩短了目标系统响应时间，迅速感知电气系统运行工况与输出控制指令，基本不会出现指令滞后、控制不及时的问题，始终保持电气系统与现场电气设备稳定运行工况。同时，如果对电气自动化控制系统的响应速度与信息处理时间提出更高要求，工作人员可以配备双向晶闸管型输出电路的PLC 装置，取代常规继电器型输出电路，输出模块滞后时间由10ms 缩短至1ms。

1.2 简化控制流程

传统的电气自动化控制系统中包含较多电气设备，各类电气设备的工作原理、运行条件存在明显差异，为保证控制精度，需要在系统内建立受控对象数学分析模型，从现场监测信号内提取有效信息，将信息导入模型，再根据模型输出结果来制定或调整控制方案，整体控制流程复杂，还需要工作人员提前建立若干数学模型。在应用PLC 技术时，仅需把现场采样的信息存储到 I/O 映象区，PLC 装置按照特定顺序扫描用户程序，根据逻辑运算结果来刷新线圈对应区状态，判断是否执行用户程序规定的特殊功能指令，省略了控制模型构建环节，提高了系统的运行速度和控制效率。

1.3 智能化程度高

早期使用的微处理器等控制器的智能化程度有限，在电气系统运行期间，如果出现复杂故障问题，或现场运行环境发生明显改变，此类控制器无法有效处理，需工作人员赶往现场进行处理，并调整控制方案，实际控制效果不理想。PLC 装置具备强大的环境适应与逻辑运算能力，如果电气系统运行工况或现场环境发生明显变化，PLC 装置根据运算结果来推演目标事件的发展过程、自行调整既定控制方案，在短时间内恢复电气系统平稳运行工况，运行全程基本不需要人工干预。

2 电气工程及其自动化控制系统中PLC 技术应用策略

2.1 顺序控制

PLC 顺序控制方式适用于发电厂、变电站等电气工程项目，提前了解电气系统生产工艺过程，在PLC 用户程序内预先规定各台被控设备的动作顺序和约束条件，以运行工况、输出状态、反馈信号等作为约束条件，由PLC 装置作为现场控制器，按照既定控制方案，有序控制各台电气设备投入运行，顺利完成电气生产任务。在电气系统运行期间，PLC 装置按顺序依次下达各项控制指令，指令下达前，需根据现场监测信号判断后再进行。同时，顺序控制还分为选择性分支、并行分支等多种方式，此类控制方式多用于结构复杂或控制要求严格的电气工程。

2.2 开关量控制

电气自动化控制系统在无反馈信息的情况下保持运行，系统将工作人员预先设置的指令一次性输向受控对象，后续不再全过程控制、监督受控对象变化情况。根据实际应用情况，开关控制方式可以简化电气自动化控制系统结构，替代系统原有部分电子元件，进而改善控制系统的简洁性与稳定性，但由于缺乏反馈机制，受控设备运行工况、电气系统的总体控制效果充满不确定性，如果预先设定的操作指令不合理，或是电气系统的运行条件与现场环境产生明显变化，都有可能引发电气设备故障等问题。

2.3 闭环控制

闭环控制也称为模拟量控制，是现代电气工程中最为常见的PLC 控制方式。提前在PLC 系统内设定各项电气运行参数的标准值和允许偏差值，包括电压、电流、温度、速度等。后续在电气系统运行期间，通过传感器等末端感知装置，持续采集现场监测信号，把监测信号转换为数字量后，对比检查各项电气参数的实测值与标准值，二者偏差较大时向工作人员发送提醒与纠偏运行参数，二者偏差程度超出规定限值后，PLC 装置立即采取处置措施，包括切除电源、切除故障设备等，避免造成电气设备烧毁、线路绝缘失效、电气火灾等严重损失。

2.4 模拟量控制

在工业生产中，遇到最多的变量包括电流、电压、温度和压力等，这些变量在实际生产过程中是不断变化的，因此需要进行相应的控制。PLC对于模拟量的控制，一般都需要将模拟量转化成数字量进行处理，这是因为PLC 对于数字量的处理功能相对比较强大，不仅能够对数字进行加减乘除这些基础运算，还可以进行开方、插值和浮点等高级运算。

2.5 远程控制

PLC 装置可以长时间保持较高频率接收计数脉冲信号，或是多路同步接收频率在 1kHz～90kHz 范围内的脉冲信号，再对所接收的信号进行运算处理，掌握设备的运动情况，从而判断是否与预期存在偏差，并作为控制依据，远程下达纠偏调控指令，可以额外在现场配备多种类传感器与脉冲伺服设备，拓展设备控制范围。在运动控制期间，PLC 装置负责全面掌握控制对象的运动部件工作状态，包括运动轨迹、实时三维坐标值、运动速度、受损情况等。如果出现设备严重受损问题，或是动作执行情况明显偏离运动方案，则由系统输出执行指令，分析RAM 存储区域设备实际情况，短时间内锁定故障点位和下达控制指令。

3 基于PLC 技术的电气工程及其自动化控制系统完善策略

3.1 拓展应用场景

早期的PLC 控制系统使用功能单一，主要是以数据采集监控、故障报警、开环/闭环控制作为核心功能，虽然电气控制效果得到了明显改善，但工作人员仍需前往现场开展故障诊断、应急维修等多项工作。对此，需要持续拓展PLC 技术的应用场景，逐步建立一套功能完善的电气自动化控制系统。

3.2 抗干扰改造电气工程有着现场环境复杂、干扰源众多的特征，在PLC 装置运行期间，持续受到外部干扰源影响，导致电源波动、误输入误输出、电气设备失控等问题时有出现，严重影响到电气控制的效果。因此，为预防此类问题再次出现，工作人员需要对PLC 装置进行抗干扰升级改造，具体可采取抑制电源干扰、信号线引入防干扰、抑制变频器干扰3 项措施。

3.3 电气设备智能升级

传统的电气工程中配备的电气设备智能化程度较低，如果仅安装 PLC装置作为现场控制器，受到电气设备性能限制，电气控制效果和预期情况不符，PLC 装置功能发挥受到限制。因此，应对电气设备进行全面智能升级，为PLC 技术营造良好应用条件。例如，对于互感器设备，配备新型电子互感器取代落后的电磁互感器，可以准确检测现场设备运行温度，与一次高压设备的兼容性较好。对于终端检测装置，配备复合型传感器取代单一种类传感器，同时采集温度、电流、电压、压力等多项现场监测信号的参数，彻底解决电气现场缺乏单一种类传感器安装空间的问题，还有利于简化电气控制系统结构。

4 结语

综上所述，为建设高品质电气工程，切实满足日益增长的电气工程建设需要。工作人员必须提高对PLC 技术的重视，认识到技术的应用价值，结合工程情况与实际控制要求，选择顺序控制、闭环控制等PLC 控制方式，积极落实拓展应用场景、抗干扰改造、电气设备智能升级三项策略，提高电气系统的运行效率。

参考文献

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