PLC技术在电气工程及其自动化控制系统中的应用

引言

随着工业智能化进程加快，电气工程自动化控制系统对控制技术的可靠性、灵活性和高效性提出了更高要求。传统控制方式难以满足复杂工况下的精准调控与灵活适配需求，而 PLC 技术的出现为解决这一问题提供了有效方案。

一、PLC 技术及电气工程自动化控制系统相关理论

1.1 PLC 技术核心概述

PLC（可编程逻辑控制器）是一种专为工业环境设计的数字运算操作电子系统，其核心由中央处理器、存储器、输入输出接口及电源模块构成。工作时通过 输入采样、程序执行、输出刷新的循环流程实现控制：先采集外部设备的信号状态，再依据预编程序进行逻辑运算，最后驱动执行器完成操作。PLC 技术以高可靠性为显著特征，通过硬件抗干扰设计和软件容错机制，能在粉尘、电磁干扰等复杂工业环境中稳定运行。

1.2 电气工程自动化控制系统基础

电气工程自动化控制系统是通过自动化技术实现电气设备与生产过程高效管控的系统，主要由检测元件、控制单元、执行机构和人机界面组成。其工作流程遵循感知、决策、执行逻辑：检测元件采集电压、电流、温度等参数，控制单元对数据进行分析并生成指令，执行机构负责指令落地，人机界面则实现人与系统的交互。这类系统对控制技术有明确要求，包括快速响应性以应对参数突变、控制精度以保障运行稳定性，以及可扩展性以适应系统升级需求，同时需具备一定的故障自诊断能力，降低维护成本。

1.3 PLC 技术与电气工程自动化控制系统的适配性

PLC 技术与电气工程自动化控制系统的适配性体现在功能需求的高度契合。PLC的抗干扰特性满足工业电气环境的稳定性要求，能直接接入各类传感器与执行器，无需复杂的信号转换环节。其可编程性可灵活适配不同控制逻辑，当生产流程调整时，仅需修改程序即可实现控制方案更新，避免硬件重构。二者融合后，控制系统的响应速度与控制精度显著提升。这种适配性让 PLC 成为电气工程自动化控制的核心组件，既解决了传统继电器控制的灵活性不足问题，又满足了现代控制系统对可靠性与扩展性的双重需求。

二、PLC 技术在电气工程自动化控制系统中的应用场景

2.1 在工业电气控制中的应用

工业电气控制PLC 集中控制。生产线主要依靠 PLC，实现多台设备逻辑联动控制，当工件传送到指定工位，PLC 接收到位信号，激活机械臂抓取产品，工件操作结束后再控制传送带工作，工序都不需要人为操作。对于传动过程中最重要的电机这类关键设备，PLC 还可以精确控制启动、调速及制动，PLC 中的内置算法控制软启动，以保护电机防止过大的电流对传动设备的冲击破坏。PLC 实时监测到设备工作状态，当监测到过流、过压等信号时，停止输出，并报警，控制执行动作来防止故障。集中控制方便了以往继电器控制，不仅接线简单，而且可通过程序修改实现产品换型生产。

2.2 在电力系统自动化中的应用

针对电力系统自动化，PLC 技术用于监视和控制作用，变电站的控制方面，通过PLC 采集系统当前电压、电流、开关状态等数值进行对变压器、断路器的远距离控制：通过电压稳定性调节电网在负荷变化时，对电容器组进行投切控制；在系统出现线路故障时，实现快速检测出故障区段，并指挥相应开关进行动作，使系统断电时间得到缩减。配电领域中，可以根据各个区域的用电变化情况调整电力分布状况，借助对计量装置的联动控制，对负荷情况进行检测，防止发生线路过载现象。

2.3 在建筑电气工程中的应用

楼宇电气设备中，在建筑电气工程中采用 PLC 技术后，使得电气设备智能化更加有效和合理。例如在楼宇电梯的控制应用中，楼宇电梯 PLC 会根据不同楼层的呼叫对电梯运行路线进行调节，根据用户使用的习惯对不同的楼层进行记忆并减少不必要的楼层停靠；在楼宇电梯的运行过程中发生困梯或者其他故障情形时，楼宇电梯会自动完成报警并锁定轿厢，确保人身的安全。

三、PLC 技术在电气工程自动化控制系统中的应用优化

3.1 PLC 控制系统的程序设计优化

优化 PLC 控制系统设计程序的主要方法是简洁高效的程序设计方式，设计的程序整体上应逻辑清晰，从程序结构角度考虑，将不同的控制逻辑按照所要实现的功能划分成不同的子程序，比如电机的控制、报警控制、数据采集等逻辑设计成独立模块，各模块通过接口规范的方式进行调用，在保持设计可单独调试性的同时，能够减少各子程序设计中重复的代码，防止出现复杂的逻辑在程序中，因此设计程序不应盲目追求语句的复杂程度，比如利用中间变量避免多个条件的判断出现。简化由于各种延时控制或循环判断出现的复杂的延时控制，可以用多个定时器或计数器取代等，在程序设计中，要注重程序的可读性，充分利用系统预留的标准命名规范，对整个逻辑块的命名应该明确每一部分的逻辑功能，当系统的修改需要升级时，能够迅速定位被修改的节点，降低系统的使用维护成本。

3.2 PLC 与其他技术的融合优化

PLC 与其他技术的融合优化能拓展控制系统的功能边界。与触摸屏（HMI）融合时，通过自定义通信协议实现数据双向交互，在界面上设计动态监控画面，将设备运行状态、报警信息等实时呈现，操作人员可直接在屏幕上修改参数或触发控制指令，简化人机交互流程。与工业以太网结合时，采用标准化通信模块实现 PLC 与上位机、其他控制设备的联网，构建分布式控制架构，数据传输无需经过中间转换，提升系统响应速度。

3.3 PLC 控制系统的可靠性提升策略

PLC 控制系统的可靠性提升需从硬件设计与软件防护两方面入手。硬件上采用隔离措施，输入输出模块与主电路之间加装光电隔离装置，避免外部强电干扰窜入 PLC核心单元；电源系统配置稳压模块，抵御电网电压波动的影响。软件层面设置多重保护逻辑，如在电机启动程序中加入过载、过流等连锁条件，当检测到异常信号时立即触发停机指令。通过定时器监控程序运行状态，若出现程序卡顿可自动重启恢复。布线优化同样关键，将 PLC 的输入输出线与动力线分开敷设，模拟量信号线采用屏蔽线并单端接地，减少电磁干扰。

结语

PLC 技术凭借自身优势，在工业、电力、建筑等电气工程自动化控制系统中发挥关键作用。通过应用优化策略，其适配性与可靠性进一步提升。虽在复杂场景应用仍有优化空间，但已显著推动电气工程自动化发展。未来，随着技术融合加深，PLC 技术将持续赋能相关领域，为电气工程自动化升级提供更有力支撑。

参考文献

[1]王瑞,俞孙泽,常田.电子技术在电气工程自动化控制中的应用[J].数字技术与应用,2024,42(11):238-240.

[2]张国才.PLC 技术在电气工程及其自动化控制系统中的应用[J].造纸装备及材料,2024,53(09):40-42.