摘要：可编程控制器（PLC）在工控领域的地位是非常显著的，在自动化控制领域当中是主要的装备。在具体的电气自动化控制当中PLC作为控制器存在，属于现场控制装备，并通过网络与上位机和现场控制设备，传感器等进行通讯，实现自动检测与自动控制。本文结合燃气规划设计方面的内容来探索了PLC的电气自动化控制系统设计，仅供参考。
关键词：PLC；电气自动化控制；设计
PLC可编程控制器，是电气自动化控制领域当中非常常用的一种设备，PLC作为工控领域的核心装备之一，在具体的自动化控制当中基于相应的控制程序运行，配合相应的传感器，控制器等来实现自动控制。稳定性、可靠性和安全性非常高，深入的探索PLC的电气自动化控制意义重大。
1、关于PLC
PLC，即可编程逻辑控制器，在自动化控制领域，PLC的地位是非常显著的。PLC在事先设定好的程序下运行，结合传感器设备实现现场设备运行状态信息的收集，然后经过PLC的CPU计算，转换信号，向变频器设备发送控制指令，实现调频，达到自动化控制目的。一般情况下，PLC只要运行正常，与其相配套的设施设备就可以按照设定的程序正常运行，同时PLC的在线诊断功能可以很好的保证整套系统的正常运行。
PLC的控制模式，主要包括开关量控制、闭环控制、运动控制等。其中闭环控制是一种过程控制针对的是生产过程当中一些有连带关系的量，比如温度、速度等等。
2、PLC自动控制系统设计
2.1 PLC自动控制系统设计流程
在PLC电气自动化控制系统的设计当中首先是要明确工况是否需要PLC，这是从经济性上的考虑，如果考虑其他因素，一般PLC是电气自动化控制的首选，不需要考虑其他。以燃气站来说PLC是首选，因为燃气站危险性很高，环境比较差，对工作过程的可靠性、安全性要求高，传统的接触器+继电器很难胜任自动控制工作。选PLC要求系统要能够实现设备自动动作，满足产品加工质量及生产效率的要求，确保系统安全、稳定、可靠的工作，系统结构尽可能的简化，降低生产制造的成本，充分提高自动化程度，减轻劳动强度，改善操作性能，便于维修。
PLC的选择要根据工艺流程要分析被控制对象、控制过程和要求。
据分析得出的结论选择输入和输出设备，确定系统的总体配置。所选输入设备包括按钮、行程开关、选择开关、传感器等。输出设备则包括接触器、电磁阀、指示灯等。
一般先根据统计的I/O点数加上20%左右的扩展余量，估算I/O点数，并根据数字量I/O点数的15倍左右以及模拟量I/O点数的100倍，加以考虑25%的余量作为PLC存储器容量。然后在选择PLC的功能，包括运算能力、控制功能、通信功能、编程、诊断等。
针对特定的控制功能进行程序设计。一般来说在进行程序设计时，应先绘制系统控制流程图，表明动作顺序和条件，然后设计梯形图，这是程序设计中非常关键的一步，也是比较难的一步，对控制要求的熟悉程度必须要求，而且要具备一定电气设计经验。
2.2 PLC电气自动控制系统设计事例
（1）系统要求
某天然气储配站要实现高效、安全、可靠、完善的通信网络，改善站点信息传输的实时性，并基于遥控、遥测、遥信、遥调构建调度控制中心。在天然气计量控制系统当中基于计算机在线自动补偿计算，确定标准下的天然气流量，标准要求符合ISO5167和SY/6143，具备供气压力自动调节，球罐自动充放气、压力机自动启停、故障预警和保护，设备故障自诊断。同时要求系统预留接口方便接入SCADA系统，成为一个RTU节点。
该系统以及联系统、配送工艺区、压缩机、球罐自动控制系统组成，要实现自动检测天然气压力、差压、温度、泄露等数据，并实现报警功能。
具体功能主要是自动控制和自动检测。
其中前者要实现压缩机自动充放气（控制参数为包括充放气压力和用户区压力），民用天然气流量切换，球罐控制，电动阀门控制，分区调压计量，压缩机启停，压缩机房排气系统启停，冷却系统启停，球罐喷淋启停，消防水泵启停，球罐放气调压等。
后者主要是实现球罐内部温度与压力检测、压缩机压力温度检测、冷却水温度和压力检测、机房内天然气浓度检测、站点用电量检测、天然气进出站压力、温度、流量检测、电动阀位置检测等。
（2）系统硬件设计
系统架构如图。
图1 PLC自动控制系统架构
本系统为二级控制系统，即控制站+上位机，网络通信为RS232.控制器为PLC，型号S7-300，CPU314一只EM222三只，具体看CPU为6ES7314-1BD23-0XB8一只支持输入/输出点数14/10。6ES7222-1HF22-0XA8三只，8点输出。
PLC接线，如图。
图2 PLC接线图示意
具体接线要求按照用户手册以及I/O分配表绘制。
上位机采用工业工作站，具体品牌型号不限，此处选用的是DELL工作站。
（3）系统软件设计
上位机主界面结构如图。
图3 主界面结构示意
上位机操作系统为WIN系统，应用程序使用RSVIEW和RSLINX，其中前者为监控软件，后者为通讯软件，后者通过RS232与下位控制器进行通讯，并采集数据，监控软件通过RSLINX来读取数据并在上位机中显示出来。
下位控制器程序设计，是一个关键的部分，这个部分主要实现程序控制，对于天然气储配站而言要实现上述系统要求，在程序设计时要充分了解并熟悉天然气储配站的工艺流程，将工艺流程分解成各个子系统，包括球罐充放气、压缩机充放气、进出站压力调节等，用对应的子程序来实现自动控制。
程序设计版本博图V13，程序语言SCL。设计中根据实际工艺流程当中涉及的参数来进行设计，比如温度，设计中所有变量参数为实际温度、设定温度、第i段设定温度、第i段设定时间，输出功率，时间，升温速度，增益效果，采样周期以及积分时间。所有参数均存放于DB之中。具体以压缩机出口总管流量检测与控制方面来说，出口管道上的孔板、差压变送器的流量信号4~20mA，24VDC,进入PLC后，首先开始进行温度补偿，在满足基本运行条件下执行出口流量检测和自动控制。
结束语
综上所述，传统的自动化控制系统在一定程度上适用范围比较狭窄，在现有的技术条件下，不适应很多工况。而PLC作为自动控制领域的核心装备，对于实现电气控制与自动化具有非常好的效果，而且PLC也是后续实现智能化控制的关键。在具体的基于PLC的电气自动化控制系统的设计当中必须要针对被控制对象的相关特性，仔细分析研究，最终确定最优化的控制方案。本文就此所展开的探讨，可能存在一些不足，但希望能够与业内同仁共同探讨。
参考文献
[1]刘勇，霍俊浩.浅谈PLC电气自动化控制系统的设计研究[J].数字技术与应用，2017（1）：5-5.
[2]丁国华.浅谈PLC技术在电气设备自动化控制中的应用[J].建筑工程技术与设计，2017（21）.
论文作者:商田
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/8
标签：系统论文; 温度论文; 自动化控制论文; 自动控制论文; 上位论文; 天然气论文; 控制系统论文; 《电力设备》2019年第6期论文;