2024年6月5日发(作者：)

《装备维修技术》2021年第13期

基于PLC技术的电气自动化控制优化系统设计

孔祥盛 

（广东明华机械有限公司连南分公司，广东 清远 511500）

摘 要：随着PCL技术的不断发展和更新，以往电气设备所采用的自动化控制系统对人力、物理和财力有着大量的要求，无法对电气

设备进行完整、可靠的自动化设置，因此，本文以PCL技术为基础，对电气设备系统的自动化控制进行了优化设计。通过对可靠、稳

定的PCL技术的应用，为电气设备提供了更优的自动化控制，以此为前提，在优化后的电气自动化控制系统中设计了输入电路和输出

电路。根据实验数据能够得知，与以往的控制系统相比，优化后的控制系统提升了48.14%的可靠性。能够更加安全、可靠的自动控制

电气设备。

关键词：PCL技术；电气自动化；控制优化；系统设计

由于工业自动化在我国的水平得到了不断提升，因此电气控制

系统加大了对自动化技术的要求，特别是电力能源，其与人们的生

活有着密切的关系，目前，人们工作生活的方方面面都涉及到了电

气工程，因此自动化控制在电气工程中的重要性日益凸显。在实现

自动化电气工程后，电气工程整个行业都得到了提升和发展，使相

关事故在电工程行业的发生得到了减少，使电气工程具备了更高的

效率，并且为人们带来了更高品质的生产生活。所以，针对目前的

电气工程行业来说，在实际控制电气设备的过程中，通过对自动化

技术的应用，能够极大的促进行业的发展，有着十分重要的意义。

1.1工作原理

在对工业生产进行控制的过程中，PCL控制系统发挥出了极大

的优势，在具有存储功能的设备中，能够对编写完成的程序代码进

行存储，然后，由程序对数据进行采集和计算，中央处理器以集中

的形式对其进行处理后，程序进入运行状态，同时，由机械设备中

的软件对其进行控制，机械设备在接收到软件发出的指令后，能够

按照规定的流程进行操作和加工。PLC自动控制系统所具备的自动

控制功能，能够对人工操作进行提点，从控制和操作方面，对人力

资源进行了节省，并且，能够对更多的产品进行加工，有着较强的

适用性，可以使生产更加精细和高效，实现高难度的成产，工业化

生产阶段对其的应用，能够给控制工作带来极大的优势

[1]

。

1.2 PLC系统的设计

PLC全中文名称为“可编程序控制器”，对CPU、存储器等外

部设备进行了采用，并且结合了电源的设计。PLC最关键的设计就

是CPU，其功能相当于人体的中枢神经，可以通过对现场输入装置

的扫描，将其状态或数据进行输入，并且能够对编程器中的用户程

序和数据进行接收和存储，可以诊断电源状态是否正常，并且能够

检查PC内部是否处于正常工作状态，对其语法以及相关指令的执

行等进行诊断；对存储器装置的设计能够使系统的程序、模块化子

程序功能的应用等操作进行存储，用户无法直接对其进行存取，用

户在使用过程中，能够在编程器内对用户的数据进行输入。

1 PLC控制系统的工作原理和系统设计

图1 PLC结构框图

2.3设计输入电路

由于PLC设备是电气设备硬件中的一种，所以需要设计输入

电力。在进行设计的过程中，首先需要根据供电要求做好对PLC

硬件设备的分析，通常需要分析其抗干扰能力和安全容量，以此为

前提，根据PLC硬件设备的实际需求来选择输入电路，通常需要

在 AC85-24OV、DC21-24V范围内进行选择，同时，还需要对交流

和直流这两种电流的选择引起关注，如果 PLC的系统属于大型硬件，

那么其更适合采用交流电，这是由于大型系统有着较多的线路，并

且复杂交错，为了使其能够更加安全，就需要对交流电加以选择，

然而由于系统有着较大的规模，并且线路有着较大的长度，因此在

对交流电进行使用时，通过对电压保护装置的采用，能够使过高的

电压或其他异常问题的出现得到避免；如果PLC系统属于小型硬

件，那么对交流电的使用没有必要。此外，针对干扰和容量要求来

说，在PLC附近通过对1：1隔离变压等设备的采用，能够使电路

免于受到外部因素的干扰，早期在对此类设备进行研究的过程中，

证实了其确实拥有此类功能，所以在特定范围内可以直接对其进行

使用：针对安全容量的选择来说，需要结合实际情况，具体容量需

要在80%总容量以内。

2.4设计输出电路

自动化控制通过输出电路能够得到实现，并且其能够促进系统

的稳定运行，有着十分重要的作用，由于电信号的表现形式之一就

是输出电路，信号处理器中所接收到的数据是由传感器所采集的，

然后信号处理器在转换完电信号之后，能够向控制终端自动发送此

类数据，这个时候，工作人员能够对其进行监控。针对其设计来说，

PLC自动控制系统在连接上传感器之后，具有了寄存印象和元件数

据的功能，此时采用自动控制能够实现对其中数据的调度，并向信

号处理器传输相关数据。此外，由于需要实时监控电气状态，因此

还需要刷新所设计的数据输出，这点主要是针对信号处理设备所提

出的，只需设置刷新频率即可。

3.1神经网络系统

通过控制技术能够实现对神经网络的强力表达，使定位时间得

到了极大的缩短，针对初始状态以外的速度变化来说，可以对其进

行实时的控制，在控制神经网络系统的过程中，会获得各种不同的

变化结果，还可以从各方面对其进行反向计算。通过与电气系统相

关参数的结合，能够控制这一系统的运行速度，目前对该系统的应

2 如何选择PCL自动化控制系统设备

PLC在工业设备中的主要功能就是赋予外部系统自动化控制的

功能，需要根据具体情况对控制系统所需的设备规模加以选择，在

生产阶段通过对单个或多个设备的组合，能够使控制更加有效。

2.1与实际情况的结合

在进行购买之前，需要以被控制设备为基础，通过与生产工艺、

控制程度的结合，来对需要进行采购的PCL系统进行规模的确定。

通常可以按照大、中、小三个规模对PCL控制系统中所应用的自

动化技术进行分类。生产规模较小的适合采用初级PLC控制系统，

主要以开关来进行过程控制，I/O点数比单个设备的128个点更小；

有着复杂生产过程的适合采用中级PLC控制系统，被控制设备的I/

O闭环控制点数处于128-512之间；针对大规模生产、网络自动化

控制来说，所需采用的PLC控制系统为大规模型，被控制设备有

着512以上的I/O点数。

2.2与生产工艺要求的结合

需要根据生产工艺、复杂程度，结合被控制设备，来选择PLC

系统所需的I/O点数和类型。在经过适度对PLC系统的估计后，能

够实现对成本的节省。由于PCL系统在进行自动化控制时输出端

会受到不同的电流负载，因此设备需要选择不同的材料来输出电流，

通过对电流的适当输出能够使系统的运行更加稳定，有着十分关键

的促进作用

[2]

。

3 自动化控制中对PLC技术的应用

—97—

工装设计

用最为成功的方面，就是对信号的处理以及对模式的识别。由于神

经网络能够向人脑一样估算非线性函数，因此，自动化控制技术在

电气传动系统中得到了全面的应用。此外，由于神经网络的一致性

较强，所以在进行操作时无需进行建模，同时通过限制外界噪音，

也能够实现对其抵抗能力的强化。

3.2对系统开关量的自动控制

从整体上来说，自动化系统在电气设备中的关键就是开关量，

并且会从整体上对系统的稳定、安全运行造成影响。以往设备在长

期使用阶段存在着劳损、低效率等问题，通过此类设备对开关量的

控制，会导致系统才做变得更加复杂，同时会使系统出现低质量运

行的情况，严重的话，还会导致安全问题的出现。

除此之外，在控制继电器时对传统电磁开关量的长期使用，还

会导致运行成本的增加，使资源无法得到优化配置。针对此类问题

来说，企业及其内部从事技术工作的相关人员，需要从开关量方面

优化和升级电气自动化系统的控制，企业需要将开关量的优化控制

作为重点，在内部进行创新研究。通过引入PCL技术还可以满足

要求通过开关量来控制电气自动化系统，能够使以往控制阶段继电

器存在的不足得到弥补，使系统从整体上具备更高的运行效率和质

量，同时能够实现对运行成本的降低，使企业能够实现对综合效益

的获取。在电子自动化系统中所应用的短路显示器，能够使自动化

控制系统得到全面的覆盖，使企业更好的发展电气自动化，从性能

和各种功能方面，对电气设备自动化系统进行基本的优化，能够使

整个自动化系统在电气设备中得到升级

[3]

。

4.1测试 I/O端子

首先同构对手工方式的采用，能够逐一验证输入PCL系统中

的端子，端子灯亮发出指示，代表没有发生异常；相反的话，需要

对接线和I/O点进行过检查。其次需要做好对程序的编写，如果输

出系统的电源并无异常，通过对相关程序的应用，能够对各输出端

子在系统中的亮灯情况进行检查，如果端子灯亮发出指示，那么就

代表没有异常情况，否则的话，就需要对接线和 I/O点进行检查。

4.2调试系统

调试系统的重点是需要根据控制要求，将输入端子和输出端子

在系统的内外部电源和电路中进行连接，一般来说， PLC控制单元

（上接第96页）

工作状态具有自锁和互锁功能 。WLSTC脉冲调制采用工业级高性

能32位微控制器，带128K字节闪存，20K字节的SRAM，低功耗3.3V

供电，2个12位模数转换器，1us转换时间，双采样和保持功能，

7通道DMA控制器，26个快速I/O端口，7个定时器，3个通讯接

口 。通过四象限调控，数字化设计， 有4G模块提供远程操控及物

联功能，WIFI模块提供本地手机APP以连接手机操作显示本系统

功能。专用于电磁铁控制场合。WLSTC原理框图如图4示。

（2）设定系统的调磁励磁模式有WLSTC外部模拟量调磁励

磁模式和WLSTC内部调磁励磁模式。WLSTC内部设定调磁励

磁模式又分为三种励磁工作模式：a、吸料后DC350V工作8S转

至DC290V工作10S最后工作在DC200V的励磁状态，直至物料

运到放料位置后放下。b、吸料后至DC290V工作10S最后工作在

DC200V的励磁状态，直至物料运到放料位置后放下。c、吸料后

工作在0-DC260V之间的任一电压的恒定磁场励磁状态，直至物料

运到放料位置后放下。

（3）设定系统的放料消磁电压，其设定消磁电压值为0-DC220V。

（4）设定系统的放料消磁时间，其设定消磁时间为0-5S。

（5）设定系统自动关机时间，当用户下班时如忘记断电磁铁上

的电源，在设定的时间到后，WLSTC的程序将自动的断开系统输

出到电磁铁上的电源，以保护电磁铁，其设定自动关机时间为30-

999分钟。

（6）用4G模块为系统提供了远程操控及物联功能，WIFI模块

提供了本地手机APP以连接手机，用手机来操作监视本系统用。

所设置的工作运行方式需要为正常，并且对问题的发现和解决需要

充分的时间。在调试正式开始前，工作人员需要全面、彻底的在

PLC系统中，对各项设备的控制情况进行检查，在确认无误的情况

下，才能在外部对电源进行加载。

4.3 PLC编程

PLC编程电子系统的运算操作采用了数字化技术，对其的设计

主要是为了应用于工业环境中。其所采用的存储器具有可编程的特

点，用来存储于其内部后能够使其具有逻辑运算、顺序控制以及定

时等功能，并且其输入和输出具有数字化以及模拟化的特征，能够

对任意型号的机械设备进行控制，或是对生产阶段的控制。编程核

心就是设计框架功能分区，不仅要考虑到生产效率，更重要的是稳

定性与安全，故障排除及维护等自动功能将是判断工业控制系统具

有完整性的标准，以此便于对设备维护保养、快速抢修，增加设备

使用率。

结束语：

在实现自动化电气工程后，电气工程整个行业都得到了提升和

发展，使相关事故在电工程行业的发生得到了减少，使电气工程具

备了更高的效率，并且为人们带来了更高品质的生产生活。所以，

针对目前的电气工程行业来说，在实际控制电气设备的过程中，通

过对自动化技术的应用，能够极大的促进行业的发展，有着十分重

要的意义。

4 调试系统程序

参考文献：

[1]徐进.基于 PLC 的自动化电气控制应用研究[J].科技创新导报，

2015（15）：24.

[2]许泽.煤矿电气自动化控制系统的优化设计思路[J].现代制造技

术与装备，2016（4）：160.

[3]苏鹏.PLC 在电气自动化控制中的应用[J].产业与科技论坛，

2015，12：62-63.

作者简介：

孔祥盛（1987—），汉族，籍贯：广东省清远市，高级技师，学历：

本科，主要从事生产自动化改造，安全管理工作。

图4 WLSTC 原理框图

WLSTC数字控制电路配有LCD显示面板和四个参数及模式设

定按键，WLSTC LCD面板及按键图如图4示。

6 结论

本无触点强励磁电磁铁控制系统摒弃了传统的直流接触器控制

充退磁方式；使工作过程中无电火花，无噪音，无机械振动，延长

了使用寿命。消磁时首先将电磁铁中的剩余能量回馈电网，从而达

到了节能的目的。同时利用了当代电子及通讯技术的新成果本。产

品已批量广泛的投入生产使用，深得用户好评，采用全数字化的控

制技术，参数设定方便直观，技术先性能优良，性价比好。

参考文献：

图 LCD面板及按键图

WLSTC LCD面板及按键的主要功能有：

（1）产生12个触发脉冲，触发脉冲容量：≤1000A单向可控硅

[1] 电力电子器件及应用技术 刘艺柱著 电子工业工业出版社

[2]微型计算机控制技术（第4版） 杨根科 谢剑英著 国防工业出版社

[3]电磁学第2版 叶邦角著 中国科技大学出版社

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