摘要：随着PLC技术的进步，从最初的用于开关量的逻辑控制，到用于模拟量及数字量的控制，再到现在用于通信、联网、跨地域的群控与管理，PLC在机电设备控制中的应用越来越广泛。本文阐述了以PLC为基础，对机电设备电气控制的动作进行监测，并进行信号采集，结合上位机进行运算、存储与显示的装置，以此验证机电设备电气控制的可靠性。
关键词：PLC；机电设备；电气控制；可靠性检测；装置设计
前言
对于电气设备而言，基于PLC的控制系统由于其在准确性、可靠性以及自适应性上优势明显，正逐步取代原有的完全基于继电器等硬件设备的电气控制系统。
1电气自动化控制设备可靠性的检测方法
1.1现场测试法
在不干预电气自动化控制设备的工作情况和不影响机械本身的条件下，对电气自动化控制设备进行运行现场的数据检测，通过对测试结果的比对、计算和分析对其可靠性进行说明的检测方法称为现场测试法。由于在这种测试方法多在机械实际运行的现实情况下进行，故该测试方法所测得的数据更具精确度和可靠性高，分析结果也能较为直观地说明机械的运行状态。此外，现场测试法所涉及的测试设备和被测设备数目少，检测程序简单，在保障检测结果的准确度之余，还能够节约试验成本。
1.2实验室测试法
研究人员可在实验室中模拟设备的实际工作情况，还可以通过改变环境参数来模拟不同环境下的设备运行情况。通过对测量数据进行计算和分析，对可靠性做出结论。与现场测试法相比，实验室测试法可以通过对多种不同工作环境的模拟，获得多组数据进行分析，因此更能说明设备在各种可能情况下的表现，更具有全面性。但在实验室中进行测试，即便通过相关设备尽可能地将实验条件与实际工作环境相靠近，但仍然无法做到完全一致，因此，实验室测试法所得到的数据和结果可能会有一定的误差。另外，这种测试法需要大量的被测设备样本，因此试验成本较高。
1.3 保证测试法
在没有从厂家运出设备前，试验分析产品的故障即为保证测试技术。可以说电气自动化控制装置都是有多个零部件所组成的。保证试验出厂前的设备，本质上是检测产品可能出现的过早损坏问题，然而起到修复故障产品的目的，尽量将产品的失效率降到最低。这种测试方法在应用时，所花费的时间较多，在大规模以及大量的产品实验中不适合应用这种方法，然而比较适合在大系统以及少量的产品可靠性试验中应用。电气自动化控制设备大多结构复杂，涉及到许多零部件的组装和运行，而各个部件都有出现损坏的可能性，这就使得电气自动控制设备的故障存在不确定性和随机性，解决此类故障时需要排查设备中的大量零部件，程序繁琐，内容复杂。因此，一些电气设备生产厂家会进行保证测试法对设备的可靠性进行检验。
2正确选择控制设备可靠性测试的方法
2.1选择场地
对可靠性指标的要求不同，对应的要对不同试验场地进行选择，例如检测装置正常运行下的稳定性指标，而且对较为典型的试验场地进行选择，如果需要在一些特定的范围内划出需要检测的可靠性水平，应该对试验场地最为艰苦的区域进行选择，为了对设备数据进行更加可靠、真实的了解，这样就需要选择相同试验条件或者相似条件下的场地进行试验。
2.2科学的选择试验产品
可以说，试验产品的种类是多种多样的，因此要选择较为典型的，其中，煤矿电气控制设备、纺织机电控设备、造纸机电控设备等是主要的设备类型。
3 PLC的结构和组成
3.1CPU模块
CPU模块是由处理器和存储器两部分组成，决定着整个电气设备控制系统的功能和运算速度。它通过不断地采集输入信号，然后执行用户预先编制的程序，刷新系统的输出。
3.2信号模块
信号模块是联系外部设备和CPU模块的桥梁，包括开关量的输入（DigitalInput）和输出（DigitalOutput）、模拟量的输入（AnalogyInput）和输出（AnalogyOutput）。信号模块除信号传递的功能以外还起到电平转换和隔离的作用。
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3.3电源模块
电源模块（PowerStation）将外部输入的AC220V电源和DC24V电压转换为稳定的DC24V和DC5V电压供其他模块和负载使用
3.4通信处理器
通信处理器用于PLC之间、PLC与远程输入/输出设备和计算机之间的通信。将S7-300接入各种通信设备可以实现点对点的通信。
3.5接口模块
当中央处理器无法实现现场要求的全部功能时，可以通过增加机架来扩展，接口模块就是用来实现中央处理器和扩展机架之间的通信的。
3.6功能模块
当工程环境对实时性和存储量有较高的要求时，比如在高速计数、位置精度控制、闭环控制时，需要增强PLC功能，减轻CPU的运算负担，则需要加装不同的功能模块。
4基于PLC的工厂电气设备自动化控制系统
如今典型的工厂电气自动化设备控制系统大都是以PLC为核心组建而成，一般包括执行器-传感器层、现场设备层、车间监控层和工厂管理层四个部分。
4.1执行器-传感器层
执行器-传感器层是整个控制系统的基础层，主要安装在工厂生产的第一线，采集现场的工作状态、位置信息等，并生成传感器信号传输到车间监控层，同时通过执行器执行上一级传来的控制信号。
4.2现场设备层
现场设备层将现场设备有机连接在一起，实现输入/输出设备、传感器、驱动器、执行元件、开关设备的联锁控制。现场设备层的传输数据量较小，响应时间在10～100ms之间，主站的PLC负责总线的通信管理和从站的通信管理。
4.3车间监控层
车间监控层使用PROFIBUS或工业以太网将PLC、PC、HMI、车间主生产设备、监控车间级设备连接在一起。该层对数据的传输速率要求不高，响应时间为0.1～1s。
4.4工厂管理层
工厂管理层通过交换机、网桥或路由器等连接到厂区的主干网络，同时将数据集成并传输到工厂管理层，在实现保存过程值的过程中，实现数据的优化和分析。
5电气自动化控制设备可靠性测试注意事项
5.1对可靠性测试的环境温度进行精准控制
电气自动化控制设备在实际运行过程中，本身会产生一定的热量，功率越大的电气自动化控制设备所产生的热能也就越多。对电气自动化控制设备进行可靠性测试时，如其环境温度较高，就会影响电气自动化控制设备的散热情况，其可靠性测试结果也会受到影响。
5.2合理选择电气自动化控制设备
为了保障电气自动化控制设备的测试具有典型性与代表性，就需要对待测电气自动化控制设备进行合理选择，如连续运行设备与简短运行设备，大型、中型与小型设备等。
5.3后期养护设备的寿命
设备的寿命长短在很大程度上是受到维护保养的影响。在实际生产运行中，电气设备都会产生比较大的热能，一旦这些热能没有及时有效的排放出来，那么很容易迫使一些部件受到不同程序的影响，尤其是电子管与晶体管这些相对比较敏感的部件。因此，机械使用人员要时刻注意设备的散热问题以及维护保养。
6结束语
综上所述，当前电气自化控制设备的可靠性应用比较广泛，它的可靠性功能已得到了各个行业的广泛应用，所以，要不断加强设计和生产以及维修等几方面。科技的不断发展，电气自动化控制设备必将会更多的应用在人们的生活中。相关从业人员在进行设计时要充分考虑客户需求，采取先进的PLC技术，结合设备的实际工作环境和功能要求，在满足使用条件的前提下尽可能优化设备结构，为后期保养和维修提供便利。厂家在选材过程中，应选择有质量保障的元件，尽可能避免因元件不达标而造成设备故障。
参考文献：
[1]魏子涵（深圳光启高等理工研究院）.PLC在电气设备控制系统中的应用研究[J].机电信息,2017,(21):60-61.
论文作者:陈维军
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：设备论文; 可靠性论文; 测试论文; 控制设备论文; 电气自动化论文; 现场论文; 模块论文; 《当代电力文化》2019年第8期论文;