摘要：本文以船舶电力驱动系统为例，对电力驱动系统电气工程和自动化控制技术PLC的应用进行分析。希望通过本次分析，可以为自动化控制PLC技术在电力驱动系统中的应用与发展提供相应参考。
关键词：船舶；电力驱动系统；电气工程；自动化控制；PLC技术
随着电气工程的不断发展，电力驱动系统的应用与发展也越来越受到人们的重视，将自动化控制技术PLC应用到电力驱动系统中，将会使其在具体的工作中发挥出更加充分的优势，让电力驱动系统实现自动化的控制。同时，自动化控制技术PLC的应用也将会让电力系统的运行在安全性、稳定性和可靠性等方面实现进一步的提升，充分保障系统运行效率与运行质量。
一、PLC技术概述
在电力驱动电气工程的自动化控制过程中，PLC技术可以为其生产工作提供有力支撑，该技术主要是借助于编程储存器来进行工作。在PLC中，最核心的部分是CPU，CPU的性能将会对PLC自身性能起到直接的影响作用，CPU如果具有越高的处理效率，PLC也就会具有越高的运行速度。将PLC技术应用到电力驱动电气工程的自动化控制中，可以将电气工程控制中的各种内部程序进行有效储存，以此来为后续的运行和维修提供有力参考。由于普通电气设备并不具备足够高的智能化程度，所以将PLC技术应用到电力驱动系统中，可以让整个系统的运行实现自动化控制。同时，在具体应用中，PLC技术也可以提取CPU中的数据，并将其和预设值对比，以此来实现对电力驱动系统实时运行状态的判断，保障系统的稳定运行。
（一）PLC技术特点。PLC技术的特点：一，该技术可与其他辅助技术相结合，进而在自动化控制中发挥出更好的优势，让设备的操作及其运行状态实现自动化的控制。第二，在具体设计工作中，不需要进行复杂详细的程序设计，既减少了设计成本，又降低了人力资源消耗。第三，具有非常高的安全性和可靠性，在运行过程中，外界因素并不会对其产生较大影响，更不会使其停止工作。第四，维修方面十分简单便捷，在出现问题时可进行自我诊断和修复，以此来降低PLC故障的发生几率，满足该技术的长期连续使用需求。
（二）PLC技术优势。首先，PLC技术具备完善的硬件条件，且安装也十分简单便捷。其次，在PLC内部虽然存在很多的器件，但是在具体的程序编程过程中又十分便捷，且其程序指令的内容也十分丰富，可有效满足实际的自动化控制需求。再次，如果PLC在运行中出现了问题，它可以在自我修复之后对相应的问题程序做好记录，进而为后续的检查留下有利依据。另外，如果PLC在设备方面存在老化现象，在维修过程中，可重新对其内部的程序进行编写，然后将其和其他设备结合应用即可。
二、PLC在电气自动化领域中的作用
（一）增加电气设备的数据存储量。因为CPU是PLC的核心部分，所以在PLC自动化控制技术的具体应用过程中，我们可以将其看做是一个有着强逻辑控制能力的计算机控制系统。这个控制系统可以借助于相应的逻辑运算来进行程序编辑和团建存储。因此，将PLC自动化控制技术应用到电气自动化工程之后，可显著增加电气设备相关数据的存储量，将电气设备所有的运行数据都储存下来，为后续的设备检修和维护提供更加科学全面的参考依据。
（二）让电气设备实现智能化发展。在常规的电气自动化系统中，各个设备的智能化程度通常都比较低。但是随着PLC自动化控制技术在电气自动化系统中的应用，系统中的各个电气设备在操作方面皆可实现全过程的自动化、智能化控制。具体应用中，系统可以在CPU中进行相应数据的提取，然后将其和预设值作比较，通过这样的方式，就可以对电气自动化系统中各个设备的运行状态做出快速准确的判断。通过这样的方式，可以让电气自动化系统的智能化程度实现大幅度提升，为系统安全稳定运行的保障和故障的良好维修处理提供便利。
三、船舶电力驱动系统应用原理
在船舶中，电力驱动系统的主要组成部分包括电动机、电源、螺旋桨以及各种的控制与调节设备。电力驱动系统属于总电力系统的一个组成部分，在整个电力系统中，电源所提供的电能会借助于能量管理系统、控制柜、开关柜以及配电系统等传送到螺旋桨和电动机等位置，以此来达到船舶驱动效果。相比较传统的柴油驱动系统而言，电力驱动系统的优势主要包括以下几点：（1）在船舶电力驱动系统中，驱动电机和运转速度和母线电压频率之间具有耦合关系，所以在具体应用中，只需要对目前电网进行调节即可实现整个电动机传动效果的优化。（2）通过直流电力驱动系统的应用，让电压以及电流无功问题得以有效解决，进而实现了电能利用率以及功率密度的显著提升。（3）电力驱动系统的电机有着更好的静音性能，凭借这一优势，可进一步提升军舰以及潜艇等的隐身效果，以此来实现其侦查效果的进一步提升。 （4）相比较柴油驱动而言，电力驱动的结构形式更加简单，故障发生的几率也会低很多，这也就节约了驱动设备的制造和维修成本。
四、电气工程和自动化控制PLC在船舶电力驱动系统中的应用
（一）PLC在谐波控制模块设计中的应用。谐波属于正弦波分量，它有着一定的周期性，其频率为基波频率的整数倍，在电力驱动系统的运行过程中，高阶谐波将会为其带来极大的危害。首先，谐波电压和谐波电流可以使旋转设备出现附加功率的消耗，进而对电力驱动系统的正常工作效率造成不利影响，可导致驱动电机出现振动等问题，机械设备运转的均衡性也将受到不利影响，严重的情况下甚至会损坏机械设备。其次，谐波信号会加大电磁元件磁滞，进而形成涡流效应，这样的情况将会在金属导体内出现比较大的功率损耗和热量损失，让电气元件快速老化[3]。最后，在电力系统中负载不断变化的情况下，谐波信号将会使其传输网络中形成谐波，对电力驱动系统运行的安全性和稳定性造成严重的不利影响。在电力驱动系统中，谐波信号中的电压含有率可以通过以下公式进行计算：ψHR=Vn/V0×100%在以上公式中，谐波电压为Vn，基波电压为V0。在电力驱动系统中，谐波信号中的电流含有率可以通过以下公式进行计算：ψHR=In/I0×100%在以上公式中，谐波电流为In，基波电流为I0。在电力驱动系统中，谐波所产生的等效电压和等效电流可以通过以下的公式进行计算：∑U=(U)21+U22+...+U2N∑I=I21+I22+...+I2N在电力驱动系统谐振等问题中，主要的原因是由于谐波所导致的电力网络畸变。在具体的计算过程中，电压总畸变可以按照以下公式进行计算：λ=∑U/U0电流总畸变可以按照以下公式进行计算：ψ=∑I/I0为了让电力驱动系统受到的谐波信号影响得以有效降低，在本次的船舶谐波抑制模块设计中，主要采用了控制电路的方法。下图是本次谐波抑制模块的设计原理图：图1-本次谐波抑制模块的设计原理图
（二）PLC在变频调速控制器设计中的应用。在船舶电力驱动系统中，变频调速控制器是非常重要的一个组成部分，它的运行状况不仅会影响到电力驱动系统的速度调节与控制，也会影响到其功率控制。在变频调速器的运行过程中，其主要的原理就是对电源进行调制，使其转变成频率不同的交流电形式，以此来调节电动机运转速度。如果按照工作原理对变频调速控制器进行划分，我们可将其划分成两种形式，一种是电压调频形式，另一种是电流调频形式。在当今的船舶电力驱动系统中，PWM变频器的应用最为广泛，该变频器属于电流调频形式的变频器。在该变频器的工作过程中，首先可以在电力网络中实现交流电到直流电的转化，然后借助于调频等的方式对转化后的直流电进行处理，最后通过整理电路再一次实现从直流电到交流电的转换。在本次所研究的船舶电力驱动系统中，变频电路属于三相三电形式的平变频电力。
（三）PLC在系统信号检测和电路调理中的应用。在整个的船舶电力系统中，电力系统信号检测的主要目的是保障系统的安全稳定运行，避免系统故障。在本次所研究的PLC控制器中，主要应用的是由LEM公司所生产的AD-750型电流传感器以及电压传感器，并以此为基础进行了该船舶电力驱动系统电压信号和电流信号采集电路的设计，下图为本次信号采集电路的设计原理图：在该信号采集电路中，对电压信号和电流信号进行处理的芯片属于ISC024P型芯片，在信号输入端，其电压的幅值范围在1.2-10V之间，当ISC024P型芯片对相应的信号进行调理之后，再借助于总线回路将处理好的信号发送给控制芯片和PLC储存器，最终的信号分析和信号处理也就由此完成。
五、PLC自动控制技术在电力驱动系统电气工程中的应用策略
在电力驱动系统中，PLC自动化控制技术的应用研究不应该仅仅限定在PLC这一自动化控制技术的加强，同时也应该对整体系统集成化水平的提升做到足够重视，以此来实现PLC自动化控制技术和整个电力驱动系统之间的良好集成，这样才可以使其优势在电力驱动系统中得到更加充分的发挥。具体的应用过程中，可以通过集成度的提升和管理的强化来提升PLC自动化控制技术的应用效果。具体管理中，相关单位应该针对PLC自动化控制技术向所有的技术人员展开相应的教育培训工作，让每一名技术人员都可以对PLC自动化控制技术的原理及其应用方法等做到全面掌握，以此来全面提升技术人员的专业水平。
六、结束语
综上所述，将自动化控制技术PLC应用到船舶领域中的电力驱动系统中，不仅可以有效解决传统系统功率损耗严重、噪声大、运行不稳定等的诸多问题，也可以让系统实现良好的自动化控制目标，并进一步提升系统运行的安全性和可靠性。
参考文献：
[1]梁冠雄.电气自动控制中PLC技术的应用[J].数码设计（上）,2019,(9):201.
[2]张恩祝.PLC技术在电气工程自动化控制中的应用探究[J].电子制作,2020(1):59-60.
作者:胡敏 单位:陕西科技大学镐京学院
