PLC技術在機械電氣控制裝置中的應用

石寶德，張士偉

（1.長春市園林綠化管理局文化廣場綠化管理處，吉林 長春 130061：2.長春市第一汽鍛造廠，吉林 長春 130011）

1 機械電氣控制概述

（1）研究現(xiàn)狀。隨著計算機技術的發(fā)展，計算機控制技術也逐漸的運用到了工業(yè)當中，進而工業(yè)控制計算機應運而生，其技術、產(chǎn)品及應用都得到了極大地提升。90年代以后，自動化技術也面臨著第三次偉大的飛躍。前兩次的技術飛躍分別是以微電子技術為基礎的模擬信號主導的電子裝置和自動化儀表盤，和以計算機高速運算為主的I/O功能模板主導的大型控制系統(tǒng)等。而第三次飛躍則是以現(xiàn)場總線技術的興起與發(fā)展為標志，并以現(xiàn)代計算機、通信和控制技術合成為主導的控制系統(tǒng)。

在這些控制系統(tǒng)的發(fā)展過程中，可編程控制器（PLC）應運而生。起源于70年代，并成功在汽車工業(yè)中投入使用；到了90年代，隨著PLC的處理速度、運算和控制功能的不斷商品化，使其不斷地向電氣—儀表—計算機控制一體化前進。到如今，以PLC為基礎的PID回路控制正廣泛運用于產(chǎn)品的連續(xù)生產(chǎn)和批量生產(chǎn)的過程中。不僅如此，基于PLC技術的DCS控制系統(tǒng)也在不斷的得到廣泛應用。

（2）發(fā)展趨勢。PLC技術在FCS控制系統(tǒng)工作過程中，也在得到廣泛的應用。作為新一代的控制系統(tǒng)，它不僅僅突破了DCS的專用通信網(wǎng)絡限制，另外，將其調(diào)整為行星的全分布式結構，將控制功能完全安排到現(xiàn)場。因此可以說，控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要以開放化、分散化和數(shù)字化為顯著特征。同時作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡的基礎，它能夠溝通生產(chǎn)現(xiàn)場和控制設備的聯(lián)系。在未來，基于PLC技術的控制系統(tǒng)將不僅僅是一個基層系統(tǒng)，更是一種開放式、新型全分布式的控制系統(tǒng)；同時以智能傳感、控制、計算機、數(shù)字通訊等為主要內(nèi)容的綜合性的技術。它將成為自動化技術發(fā)展的熱點和前沿技術，在自動化系統(tǒng)結構上和設備中都得到長遠的發(fā)展。

2 控制技術類型

到目前為止，基于PLC技術作用在產(chǎn)品的生產(chǎn)和應用中，以集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）為主要控制系統(tǒng)形式。

（1）集散型控制系統(tǒng)DCS。DCS控制系統(tǒng)主要指控制危險性分散、管理和顯示集中。它通過計算機技術、控制技術和通訊技術等，利用一些特定網(wǎng)絡將生產(chǎn)部門包括現(xiàn)場控制站、監(jiān)測站等連接起來，并完成了分散控制集中操作管理的綜合控制系統(tǒng)。DCS主要由控制部分、顯示部分和通信總線組成，其中，通信總線將控制部分和顯示部分連接起來形成一個完整的控制系統(tǒng)整體。它的設計是以“危險分散、信息集中”為初衷，現(xiàn)代DCS控制系統(tǒng)是將信息高度集中化，同時將用戶對生產(chǎn)全過程的管理調(diào)度進行優(yōu)化。

（2）現(xiàn)場總線型控制系統(tǒng)FCS。FCS控制系統(tǒng)主要指將智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)中的包括數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結構連接起來的通信網(wǎng)絡，能夠進行支持雙向、多節(jié)點和總線式的全數(shù)字通訊。它由最底層的infranet控制網(wǎng)、各控制節(jié)點和現(xiàn)場環(huán)境等幾部分組成，并構成了一個完整的。徹底的分布式控制體系結構，如今已成為了工業(yè)自動化領域廣為關注的焦點和熱點。

（3）類型確定。基于PLC技術為主導的控制系統(tǒng)要從多個方面進行論證的對比，而控制系統(tǒng)類型的對比是一切的基礎。FCS是在DCS基礎之上發(fā)展起來的，它代表著潮流與發(fā)展方向，盡管不如DCS成熟，但是其占據(jù)著成本低廉、結構簡單、控制功能分散、靈活可靠等優(yōu)勢，同時具有互操作性，可以說，F(xiàn)CS必將替代DCS。

3 一種電氣控制裝置設計

（1）原理圖。根據(jù)控制系統(tǒng)結構和規(guī)模等方面的不同，有各式各樣的結構原理圖，在設計初期，要對其進行辨認好解讀。首先要認清電路中的用電設備，包括電動機、電氣設備等；認清主電路的控制電器和保護電器；還要根據(jù)需要對電源進行檢查。原理圖主要有分析主電路；分析控制電路；分析信號；分析連鎖和保護環(huán)節(jié)等幾個要點。在設計過程中，要不斷的進行思考和總結。

（2）PLC系統(tǒng)設計與選擇。現(xiàn)以一種袋裝貨物分包器為例進行基于PLC技術的控制系統(tǒng)設計。主要分為攔包機、導料擺板、氣動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等幾部分組成。其功能主要為：在分料皮帶上安置多組光電感應器識別進包情況；并由PLC對進包距離進行時間換算；在操作臺上利用軟件實現(xiàn)開關控制，還能夠設定一次進包數(shù)目；出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象時候可自動斷電，能夠起到自我保護作用。因此，對I/O點數(shù)可控制在輸入24，輸出16，共40點，宜選取60為好。在PLC選型上可選擇日本OMRON小型PLC；隨之進行相應程序和回路設計。

（3）通信網(wǎng)絡設計。PLC通信網(wǎng)絡在控制系統(tǒng)設計過程中，必不可少，它包含通信網(wǎng)絡和控制網(wǎng)絡兩種，共同完成控制任務。在各級子網(wǎng)配置過程中，可采用3—4級構成；在高層子網(wǎng)配置通用協(xié)議；在底層或中層子網(wǎng)采用公司專用協(xié)議。并采取主從總線1：N通信方式。在通信系統(tǒng)的選取中，主要以PLCRS422總線上位連接系統(tǒng)為主。最后設定通信程序設計和人機界面監(jiān)控程序設計。

（4）接地設計。在這里，接地設計主要為了提高抗干擾能力和安全系數(shù)。但是電路和系統(tǒng)的任意接地，反而會導致工作的不穩(wěn)定，對此，要進行嚴格的討論和思考。此控制系統(tǒng)裝置中，由于是集中—分散式的控制系統(tǒng)，將控制電路板OA與OD進行直接短接，可有效地進行機體的阻抗，同時降低了振動對機器的影響。

4 結語

通過上述的列舉、分析與設計，將一種基于PLC的分包機控制系統(tǒng)設計出來，在正常運營的過程中，安全穩(wěn)定性能良好；工作效率也有了明顯的提升；節(jié)省了大量的人力和財力；失敗率在允許的范圍內(nèi)。通過這一實例的解說，說明了PLC技術在控制系統(tǒng)中的應用范圍與前景都十分的寬廣。

[1]田宇.PLC遠程監(jiān)控運輸機械電氣控制系統(tǒng)[D].武漢：武漢理工大學，2002.

[2]馬洪波.淺談如何看懂生產(chǎn)機械電氣控制原理圖[J].科技傳播，2011，（3）.