探討PLC在電氣控制方面的應(yīng)用

王曉明

【摘 要】本文對PLC進(jìn)行了簡要介紹，并分析了PLC的技術(shù)特點(diǎn)以及應(yīng)用中的注意事項，最后探討了PLC系統(tǒng)在工業(yè)電氣控制方面的實(shí)際應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】PLC；技術(shù)；控制；應(yīng)用

0.PLC概述

可編程控制器（Programmable Logic Controller，即PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算和操作的控制裝置，它是代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器發(fā)展起來的，集計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)為一體的電子系統(tǒng)。PLC 的開發(fā)是為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)環(huán)境下單臺設(shè)備控制到整個工廠流程的自動化，其特點(diǎn)是體積小、編程簡單、組裝靈活、抗干擾能力高、可靠性強(qiáng)。隨著硬件、軟件設(shè)計和開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步，PLC 的編程過程變簡單了，功能和系統(tǒng)的開放性卻大大增強(qiáng)?，F(xiàn)在，PLC 廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、造紙、化工、輕工、電力、冶金等領(lǐng)域，是現(xiàn)代工業(yè)控制的支柱之一，大大推進(jìn)了機(jī)電一體化進(jìn)程發(fā)展。

PLC實(shí)質(zhì)上是一種專門用于工業(yè)控制的計算機(jī)，它的硬件結(jié)構(gòu)與微型計算機(jī)基本上是一樣的，其組成構(gòu)件有：（1）電源：PLC的電源為整個系統(tǒng)提供工作電源，保證PLC各模塊的集成電路能夠正常工作，它在整個系統(tǒng)中有著非常重要的作用。（2）中央處理單元（CPU）：CPU是PLC的控制中樞和核心部分，每套PLC至少有一個CPU，其主要工作是進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制，起到協(xié)調(diào)工作的重要作用。（3）存儲器：存儲器可分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，主要是用來存放系統(tǒng)的監(jiān)控程序、用戶程序、邏輯變量以及其他相關(guān)信息。（4）輸入輸出接口電路（I/O模塊）：I/O模塊是PLC與現(xiàn)場設(shè)備輸入輸出的接口電路連接通道。在工作時，可以按照I/O的點(diǎn)數(shù)來確定模塊的規(guī)格及數(shù)量，但其最大數(shù)仍受限于PLC系統(tǒng)底板或機(jī)架的槽數(shù)。

1.PLC技術(shù)的特點(diǎn)

1.1配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)：PLC發(fā)展到今天，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制，CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。

1.2系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造：PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造周期大為縮短，同時維護(hù)變得容易起來。更重要的是可以使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程。

1.3體積小，重量輕，能耗低：以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。

2.PLC應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的控制裝置，通常不需要采取什么措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但是，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣時，就不能保證plc的正常運(yùn)行，因此在使用中應(yīng)注意以下環(huán)境問題。

2.1溫度：PLC要求環(huán)境溫度在0-55℃，安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大，基本單元和擴(kuò)展單元之間要有30mm以上間隔；開關(guān)柜上、下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗，防止太陽光直接照射；如果周圍環(huán)境超過55℃，要安裝電風(fēng)扇強(qiáng)迫通風(fēng)。

2.2濕度：為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應(yīng)小于85%（無凝露）。

2.3震動：應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動源，防止振動頻率為10-55hz的頻繁或連續(xù)振動。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。

2.4空氣：避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。

3.PLC在電氣控制方面的應(yīng)用

以前的機(jī)床的電控很多都是采用繼電器控制，這樣就導(dǎo)致設(shè)備相對獨(dú)立性很差，接線復(fù)雜且控制不及時，如果長期使用繼電器控制也大大降低了設(shè)備的可靠性，造成控制故障。這時，就急需一種抗干擾強(qiáng)的且編程不復(fù)雜的控制系統(tǒng)，PLC揚(yáng)長避短，不但可對數(shù)控機(jī)床的進(jìn)刀、退刀、加工等加工工序及電機(jī)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行步進(jìn)控制，這樣就大大的提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性。

3.1控制系統(tǒng)總體方案。

隨著可編程序控制器（PLC）技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了可以由數(shù)控機(jī)床中的可編程序控制器來完成各項復(fù)雜的任務(wù)，如控制開關(guān)、壓力開關(guān)、繼電器、行程開關(guān)、接觸器和電磁閥等輸出元件控制，它是由輸人部分，邏輯部分和輸出部分組成，其中，輸入部分收集并保存被控制部分實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)，邏輯部分處理輸入部分則是所取得的信息，其中輸出部分提供正在被控制的許多裝置中，哪幾個設(shè)備需要實(shí)時操作處理。整個的控制系統(tǒng)一共是由CNC計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)和強(qiáng)電柜兩部分組成，而其中CNC計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是一專用的數(shù)控裝置，它是由輸入 /輸出接口、CNC系統(tǒng)、驅(qū)動單元組成，是控制系統(tǒng)執(zhí)行加工的核心，另一個強(qiáng)電柜則是由動力電路控制電路和可編程控制器PLC組成。

3.2基于P LC的數(shù)控機(jī)床電氣控制方式的選擇

數(shù)控機(jī)床電氣控制方式的好壞，直接決定了控制系統(tǒng)的成敗。所以要控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)加工的高速高精度，系統(tǒng)的性能是起到至關(guān)重要的作用的?？刂七^程大體是，首先要依據(jù)預(yù)定要求和所要求的控制精度、被控對象的特征等限制進(jìn)行了綜合考慮，然后充分考慮系統(tǒng)的性能，價格比等因素，確定X、Y軸采用PC機(jī)。采用此種方式不但，PC機(jī)發(fā)揮了強(qiáng)大的文件處理功能、高速的數(shù)據(jù)處理功能，同時運(yùn)動控制器則也體現(xiàn)了他的高的可靠性、高速性、高精度等優(yōu)點(diǎn)，而光柵尺則為系統(tǒng)提供了高達(dá)1μm的精度。這樣每一部分都起到了重要作用。

3.3 PLC 在組合機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

組合機(jī)床是針對某些特定工件，按特定工序進(jìn)行批量加工的組合設(shè)備，該類設(shè)備的生產(chǎn)效率一般都非常高，同時機(jī)床結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，所以要求電氣設(shè)計得非常穩(wěn)定可靠。這其中利用PLC實(shí)現(xiàn)對組合機(jī)床的自動控制，無疑是今后的發(fā)展方向。

組合機(jī)床結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，要求可靠性高。根據(jù)機(jī)床設(shè)計要求一般在粗鏜II主軸上采用了雙速交流電機(jī)，以滿足加工端面的需要；而在各動力頭與回轉(zhuǎn)工作臺之間還需要增加互鎖電路，確保在機(jī)床加工時工作臺是鎖緊狀態(tài)；在精鏜I和精鏜II的動力頭上則是裝有液壓平旋盤，實(shí)現(xiàn)能夠同時對工件進(jìn)行鏜孔及端面的精加工。因此該機(jī)床的電路設(shè)計比較復(fù)雜，需要的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)比較多。一般，我們采用歐姆龍CPM2AE-60CDR型PLC作為機(jī)床的控制系統(tǒng)，這個控制器共有60個I/O點(diǎn)，其中36點(diǎn)輸入，24點(diǎn)輸出，此系統(tǒng)一般完全能夠滿足該機(jī)床的設(shè)計要求。

3.4數(shù)控機(jī)床的功能分析

這里介紹的是一拖四的機(jī)床，一共有X、Y軸和四個Z軸上的伺服電機(jī)，來進(jìn)行定位；X、Y、Z軸可以聯(lián)動，四個Z軸（下轉(zhuǎn)第101頁）（上接第110頁）不但可以同時運(yùn)動，也可以分開運(yùn)動。此機(jī)床為了提高加工精度，工作臺的X、Y軸運(yùn)動，利用光柵尺實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，對工作臺進(jìn)行精確定位。X、Y軸則要進(jìn)行兩側(cè)硬限位和軟限位雙重保護(hù)，以對Z軸下側(cè)進(jìn)行軟硬限位。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工，此系統(tǒng)具有高速的上下位機(jī)通訊功能，其中上位機(jī)可以隨時對下位機(jī)進(jìn)行控制，下位機(jī)也可以把各種信息傳到上位機(jī)，2者相互作用。上位機(jī)是一臺PC機(jī)（工控機(jī)），它主要負(fù)責(zé)從加工文件中讀取需要數(shù)控機(jī)床加工流程中的鉆孔的孔位和孔徑信息，以及為用戶提供友好的界面來設(shè)定加工參數(shù)，最后通過TCP/IP協(xié)議，把獲得的數(shù)據(jù)傳到運(yùn)動控制器。該機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速最多高達(dá)16萬r/min，實(shí)現(xiàn)了加工的高效率，并有冷卻水泵對電機(jī)進(jìn)行冷卻，檢測電機(jī)溫度，實(shí)施實(shí)時保護(hù)。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]魏雪松.淺談工業(yè)自動化控制中PLC 的應(yīng)用[J].民營科技，2008（12）.