電氣控制中可編程控制器(PLC)的應(yīng)用研究

廣東省電子職業(yè)技術(shù)學(xué)校 關(guān)智泳

隨著自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電氣控制領(lǐng)域在機(jī)械制造等行業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。對于電氣控制領(lǐng)域來說，提高工作效率的有效途徑就是應(yīng)用PLC技術(shù)，對系統(tǒng)功能采用計(jì)算機(jī)軟硬件的功能加以完善。這是一項(xiàng)具有現(xiàn)代科技特征的新型技術(shù)，能夠?yàn)槠髽I(yè)先開自動(dòng)化控制掀開嶄新的一面。

1.PLC技術(shù)分析

PLC技術(shù)是借助可編程的存儲(chǔ)器、數(shù)字輸入輸出接口，達(dá)到機(jī)械控制以及數(shù)字運(yùn)算等的目的。通過將自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，將電氣裝置的效率進(jìn)行大幅度的提升，PLC技術(shù)的主要組成部分，包括了存儲(chǔ)器、外部設(shè)備編程器、數(shù)據(jù)傳輸接口、中央處理器等。

PLC可編程控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制具有獨(dú)特的優(yōu)勢。例如使用和操作方便，由于PLC自動(dòng)化控制程序器是由人來通過程序代碼進(jìn)行踩空，因此，具有高級技術(shù)和編程能力的人員，可以對光學(xué)、電學(xué)的問題加以分析，然后通過PLC編程器對機(jī)器下達(dá)指令，這一工作原理相對來說非常簡單，能夠投入較少的人力物力，實(shí)現(xiàn)更大的效益[1]。第二，PLC自動(dòng)化控制器的維護(hù)相對簡單，與傳統(tǒng)的控制程序比較，PLC由各種線路采用邏輯控制技術(shù)加以鏈接，占用的額空間較小，后期維護(hù)不需要太多的人力物力。同時(shí)根據(jù)自動(dòng)化控制的需要，不同的程序代碼能夠適應(yīng)不同的工作要求和環(huán)境，機(jī)器會(huì)主動(dòng)地給與操縱人員以提示，故障的根源會(huì)自動(dòng)顯示出來，節(jié)省了很多查找故障的時(shí)間。第三，PLC技術(shù)具有很好的自我保護(hù)能力，對于外界的抗擾能力較強(qiáng)?，F(xiàn)代集成電路組成的PLC自動(dòng)化控制器，在程序編寫的時(shí)候就加入了抗干擾程序，能夠?qū)?fù)雜的環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)。

2.PLC自動(dòng)化控制應(yīng)用

以礦用掘進(jìn)機(jī)采用PLC控制電路的方式進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，該自動(dòng)控制系統(tǒng)以PLC控制為核心，包含了現(xiàn)場檢測、遠(yuǎn)程監(jiān)控、工業(yè)電視系統(tǒng)等自動(dòng)化流程。系統(tǒng)采用分布式應(yīng)用，使用用戶截面對組態(tài)的軟件等部分進(jìn)行操作和控制?？刂葡到y(tǒng)和管理系統(tǒng)形成了一個(gè)整體，完成了控制和管理的以太網(wǎng)的通信。控制網(wǎng)采用的數(shù)據(jù)采集、控制、傳送、操作、監(jiān)視、管理等功能。

在進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)的PLC控制電路的設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)原有的高速電機(jī)、風(fēng)機(jī)有漏電現(xiàn)象，因此首先進(jìn)行了漏電檢測，在電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)的時(shí)候，注意了高速和低速電機(jī)互鎖的環(huán)節(jié)，將電路中的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的啟動(dòng)和停止進(jìn)行了設(shè)計(jì)，同時(shí)還進(jìn)行了電機(jī)出現(xiàn)過熱、斷相等故障時(shí)的及時(shí)保護(hù)功能以及在顯示屏上顯示故障畫面的功能。

掘進(jìn)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括了PLC控制的變電所、PLC遠(yuǎn)程變頻控制站、PLC遠(yuǎn)程高桿燈、堆取料機(jī)等。系統(tǒng)采用生產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)處理、輸出模式等，將網(wǎng)絡(luò)工作站、打印機(jī)等都納入到中控室[4]。掘進(jìn)設(shè)備中包括了電機(jī)、風(fēng)機(jī)等，應(yīng)用PLC的自動(dòng)化控制技術(shù)，主要構(gòu)成包括了電控系統(tǒng)、繼電器、基礎(chǔ)其等。通過對現(xiàn)場設(shè)備的控制，機(jī)械設(shè)備中各個(gè)類型的開關(guān)和電動(dòng)機(jī)、電磁閥等得到了很好的組合，形成了受控的機(jī)械設(shè)備電器的實(shí)時(shí)組合。

掘進(jìn)機(jī)采用的PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)示意圖

3.PLC可編程控制器設(shè)計(jì)中存在的問題

PLC自動(dòng)化控制是進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的控制，因此，可能出現(xiàn)由于線路的問題導(dǎo)致信息不能及時(shí)地得到傳遞，或者傳遞不到位就中斷的情況，這一技術(shù)問題導(dǎo)致的直接后果就是控制的力度降低，不能提供精確的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生錯(cuò)誤的指令。

由于施工現(xiàn)場的環(huán)境較為復(fù)雜，干擾因素較多，因此，現(xiàn)場進(jìn)行全面控制的難度較大，如果PLC控制的指令或者數(shù)據(jù)信息是錯(cuò)誤的，就會(huì)影響到整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行。

在自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的額過程中，難免會(huì)出現(xiàn)線路的接口不穩(wěn)定的情況，一旦發(fā)生接點(diǎn)不牢靠，就可能導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)處在癱瘓的境況，影響數(shù)據(jù)的控制和處理力度[3]。

4.電氣控制裝置中PLC技術(shù)應(yīng)用

4.1 PLC外圍線路由現(xiàn)場輸入信號（如按鈕開關(guān)、選擇開關(guān)、接近開關(guān)及一些傳感器輸出的開關(guān)量、繼電器輸出觸點(diǎn)或模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的模擬量等）和現(xiàn)場輸出信號（電磁閥、繼電器、接觸器、電機(jī)等），以及導(dǎo)線和接線端子等組成。接線松動(dòng)、元器件損壞、機(jī)械故障、干擾等均可引起電路故障。所以，PLC維修時(shí)排查要仔細(xì)，替換的元器件要選用性能可靠安全系數(shù)高的優(yōu)質(zhì)器件。一些功能強(qiáng)大的控制系統(tǒng)采用故障代碼表表示故障，對故障的分析排除帶來極大便利，借助的維修工具除了萬用表有時(shí)還要用到示波器甚至計(jì)算機(jī)，這就要求PLC維修人員具有較高的專業(yè)技能，并且有一定的外語和計(jì)算機(jī)功底，只有對整個(gè)系統(tǒng)了解和熟悉后才能對常見的故障做到判斷迅速、排除迅速，并盡可能地降低維修費(fèi)用，確保系統(tǒng)的正常穩(wěn)定。

4.2 PLC現(xiàn)場運(yùn)行，常用到的PLC技術(shù)包括了現(xiàn)場總線型控制系統(tǒng)以及及集散型控制系統(tǒng)等。前者是運(yùn)用FCS系統(tǒng)以及PLC技術(shù)結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)電氣控制智能化操作。這種科學(xué)的科學(xué)技術(shù)手段，具有良好的適應(yīng)性、雙向性的特點(diǎn)，能夠?qū)Ρ姸嗤ㄐ啪W(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字的通信，營造良好的網(wǎng)絡(luò)工作環(huán)境。后者是DCS系統(tǒng)和PLC技術(shù)結(jié)合運(yùn)用的系統(tǒng)，通過對電氣裝置進(jìn)行集中式管理，有效地對電氣裝置進(jìn)行危險(xiǎn)的分離和有效的監(jiān)督。系統(tǒng)均需要在安全性和穩(wěn)定性的環(huán)境運(yùn)行，因此做好現(xiàn)場管理和生產(chǎn)的安全管理十分重要。

4.3 在自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，為了防止出現(xiàn)線路的接口不穩(wěn)定的情況，必須要完成下列步驟。首先在設(shè)計(jì)階段，對PLC技術(shù)的類型加以明確。保證PLC技術(shù)的電氣控制裝置中的應(yīng)用效果，首先要了解系統(tǒng)所要服務(wù)的電氣控制裝置的情況，然后，通過對系統(tǒng)的功能等的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)操作簡單，靈活控制的目標(biāo)。設(shè)置好PLC技術(shù)應(yīng)用的行時(shí)候，分析系統(tǒng)的復(fù)雜程度，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行具體的分析，保證PLC技術(shù)的應(yīng)用效果能夠達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行的要求。

在進(jìn)行PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的過程中，對電氣控制裝置的原理圖進(jìn)行分析，將設(shè)計(jì)思路體現(xiàn)在原理圖上，并在圖紙上加以標(biāo)注。設(shè)計(jì)人員可以隨時(shí)經(jīng)過細(xì)致的分析之后調(diào)整原理圖上不符合技術(shù)要求的部分，包括控制電路、保護(hù)裝置、主電路的關(guān)鍵環(huán)節(jié)等。

進(jìn)行PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須明確系統(tǒng)的完整性和合理性是經(jīng)過充分考慮的。將系統(tǒng)運(yùn)行中技術(shù)的而應(yīng)用，充分體現(xiàn)在過程控制、生產(chǎn)監(jiān)控、順序和位置等的控制上，將PLC處理器核心的通信和設(shè)備的控制等問題加以實(shí)現(xiàn)，保證PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠與系統(tǒng)的功能加以適應(yīng)。做好網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工作，保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)電氣控制裝置的自動(dòng)化功能。分析電氣裝置所在的環(huán)境，做好各級子網(wǎng)的配置工作。

以PLC控制系統(tǒng)改造機(jī)床的步驟為例，第一是將控制系統(tǒng)啟動(dòng)后，在主電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)之后，操作繼電器，等待延遲時(shí)間達(dá)到，運(yùn)轉(zhuǎn)液壓泵電動(dòng)機(jī)，然后接通主軸運(yùn)轉(zhuǎn)中的電磁閥，操作電磁閥主軸反轉(zhuǎn)，這時(shí)刀架電機(jī)快速運(yùn)轉(zhuǎn)，所有的控制回路停止動(dòng)作。根據(jù)對控制對象的分析，進(jìn)行PLC軟硬件的配置，選用編程軟件。在進(jìn)行程序編寫的過程中，對PLC系統(tǒng)進(jìn)行信號的分配，得到相對應(yīng)的信號名稱，用計(jì)算機(jī)編制程序圖形，融入邏輯指令和圖形化變成語言，根據(jù)編制出來的邏輯指令和語句表，完成完整電路的設(shè)計(jì)工作[4]。

5.結(jié)語

隨著自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣控制領(lǐng)域運(yùn)用到PLC可編程控制器進(jìn)行技軟件設(shè)計(jì)和實(shí)施將得到更廣泛的應(yīng)用。通過技術(shù)的應(yīng)用，PLC技術(shù)的原理和技術(shù)類型將得到更加深入的研究，保證原理圖的應(yīng)用價(jià)值，做好主電路、控制電路、保護(hù)裝置中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用工作。

[1]李京,徐滕崗,朱建軍等.基于PLC的紙板自動(dòng)折盒機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,42(5):738-744.

[2]王廣海,呂恩利,陸華忠等.基于 PLC 的多廂體氣調(diào)試驗(yàn)平臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,(5):389-392.

[3]馮汛,倪紅軍,石健等.PLC的應(yīng)用發(fā)展與前景[J].機(jī)床與液壓,2016,(2):203-206.

[4]蔣曦陽.基于PLC與DDC的電梯監(jiān)控系統(tǒng)[J].中國設(shè)備工程,2017,(16):63-64.