機(jī)電控制技術(shù)及運(yùn)用分析

郭惠聰

摘要：本文大概闡述PLC控制的基本應(yīng)用情況與特點(diǎn)等。重點(diǎn)討論在機(jī)電控制方面的運(yùn)用，以電梯機(jī)電系統(tǒng)控制為例，分別討論P(yáng)LC系統(tǒng)軟硬件方面的有關(guān)內(nèi)容。通過(guò)分析PLC技術(shù)的現(xiàn)實(shí)運(yùn)用，再度強(qiáng)調(diào)此類(lèi)技術(shù)在機(jī)電控制的作用。以供討論。

關(guān)鍵詞：機(jī)電控制;PLC;提升機(jī)

引言

近些年，各領(lǐng)域的機(jī)電裝置及系統(tǒng)，均表現(xiàn)出較佳的自動(dòng)化程度，使得大量工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，解放勞動(dòng)力，提升作業(yè)的安全性與效率。基于此，對(duì)機(jī)電設(shè)備的控制方式，也從原本的傳統(tǒng)控制方式，發(fā)展成更具效益的PLC系統(tǒng)。下文以PLC為主要內(nèi)容，分析現(xiàn)代機(jī)電控制技術(shù)。

一、PLC控制技術(shù)

（一）PLC特點(diǎn)

PLC屬于一項(xiàng)投入到工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)化控制的計(jì)算機(jī)，本質(zhì)上是一種計(jì)算機(jī)的控制技術(shù)。其和常規(guī)的微機(jī)類(lèi)似，將CPU當(dāng)成處理器，以完成運(yùn)算及信息保存。PLC的運(yùn)行特點(diǎn)，可歸納為：

一是穩(wěn)定可靠，PLC不必運(yùn)用過(guò)多的各類(lèi)元件，實(shí)際接線(xiàn)并不多，并且運(yùn)維難度低，修理的時(shí)長(zhǎng)較短。同時(shí)，在PLC中擁有極為可靠的模式，比如冗余設(shè)計(jì)，切實(shí)提升運(yùn)行的可靠性。PLC編程及操作等均極為簡(jiǎn)單，通常不會(huì)出現(xiàn)操作失誤的情況。硬件配置上，運(yùn)用高穩(wěn)定性的舉措，比如斷電保護(hù)、屏蔽干擾等。軟件上則借助濾波及自身段等，保障基本的穩(wěn)定性。

二是易操作，具體體現(xiàn)在：首先，PLC操作涉及到程序輸入及更改，而大部分編程器均能支持輸入及更改，同時(shí)還能顯示出相應(yīng)資料，在規(guī)模較大的PLC中，還配備CBT屏幕。其次，編程便利，支持應(yīng)用不同的設(shè)計(jì)語(yǔ)言。按照電氣技術(shù)員的角度來(lái)講，因?yàn)樘菪螆D和電氣的原理圖比較類(lèi)似，所以其對(duì)此感到的理解難度較低。最后，便于維修，PLC帶有自診斷的性能，使得對(duì)于實(shí)際的后續(xù)運(yùn)維技術(shù)員自身能力，有相對(duì)較低的標(biāo)準(zhǔn)。在系統(tǒng)出現(xiàn)異常后，能由軟硬件實(shí)行自診斷，迅速鎖定異常位置，方便維修。

三是靈活，具體反應(yīng)在編程、擴(kuò)展與操作上。首先，編程中可運(yùn)用梯形圖、功能表圖等語(yǔ)言，由于處理方法的多元化，促使整個(gè)編程能夠靈活運(yùn)轉(zhuǎn)。其次，擴(kuò)展方面的靈活度是PLC最為突出的特征，能按照系統(tǒng)控制規(guī)模的差異，調(diào)整容量、功能等。最后，操作上的靈活度，促使對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)的監(jiān)視及控制，均比較簡(jiǎn)單。

國(guó)內(nèi)在此項(xiàng)技術(shù)上的運(yùn)用時(shí)間角度，而從根本上來(lái)講，電頻控制是由常規(guī)PLC延伸而來(lái)，在落實(shí)其設(shè)計(jì)中，同樣需按照現(xiàn)實(shí)工作條件，開(kāi)展實(shí)地設(shè)計(jì)，以保障機(jī)電控制和環(huán)境的適應(yīng)度。相關(guān)的編程語(yǔ)言，能運(yùn)用可視化的形式，而且程序設(shè)計(jì)者不必?fù)碛袠O高的專(zhuān)業(yè)能力。同時(shí)，PLC電頻的機(jī)電控制下，操作員可通過(guò)觸摸屏完成控制，和常規(guī)的顯示器比較，提升人機(jī)交互的便利性。由于此項(xiàng)電頻控制的實(shí)際運(yùn)用特征，讓其在諸多機(jī)電系統(tǒng)中，均有使用。

（二）PLC控制電梯

電梯機(jī)電控制中，利用PLC技術(shù)，可基于系統(tǒng)該軟件，完成自動(dòng)化的控制操作，促使機(jī)電控制過(guò)程的可靠性得以全面提升。在PLC控制下，能直接取代選層裝置和大多數(shù)的繼電裝置，使得整個(gè)控制系統(tǒng)的架構(gòu)，更為簡(jiǎn)單，同時(shí)，連接線(xiàn)路的數(shù)量也隨之減少。在該種簡(jiǎn)單的構(gòu)成系統(tǒng)中，能夠應(yīng)對(duì)各類(lèi)比較復(fù)雜的機(jī)電控制任務(wù)，可根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求，調(diào)整系統(tǒng)的控制功能。另外，PLC控制下，能對(duì)電梯的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)，并可以及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，提升電梯的運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)方便日常檢修。此外，PLC控制支持進(jìn)行群控調(diào)配及管控，能提升電梯的使用效率。如果在系統(tǒng)裝設(shè)并投入使用后，需要調(diào)整機(jī)電控制計(jì)劃時(shí)，無(wú)需改變?cè)镜挠布€(xiàn)路，直接調(diào)整相關(guān)參數(shù)即可[1]。

二、PLC電梯機(jī)電控制的應(yīng)用

本文以電梯機(jī)電控制為例，常規(guī)機(jī)電系統(tǒng)，配備的控制方法通常是以選層裝置繼電器為主。而在電梯運(yùn)行的自動(dòng)化程度持續(xù)加深中，所需的安全要求也比較高，原本繼電器的處理方法，應(yīng)用問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，具體為設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)、適應(yīng)力不足等，給垂直交通的運(yùn)行過(guò)程，帶來(lái)較多的隱患。另外，常規(guī)機(jī)電控制裝置，平日養(yǎng)護(hù)的任務(wù)量也較大，如果系統(tǒng)發(fā)生異常，會(huì)直接對(duì)正常作業(yè)造成干擾，并要經(jīng)歷較長(zhǎng)的恢復(fù)周期。如此種種，均無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代電梯運(yùn)行要求。而借助PLC的運(yùn)用，可切實(shí)處理以上不足。

（一）控制系統(tǒng)硬件

基于PLC的電梯機(jī)電控制系統(tǒng)，與其他形式的控制系統(tǒng)類(lèi)似，均需包含信號(hào)與拖動(dòng)兩塊。而該系統(tǒng)中，具體的硬件部分，涉及到主機(jī)、機(jī)械、指層器、主拖動(dòng)與轎廂操縱盤(pán)等。對(duì)于此的設(shè)計(jì)思路，如下所述：

信號(hào)控制部分，通常是通過(guò)軟件達(dá)成，能輸入的信號(hào)指令包括：運(yùn)行模式、光電脈沖、平層信號(hào)、層站召喚等。在電梯機(jī)電控制中，要求滿(mǎn)足的功能有：除底層與頂層外，其他所有樓層，均設(shè)置升降的呼叫按鈕，在轎廂達(dá)到指定樓層后，支持自動(dòng)及手動(dòng)的開(kāi)關(guān)控制。在轎廂內(nèi)部，顯示升降方向、當(dāng)前樓層等。通常情況下，轎廂開(kāi)啟后，會(huì)在相應(yīng)樓層停留5秒左右，而后自動(dòng)關(guān)上。乘客通過(guò)在轎廂中的控制盤(pán)下達(dá)指令，轎廂會(huì)根據(jù)樓層的順序，依次停站。另外，在PLC控制下，電梯還具備自動(dòng)定向的功能，在通過(guò)轎廂內(nèi)的按鈕進(jìn)行控制中，如果指令對(duì)應(yīng)的方向和當(dāng)前升降方向不符，則會(huì)自動(dòng)保持當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，而后調(diào)整方向。

以單臺(tái)電梯形式為例，支持進(jìn)行手柄、按鈕及信號(hào)等諸多控制方法，對(duì)于乘客電梯，絕大部分是集選控制模式。一方面，在轎廂下集選控中，全部設(shè)定在內(nèi)轎廂及廳門(mén)均能實(shí)施下行控制。而在轎廂正在上行中，僅服從轎廂的控制，直到頂層，隨后自動(dòng)調(diào)整方向，服從包括廳門(mén)在內(nèi)的控制。另一方面，全集選的控制模式，會(huì)服從全部廳門(mén)與轎廂的控制，在上行過(guò)程中，會(huì)完成所有的向上控制，達(dá)到頂層后，開(kāi)始應(yīng)答下行的控制指令。在確定I/O的點(diǎn)數(shù)中，比如是七層電梯系統(tǒng)，要結(jié)合相應(yīng)所需的控制開(kāi)關(guān)，裝置通常會(huì)設(shè)置二十個(gè)輸入點(diǎn)以及十三個(gè)輸出點(diǎn)，以此支撐基本的機(jī)電控制，并保留10%-15%的冗余[2]。

（二）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1.PLC選型

本文討論的電梯機(jī)電控制案例，其系統(tǒng)包含六層，涉及到較多的開(kāi)關(guān)與模擬量。圍繞開(kāi)關(guān)量控制的系統(tǒng)，通常呈現(xiàn)出的響應(yīng)效率能適應(yīng)電梯的應(yīng)用需要。而且對(duì)于小規(guī)模的PLC，相較于模塊式，整體式結(jié)構(gòu)實(shí)際投入的造價(jià)更少，同時(shí)占用空間也更小?；趯?duì)不同方面的考量，最終確定FX2N，該P(yáng)LC的配置調(diào)整靈活較高，不包括主機(jī)模塊在內(nèi)，能夠繼續(xù)擴(kuò)展設(shè)置諸多其他的模塊，而且其控制的指令內(nèi)容比較多元化，支持的指令數(shù)量多達(dá)百余條，同時(shí)落實(shí)指令的運(yùn)行效率較高。另外，其能設(shè)置繼電裝置，同時(shí)，該系統(tǒng)應(yīng)用預(yù)制配套的軟件，對(duì)應(yīng)的編程語(yǔ)言，也比較豐富，能夠?qū)ο到y(tǒng)實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

2.主電路

以交流雙速電梯為例，在主電路中，設(shè)置專(zhuān)門(mén)用在電梯系統(tǒng)中的異步電動(dòng)機(jī)，并搭配正反轉(zhuǎn)的接觸裝置，確保對(duì)轎廂進(jìn)行不同垂直方向的控制。同時(shí)，還配有高低速的接觸裝置，支持轎廂運(yùn)行速度的控制。此外，還有啟動(dòng)加速裝置、減速制度裝置，控制制動(dòng)狀態(tài)下的加速度。在供應(yīng)電源后，轎廂會(huì)開(kāi)始不同方向上的啟動(dòng)，使啟動(dòng)加速裝置實(shí)現(xiàn)通電，之后切除整個(gè)線(xiàn)路的電抗與電阻，保持轎廂的勻速運(yùn)行。在轎廂停在相應(yīng)樓層后，系統(tǒng)電機(jī)自動(dòng)調(diào)整到低速狀態(tài)，同時(shí)開(kāi)啟阻抗制動(dòng)，以保持轎廂的低速上下行狀態(tài)。而后注意開(kāi)啟減速的制度裝置，以把握電梯制動(dòng)期間的強(qiáng)度，以免停車(chē)給轎廂內(nèi)的乘客，帶來(lái)較差的體驗(yàn)。電梯到達(dá)平層后，所有接觸均切斷[3]。

結(jié)束語(yǔ)：如今，PLC已然在電梯機(jī)電的控制方面，呈現(xiàn)出廣闊的運(yùn)用態(tài)勢(shì)。而此從某種程度上證明了該項(xiàng)現(xiàn)代化技術(shù)，對(duì)于相關(guān)的機(jī)電裝置系統(tǒng)的升級(jí)改造，有一定的拓展前景。借助可視化的編程程序，提高機(jī)電控制的人性化程度，更好適應(yīng)機(jī)電運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐鳳輝.機(jī)電一體化中的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].集成電路應(yīng)用，2021，（10）：58-59.

[2]孫里洪.淺談機(jī)械自動(dòng)化控制中的PLC技術(shù)[J].科技與創(chuàng)新，2021，（06）：116-117+119.

[3]解向陽(yáng)，孔寧寧.智能控制技術(shù)在機(jī)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].造紙裝備及材料，2021，（06）：106-107+110.