電氣控制技術(shù)在PLC方面的應(yīng)用探討

冒薇 夏春妍

摘要：電氣控制技術(shù)隨著時(shí)間的發(fā)展已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在工業(yè)生產(chǎn)中起到了十分重要的作用，本文主要通過對(duì)電氣控制系統(tǒng)的電路、發(fā)展歷程進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，同時(shí)對(duì)可編程邏輯控制器（PLC） 進(jìn)行了介紹，系統(tǒng)地分析了電氣控制技術(shù)應(yīng)用于可編程控制系統(tǒng)中的主要特點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)我國(guó)目前電氣控制技術(shù)在PLC 方面的應(yīng)用現(xiàn)狀提出了一些建議，望能起到拋磚引玉的作用，使我國(guó)電氣控制技術(shù)在PLC方面的應(yīng)用達(dá)到一個(gè)新的高度，有助于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和綜合國(guó)力的提升。

關(guān)鍵詞：電氣控制;PLC;應(yīng)用

現(xiàn)在PLC 技術(shù)在應(yīng)用上已經(jīng)相對(duì)成熟，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用，更是實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制功能?；赑LC 來構(gòu)建自動(dòng)化控制系統(tǒng)，需要針對(duì)機(jī)械設(shè)備電氣控制特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，尤其是部分電氣控制復(fù)雜的電氣設(shè)備與大型機(jī)電裝備，更需要從專業(yè)角度進(jìn)行分析，構(gòu)建有效的網(wǎng)絡(luò)化與遠(yuǎn)程化控制系統(tǒng)，利用各項(xiàng)專業(yè)技術(shù)，來獲取電氣設(shè)備運(yùn)行的真實(shí)數(shù)據(jù)，將其作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，真正實(shí)現(xiàn)無人值守系統(tǒng)正常運(yùn)行的目的。

1 基于PLC 電氣控制特點(diǎn)分析

（1）合理選擇PLC 類型?；赑LC 技術(shù)電氣控制技術(shù)，核心為可編程控制芯片，這樣基于PLC 對(duì)電氣控制進(jìn)行研究時(shí)，工作人員完全可以根據(jù)相應(yīng)的需求來選擇芯片類型。就現(xiàn)狀來看，最常選用的為可編程控制器PLC芯片，具有重量輕、體積小以及低功耗等優(yōu)點(diǎn)，在應(yīng)用上具有良好的效果。而對(duì)于部分特殊情況，在選擇PLC類型時(shí)，應(yīng)將運(yùn)算速度與存儲(chǔ)容量等因素作為主要分析對(duì)象，確保類型選擇的合理性。

（2）可編程實(shí)用性。以提高電氣控制效果為目的，對(duì)PLC 芯片進(jìn)行編程時(shí)，可以通過便捷符號(hào)圖形以及模塊化編程語言來進(jìn)行設(shè)計(jì)，程序員采取自己最為擅長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)操作指令與編輯方式完成芯片的編程。其中，對(duì)于PLC 來說，不必將其與其他設(shè)備進(jìn)行連接處理，減少了應(yīng)用的連接線，并且還縮短了PLC 控制器執(zhí)行的時(shí)間延時(shí)，在更大程度上提高了生產(chǎn)生活應(yīng)用效率，同時(shí)對(duì)提高維護(hù)工作質(zhì)量也具有重要意義。

2 基于PLC 電氣控制系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性建立。PLC 執(zhí)行結(jié)果需要通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的調(diào)節(jié)與控制來實(shí)現(xiàn)，因此基于PLC 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要最大程度上提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性。第一，關(guān)閉或者啟動(dòng)電磁閥時(shí)，需要結(jié)合閥門開啟與關(guān)閉實(shí)際時(shí)間來對(duì)延時(shí)時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。如果相應(yīng)信號(hào)未及時(shí)反饋到PLC 系統(tǒng)，則可以證明電動(dòng)閥存在故障，需要及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，避免故障影響進(jìn)一步擴(kuò)散。第二，當(dāng)控制器接觸到負(fù)載時(shí)，可以通過對(duì)接觸器進(jìn)行啟動(dòng)或者停止的命令來對(duì)接觸器圈進(jìn)行控制，并實(shí)時(shí)觀察控制器啟動(dòng)與停止情況，確定控制器在啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)是否出現(xiàn)吸合，停止時(shí)是否釋放，確定不同階段的可靠性。

（2）現(xiàn)場(chǎng)失效調(diào)查系統(tǒng)。以提高PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)性能為目的，在進(jìn)行電氣系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的方式獲得失效數(shù)據(jù)，但是從實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀來看，所獲得的數(shù)據(jù)很容易受外界因素影響，內(nèi)容存在一定限制，并不能完全有效地提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。另外，還可以通過提高現(xiàn)場(chǎng)失效調(diào)查的方式來提高控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，從PLC 電氣控制系統(tǒng)可靠性與計(jì)算工作角度分析，其與一般產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在較大的差異，如果僅是通過數(shù)據(jù)與理論的分析并不能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。而通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際失效情況的詳細(xì)分析，則可以根據(jù)各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來提高系統(tǒng)可靠性，在現(xiàn)有程度上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的提升。

（3）故障報(bào)警系統(tǒng)。PLC 電氣控制系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)基本上均是采用分層的方式來實(shí)現(xiàn)三層故障顯示報(bào)警制，分為一級(jí)報(bào)警系統(tǒng)、二級(jí)報(bào)警系統(tǒng)、三級(jí)報(bào)警系統(tǒng)。第一，一級(jí)報(bào)警系統(tǒng)。主要用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障的顯示報(bào)警，利用指示燈指示設(shè)備來檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，而當(dāng)指示燈閃爍時(shí)，則證明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要由專業(yè)人員來及時(shí)采取措施處理。第二，二級(jí)報(bào)警系統(tǒng)。主要應(yīng)用于中心控制監(jiān)視視頻顯示器中，當(dāng)PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障后，中心控制監(jiān)視視頻即會(huì)根據(jù)實(shí)際情況來顯示相應(yīng)的文字，并且位于流程圖中的相應(yīng)設(shè)備也會(huì)出現(xiàn)閃爍，向技術(shù)人員報(bào)警。第三，三級(jí)報(bào)警系統(tǒng)。在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障后，故障將會(huì)通過控制中心信號(hào)箱顯示相應(yīng)信息，利用光線與聲響報(bào)警方式來提醒工作人員及時(shí)進(jìn)行維修。

3 基于PLC 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

（1）實(shí)例分析。以普通數(shù)控車床為例，對(duì)傳統(tǒng)數(shù)控化程序進(jìn)行改造完善，實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件自動(dòng)切削與加工技術(shù)的自動(dòng)化控制，尤其是針對(duì)手動(dòng)控制完成的切削加工工藝，通過PLC 技術(shù)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的改造，在根本上實(shí)現(xiàn)電氣化與自動(dòng)化控制。第一，上位機(jī)借助工控機(jī)圖像處理能力，完成數(shù)控車床生產(chǎn)組態(tài)畫面的顯示，以及各生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳輸、輸出與保存，完成相關(guān)控制指令的下達(dá)，保證數(shù)控車床能夠自動(dòng)完成切削工作。第二，下位機(jī)基于PLC 技術(shù)電氣控制，通過傳感器、數(shù)據(jù)采集板卡等獲得數(shù)控車床環(huán)境數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及狀態(tài)數(shù)據(jù)，并由PLC 完成所有參數(shù)的計(jì)算，將其傳輸給上位機(jī)，后根據(jù)不同參數(shù)來顯示圖形并保存。第三，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制，即利用PLC 運(yùn)動(dòng)控制板卡模式達(dá)到電氣化與自動(dòng)化控制的目的。選擇合適的運(yùn)行控制板卡，與PLC 順序控制相互配合，對(duì)進(jìn)給軸電機(jī)實(shí)現(xiàn)伺服運(yùn)動(dòng)控制，完全實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控車床進(jìn)給運(yùn)行的自動(dòng)化控制。

（2）概念設(shè)計(jì)。①底層設(shè)備。一方面為實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床自動(dòng)切削加工運(yùn)轉(zhuǎn)基礎(chǔ)功能的必要電氣、機(jī)電設(shè)備，如電源模塊、電機(jī)模塊等，保證數(shù)控車床能夠正常實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)基本功能;另一方面為各類傳感器，如溫度傳感器、速度傳感器等，通過傳感器來完成進(jìn)給軸運(yùn)行進(jìn)給量的監(jiān)測(cè)，并將各項(xiàng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)作為自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的依據(jù)。②PLC 站。本地PLC 站主要起到接收底層傳感器設(shè)備傳輸?shù)膫鞲袇?shù)、狀態(tài)參數(shù)等，并通過內(nèi)部程序的運(yùn)算，對(duì)整個(gè)數(shù)控車床的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)確定，將重點(diǎn)參數(shù)傳輸給遠(yuǎn)程控制終端，最終以數(shù)據(jù)圖形的方式顯示、存儲(chǔ)與打印等。同時(shí)，本地PLC 站還可以接收遠(yuǎn)程控制終端下達(dá)的控制指令，如停機(jī)、啟動(dòng)等基本控制指令，通過對(duì)相應(yīng)執(zhí)行器的控制，完成對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化控制。③遠(yuǎn)程控制終端。遠(yuǎn)程控制終端的設(shè)計(jì)，需要通過工控機(jī)來完成上位機(jī)數(shù)據(jù)的管理，以及設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控。在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)開發(fā)專門針對(duì)數(shù)控車床架空、生產(chǎn)與自動(dòng)控制的程序，來達(dá)到遠(yuǎn)程化、自動(dòng)化以及網(wǎng)絡(luò)化控制的效果，實(shí)現(xiàn)無人值守工作模式。

（3）運(yùn)行控制。PLC 特有過程控制包括新穎的閉環(huán)控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的控制，涵蓋了直線態(tài)勢(shì)下的所有運(yùn)動(dòng)，以及常見圓周運(yùn)動(dòng)等。對(duì)于搭配好的控制機(jī)構(gòu)，可以通過提前預(yù)備的傳感器，建立執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成生產(chǎn)動(dòng)作。就數(shù)控車床電氣控制技術(shù)來看，控制模塊正在發(fā)生著變化，如伺服電機(jī)銜接的單軸與多軸，都可以經(jīng)由預(yù)備好的控制模塊，驅(qū)動(dòng)同步態(tài)勢(shì)下的電機(jī)。

科技日益發(fā)達(dá)，社會(huì)也在不斷地進(jìn)步，能夠積極且合理的運(yùn)用各種科學(xué)技術(shù)，都會(huì)對(duì)國(guó)家做出更多的貢獻(xiàn)?？茖W(xué)地研究PLC 技術(shù)和原理，讓其發(fā)揮應(yīng)有的作用效果，為國(guó)家和企業(yè)在生產(chǎn)制作中打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。基于PLC 實(shí)現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)，就需要從實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，針對(duì)概念設(shè)計(jì)需要關(guān)注的要點(diǎn)，從多個(gè)角度進(jìn)行分析，選擇合適的措施對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行優(yōu)化管理，提高對(duì)電氣設(shè)備各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集、整理與應(yīng)用，從根本上提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果，真正實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。

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“本論文得到江蘇省高職院校青年教師企業(yè)實(shí)踐培訓(xùn)項(xiàng)目資助（計(jì)劃編號(hào)：2021QYSJ068 ）”

第一作者：

姓名冒薇 （出生年月1984.02） ?性別， 女 ?民族， 漢族 ?籍貫，江蘇省南通市 ?單位，蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ?學(xué)位，博士 ?職位，教師 ?職稱，副研究員 ?研究方向，智能產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用 ?郵編，215000

第二作者：

姓名夏春妍 （出生年月2003.02） ?性別， 女 ?民族， 漢族 ?籍貫，安徽省六安市 ?單位，蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ?職位，學(xué)生 ?研究方向，智能產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用