PLC控制系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用探討

無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 楊 云

PLC英文全稱(chēng)為Programmable Logic Controller，譯為可編程邏輯控制器。該控制器的設(shè)計(jì)初衷即是為工業(yè)生產(chǎn)、研發(fā)而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子操作系統(tǒng)。在工業(yè)迅速發(fā)展態(tài)勢(shì)下，PLC控制系統(tǒng)以其精準(zhǔn)控制優(yōu)勢(shì)迅速在工業(yè)環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用，覆蓋機(jī)械、礦業(yè)、汽車(chē)、航天領(lǐng)域，呈現(xiàn)藍(lán)海發(fā)展態(tài)勢(shì)。當(dāng)然，應(yīng)用范圍也包括電氣自動(dòng)化設(shè)備。就工作原理而言，PLC控制系統(tǒng)注重使用能夠編寫(xiě)程序的存儲(chǔ)器，可在PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部執(zhí)行基本存儲(chǔ)功能及邏輯運(yùn)算功能。與此同時(shí)，PLC控制系統(tǒng)也可執(zhí)行定時(shí)、計(jì)數(shù)等命令，實(shí)現(xiàn)既定順序控制以及算術(shù)核算。在一定程度上而言，PLC控制系統(tǒng)正是通過(guò)對(duì)數(shù)字量、模擬量等數(shù)據(jù)信息的輸入以及輸出，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)控制命令分布下達(dá)，完成電氣自動(dòng)化的程序控制。

對(duì)于電氣工程行業(yè)領(lǐng)域而言，傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化設(shè)備是用各類(lèi)電氣連接線(xiàn)實(shí)現(xiàn)連接，因而存在顯著應(yīng)用局限。例如，電氣連接性較差以及維護(hù)量相對(duì)較大。特別電氣連接時(shí)所采用的基礎(chǔ)線(xiàn)路不僅復(fù)雜，其控制線(xiàn)路更是相對(duì)較遠(yuǎn)。這樣一來(lái)，電子自動(dòng)化設(shè)備調(diào)試、安裝均需大量時(shí)間及復(fù)雜流程。隨著工業(yè)社會(huì)以及數(shù)字科技的郁勃發(fā)展，以及PLC控制系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域的深度應(yīng)用，PLC控制系統(tǒng)漸次引至電氣自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)之中，在電氣自動(dòng)控制中發(fā)揮巨大功效及優(yōu)勢(shì)。此背景下，研究PLC控制系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 PLC控制系統(tǒng)

1.1 PLC控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

在PLC控制系統(tǒng)初步衍生并投入使用時(shí)，學(xué)術(shù)人員以及技術(shù)人員就已開(kāi)始著手探索PLC控制系統(tǒng)之于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量的控制應(yīng)用。然而，在PLC控制系統(tǒng)初步研究階段，相關(guān)研究并不深入，仍然存在數(shù)據(jù)處理緩慢、監(jiān)控通訊能效薄弱以及控制范圍不敷等眾多瑕玷。但在學(xué)者及技術(shù)人員通過(guò)不斷的理論、實(shí)踐、技術(shù)研究以后，PLC控制系統(tǒng)基本能夠在某些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)、高效單獨(dú)控制。例如，在冶金鍛造過(guò)程之中，PLC控制系統(tǒng)可根植實(shí)際冶金生產(chǎn)情況、整體生產(chǎn)規(guī)模以及控制復(fù)雜程度，合理選擇控制程序并消除控制問(wèn)題。而在電氣自動(dòng)化設(shè)備的安裝、運(yùn)作過(guò)程中，通過(guò)融入PLC控制系統(tǒng)，在提升電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行可靠性的同時(shí)，也使以往二次接線(xiàn)過(guò)程大大縮減。

1.2 PLC控制系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

PLC控制系統(tǒng)之于電氣自動(dòng)化應(yīng)用過(guò)程中，凸顯出眾多技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可有效賦能電氣自動(dòng)化應(yīng)用高質(zhì)量運(yùn)行。第一，PLC控制系統(tǒng)具備操作簡(jiǎn)便、可靠性較強(qiáng)顯著特點(diǎn)。在具體應(yīng)用過(guò)程中，PLC控制系統(tǒng)干擾能力遠(yuǎn)勝傳統(tǒng)繼電氣控制能力，能在復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。并且，控制人員通過(guò)簡(jiǎn)單指令部署，對(duì)應(yīng)控制系統(tǒng)即可立刻對(duì)命令作出反應(yīng)，適用范圍相當(dāng)廣泛。第二，PLC控制系統(tǒng)功能相對(duì)完備。由于PLC控制系統(tǒng)是可編程邏輯控制器，因此控制功能相對(duì)其他控制系統(tǒng)較為完善，具有相當(dāng)較強(qiáng)的額實(shí)用性。同時(shí)，該系統(tǒng)可通過(guò)更換繼電器控制部分，以系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行邏輯為基礎(chǔ)進(jìn)行根本性控制，充分降低工作強(qiáng)度。第三，PLC控制系統(tǒng)使用相當(dāng)便利。PLC在電氣自動(dòng)化設(shè)備控制過(guò)程中，各類(lèi)輔助繼電器投入使用以后，其余節(jié)點(diǎn)變位時(shí)間都可默認(rèn)簡(jiǎn)化為零。在此背景下，使用人員不必考慮繼電器固有返回系數(shù)。

1.3 PLC控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

隨著PLC控制系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化工程中應(yīng)用愈加廣泛，PLC控制系統(tǒng)自身也在不斷加速發(fā)展。這一背景下，PLC控制系統(tǒng)呈現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與穩(wěn)定性提升兩種發(fā)展趨勢(shì)。一方面，數(shù)字化轉(zhuǎn)型趨勢(shì)愈加凸顯。伴隨數(shù)字科技不斷進(jìn)步，PLC控制系統(tǒng)在逐漸發(fā)展過(guò)程中也與數(shù)字技術(shù)結(jié)合愈加緊密。這一背景下，PLC控制系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展成為主流趨勢(shì)。在不斷進(jìn)步歷程中，PLC控制系統(tǒng)開(kāi)始逐漸摒棄DOS語(yǔ)言，且著手建立通用硬件平臺(tái)。在這一平臺(tái)中，PLC系統(tǒng)開(kāi)始逐漸與DOS語(yǔ)言系統(tǒng)融合，相互補(bǔ)缺發(fā)展，實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展。另一方面，穩(wěn)定性愈加提升。電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行的重要基礎(chǔ)即是具備穩(wěn)定性、可靠性，進(jìn)而完成復(fù)雜化生產(chǎn)工作。如何確保PLC控制的系統(tǒng)穩(wěn)定性以及操作安全，既是PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展研究重點(diǎn)，也是電氣自動(dòng)化工程發(fā)展難點(diǎn)。

2 PLC控制系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的具體應(yīng)用

2.1 順序控制應(yīng)用

有鑒于PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中得到廣泛、深度應(yīng)用。最為基礎(chǔ)的應(yīng)用即是按照順序執(zhí)行控制。在PLC控制系統(tǒng)的初步研發(fā)應(yīng)用目標(biāo)中，其核心思想即是通過(guò)順尋控制對(duì)不同電氣自動(dòng)化設(shè)備實(shí)施精準(zhǔn)控制。在歷經(jīng)數(shù)年完善、優(yōu)化以后，PLC控制系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的順序控制力度也得到全面加強(qiáng)，逐步滿(mǎn)足國(guó)家所提節(jié)能減排以及提升工作效率的要求。不僅如此，PLC控制系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化工程應(yīng)用時(shí)，也可通過(guò)信息模塊以及通訊總線(xiàn)互相連接的方法，使控制系統(tǒng)成為整個(gè)綜合性整體，進(jìn)而完成更加復(fù)雜、量大、精準(zhǔn)的控制要求。

2.2 開(kāi)關(guān)量控制應(yīng)用

一般而言，傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)多數(shù)使用電磁繼電器這一單一形式執(zhí)行開(kāi)關(guān)控制。然而，此種控制方式不僅反應(yīng)速度相對(duì)較慢，且常會(huì)產(chǎn)生觸點(diǎn)降低影響正常開(kāi)關(guān)控制問(wèn)題，在后續(xù)維修更換時(shí)也相當(dāng)不便。PLC控制系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，不僅可以有效克服電磁繼電器的操作缺陷，也因其技術(shù)優(yōu)勢(shì)獲取更多操作便利性。詳細(xì)而言，系統(tǒng)操作人員在控制過(guò)程中僅需簡(jiǎn)單執(zhí)行合閘操作，即可依據(jù)實(shí)際控制需求發(fā)布控制指令。若是在控制系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)產(chǎn)生故障，PLC控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)執(zhí)行分閘操作，充分提升工作效率及保障工作質(zhì)量。

2.3 閉環(huán)控制應(yīng)用

通俗來(lái)講，電氣自動(dòng)劃設(shè)備的啟動(dòng)方式包括兩種，即手動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)啟動(dòng)。其中，手動(dòng)操作是由工作人員根據(jù)工作時(shí)間進(jìn)行自主選擇，不能應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)；而自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，可通過(guò)PLC內(nèi)嵌控制模塊基于實(shí)際操作特點(diǎn)，自主選擇運(yùn)營(yíng)時(shí)間。發(fā)展至今，電氣自動(dòng)化設(shè)備的閉環(huán)控制主要分為PLC控制系統(tǒng)以及常規(guī)控制系統(tǒng)兩類(lèi)，且多數(shù)是以PLC控制系統(tǒng)作為核心控制系統(tǒng)、常規(guī)回路作為控制補(bǔ)充。在具體應(yīng)用時(shí)，常規(guī)回路也會(huì)作為電氣自動(dòng)化設(shè)備中的安全控制回路。如此一來(lái)，可充分保障PLC系統(tǒng)的安全性能。即使出現(xiàn)故障以后，設(shè)備仍可正常執(zhí)行控制工作。由此，實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化設(shè)備的閉環(huán)控制。

2.4 自動(dòng)切換應(yīng)用

在一般電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行過(guò)程之中，為充分提升設(shè)備可靠性，PLC控制系統(tǒng)會(huì)在備用電源部分設(shè)置自動(dòng)投入裝置，通過(guò)各種程序段的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)多種控制操作。與此同時(shí)，PLC控制系統(tǒng)將會(huì)及時(shí)錄取電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)營(yíng)時(shí)的信號(hào)數(shù)據(jù)，并將其作為備用電源啟動(dòng)開(kāi)關(guān)的閉合、開(kāi)啟的依據(jù)。這樣一來(lái)，即可充分提升PLC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力以及邏輯判斷端能力?？梢灾ぃ琍LC控制系統(tǒng)既可完成備電自動(dòng)投入使用操作，也可依據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況變動(dòng)滿(mǎn)足其它操作要求，充分提升設(shè)備整體性、智能性。

2.5 調(diào)速器控制應(yīng)用

調(diào)速器屬于電氣自動(dòng)化設(shè)備中的核心部件。在電氣自動(dòng)化設(shè)備中，由于時(shí)常需要執(zhí)行不同的生產(chǎn)操作命令，因而需對(duì)設(shè)備中調(diào)速器進(jìn)行時(shí)常調(diào)節(jié)，以滿(mǎn)足不同生產(chǎn)任務(wù)需求。在整體調(diào)速控制過(guò)程之中，應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)，借助系統(tǒng)內(nèi)部電子調(diào)節(jié)模塊、轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊以及電液執(zhí)行模塊，可實(shí)時(shí)就設(shè)備參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以滿(mǎn)足不同速度工作運(yùn)行要求。

3 案例示范

基于PLC控制系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用理論探討，以某型號(hào)電氣自動(dòng)化設(shè)備為例，實(shí)施PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)例應(yīng)用證明其可行性。

3.1 控制要求

在PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先需要對(duì)其控制要求進(jìn)行細(xì)致分析及詳細(xì)規(guī)劃。此電氣設(shè)備的核心作用是在某工廠內(nèi)執(zhí)行傳送控制任務(wù)，通過(guò)控制工廠內(nèi)部傳送設(shè)備，完成對(duì)材料的運(yùn)送任務(wù)。詳細(xì)而言，在運(yùn)行過(guò)程中設(shè)置5s延時(shí)信號(hào)，等待下一材料上帶，運(yùn)送任務(wù)完成后返回原位。

3.2 編程設(shè)計(jì)

在整體編程設(shè)計(jì)時(shí)，需先行確定控制原理、基礎(chǔ)裝置。其中，核心編程即是設(shè)計(jì)模擬量輸入、輸出轉(zhuǎn)換原理。

3.3 硬件選擇

有關(guān)PLC控制系統(tǒng)的硬件遴選，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中包括4個(gè)PNP數(shù)字量傳感器、4個(gè)電磁轉(zhuǎn)向閥以及3個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)、1個(gè)系統(tǒng)指示燈、1個(gè)系統(tǒng)報(bào)警燈。在電源選擇時(shí)，采用307 5A電源模板。在主機(jī)選擇方面，使用CPU314型號(hào)，促使其能與操作板正常連接運(yùn)行。確定所有硬件以后，通過(guò)系統(tǒng)組裝完成控制任務(wù)。

3.4 結(jié)果測(cè)試

在PLC控制系統(tǒng)完成安裝以后，進(jìn)行整體系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)測(cè)試，以確保其具有良好控制性能。測(cè)試過(guò)程之中，上位機(jī)通過(guò)通訊口將程序傳輸至PLC系統(tǒng)，傳感器輸入、輸出工作正常。同時(shí)，程序運(yùn)行、換向情況、通氣路執(zhí)行元件均可進(jìn)行正常工作?？梢宰C明，本研究具有現(xiàn)實(shí)操作性。

結(jié)語(yǔ)：數(shù)字化轉(zhuǎn)型、穩(wěn)定性提升已然成為電氣自動(dòng)化工程穩(wěn)定運(yùn)行的核心發(fā)展方向。而在這一過(guò)程中，通過(guò)在電氣自動(dòng)化工程中引入PLC控制系統(tǒng)，有效賦能電氣自動(dòng)化設(shè)備加速發(fā)展。同時(shí)，該系統(tǒng)的應(yīng)用也可滿(mǎn)足電氣自動(dòng)化生產(chǎn)控制任務(wù)。技術(shù)操作人員可基于直觀、清朗的人機(jī)交互界面，以及全面成熟化的現(xiàn)實(shí)總線(xiàn)控制，執(zhí)行對(duì)電氣設(shè)備的操作控制，以促使儀器能夠達(dá)到理想生產(chǎn)效果。