PLC技術(shù)在電氣設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用

陳素霞，倪艷鳳

（1.新鄉(xiāng)市天興機械設(shè)備有限公司，河南新鄉(xiāng) 453000；2.河南工學(xué)院 工程技術(shù)教育中心，河南新鄉(xiāng) 453003）

引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的企業(yè)生產(chǎn)也逐漸引用了多種類型的自動化控制系統(tǒng)來提高工作效率。從20世紀(jì)70年代起，大規(guī)模的集成電路和微型電子計算機逐漸在工業(yè)的機械化生產(chǎn)中實現(xiàn)應(yīng)用，促進了我國工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展水平的全面提高。21世紀(jì)之后，數(shù)字化與信息化技術(shù)在全社會的推廣中實現(xiàn)普及，我國的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備在電機技術(shù)、電子技術(shù)以及計算機控制技術(shù)發(fā)展的帶動下實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的系統(tǒng)優(yōu)化，PLC技術(shù)也在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的帶動下實現(xiàn)了廣泛應(yīng)用，提高了我國電氣設(shè)備的自動化水平。

1 PLC技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢分析

1.1 編程控制，可靠性強

PLC控制技術(shù)是一種基于數(shù)據(jù)測算所形成的操作應(yīng)用系統(tǒng)，其主要是基于一定編程來進行系統(tǒng)化的操作，從而在操作中實現(xiàn)系統(tǒng)化的控制，可靠性較強。例如在電氣數(shù)控車床的控制系統(tǒng)中，原始的數(shù)據(jù)狀態(tài)通過信號傳輸?shù)男问捷斎肟刂葡到y(tǒng)中，并通過控制系統(tǒng)內(nèi)部的程序化運作來實現(xiàn)系統(tǒng)指令的操作與處理，通過精準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)來保證程序運作的可靠性。這就能夠基于電氣工業(yè)機床等機械設(shè)備的器械指標(biāo)來進行數(shù)據(jù)的輸入，從而降低因數(shù)據(jù)狀態(tài)不符合器械要求而產(chǎn)生器械損壞的風(fēng)險，提高工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的精確程度。

1.2 功能完善，故障較少

PLC技術(shù)具備邏輯運算、數(shù)據(jù)處理、人機互動、即時記錄等方面的應(yīng)用功能，其能夠?qū)⒍鄻踊墓δ苋跒橐粋€整體，從而通過系統(tǒng)化的運作來進行整個工業(yè)生產(chǎn)線的控制。這種工業(yè)設(shè)備在運作的過程中，由于應(yīng)用了大量軟繼電器等抗干擾的部件，能夠在系統(tǒng)化的操作中對于外界的干擾及時進行隔離與阻斷，并且在整個工業(yè)設(shè)備發(fā)生異常的時候，能夠通過外部設(shè)置的預(yù)警系統(tǒng)來對于異常信息進行辨別與比對，并提示中央控制器及時進行故障的處理與維護，從而使得整個運作系統(tǒng)的故障率降低，實現(xiàn)其長期可持續(xù)運轉(zhuǎn)[1]。

1.3 流程簡化，操作便捷

PLC技術(shù)能夠按照一定的編程來進行自動化的操作，在一個完整的控制系統(tǒng)中，其在開關(guān)量控制、模擬量控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、通信與聯(lián)網(wǎng)操作等方面設(shè)有專用的數(shù)據(jù)接口，這就能夠使其在系統(tǒng)化的操作與控制中實現(xiàn)整個流水線的正常操作。雖然PLC技術(shù)在運作過程中可能會受到空間輻射以及系統(tǒng)外調(diào)節(jié)變量的影響，但是其用高速的運轉(zhuǎn)節(jié)拍能夠?qū)崿F(xiàn)一次性的系統(tǒng)化精確操作，并且按照規(guī)定的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)完成整個工業(yè)零件的生產(chǎn)與加工，從而減少之前的手動操作所形成的數(shù)據(jù)誤差，保證系統(tǒng)性信息的正常輸入與輸出?？梢哉f，PLC技術(shù)能夠在簡化的流程中完成系統(tǒng)化操作，便捷又高效。

2 PLC技術(shù)在電氣設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用

在PLC的操作流程中，其程序語言能夠按照不同的符號以及圖形來進行表達，例如梯形圖、語句表、邏輯符號圖以及高級編程語言等形式都是重要的表達方式，這些表達方式能夠在整個工作流程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)以及數(shù)據(jù)的解讀。而在這個數(shù)據(jù)解讀的過程中，PLC技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在順序控制、閉環(huán)控制以及運動控制中的全面應(yīng)用，且需要經(jīng)過輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段以及輸出刷新階段來完成整個工作的流程。具體如圖1所示。

圖1 PLC控制流程

2.1 開關(guān)量的邏輯控制

在傳統(tǒng)的電氣設(shè)備控制中，主要采用的是繼電器電路來操作與控制整個系統(tǒng)，但是其控制僅限于小規(guī)模、操作難度系數(shù)低的控制系統(tǒng)，對于大規(guī)模的、復(fù)雜的控制系統(tǒng)的應(yīng)用程度則較低。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)水平的不斷提高，工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模也在不斷擴大，這就需要通過一種自動化水平高的系統(tǒng)來進行系統(tǒng)化的操作與控制。開關(guān)量的邏輯控制能夠基于一種順序控制系統(tǒng)來進行操作，能夠應(yīng)用于多個設(shè)備相連接的流水線操作。例如在電氣設(shè)備的組合式機床的應(yīng)用中，其能夠按照一定的邏輯屬性以數(shù)據(jù)通過譯碼的形式將數(shù)控裝置的信號反送到各個關(guān)鍵的操作節(jié)點中，通過自動化的處理來實現(xiàn)復(fù)雜而精密產(chǎn)品的加工，從而通過一種數(shù)字化的系統(tǒng)性控制來進行整體的操作，提高勞動生產(chǎn)率。

2.2 模擬量數(shù)字量控制

整個電氣設(shè)備在自動化運作過程中，會受到運作環(huán)境的溫度、壓力、流量、速度等方面因素的影響，這些因素作為一種外界的模擬量，需要實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量的系統(tǒng)化轉(zhuǎn)化來進行后期的數(shù)字化操作與控制，并且基于一定的轉(zhuǎn)換模式來進行整個編程系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計[2]。而模擬量多是非電量，而PLC只能處理數(shù)字量、電量，所以它們之間的轉(zhuǎn)換要有傳感器，把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。這就需要在程序運作中經(jīng)過變送器，把非標(biāo)準(zhǔn)的電量變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號。例如在0～10 V的電壓、12 000分辨率時被轉(zhuǎn)換為0-1770Hex(0-6000)，12 000分辨率時被轉(zhuǎn)換為0-2EE0Hex(0-12000)。在0～20 mA的電流時，在6000分辨率時被轉(zhuǎn)換為0-1770Hex(0-6000)。在整個模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)化與控制的過程中，系統(tǒng)化的操作能夠?qū)⒒镜臄?shù)據(jù)進行數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化，從而轉(zhuǎn)化為程序能夠識別的信號系統(tǒng)，以此來完善整個控制系統(tǒng)的運行。

2.3 圓周、直線運動控制

PLC控制器能夠通過系統(tǒng)化的操作與控制來實現(xiàn)圓周運動與直線運動的控制。例如在數(shù)據(jù)采集階段，PLC控制系統(tǒng)能夠以電子掃描方式依次輸入相應(yīng)的機械狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)，輸入數(shù)據(jù)之后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中相應(yīng)單元PLC控制系統(tǒng)也將按由上而下的順序依次掃描[3]。在用戶程序執(zhí)行階段，該系統(tǒng)在掃描每一條梯形圖時，會先掃描梯形圖左邊由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算；然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)，或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)。這種運作模式能夠應(yīng)用于可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，且世界上各主要PLC控制器生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

2.4 系統(tǒng)閉環(huán)過程控制

系統(tǒng)性的閉環(huán)過程控制是PLC技術(shù)在電氣自動化應(yīng)用過程中一項技術(shù)性的補充，其能夠通過自動、現(xiàn)場控制等形式來進行整個閉環(huán)的系統(tǒng)化操作，這也就能夠使PLC控制系統(tǒng)在運作的過程中得到常規(guī)的控制系統(tǒng)的補償，保障整個閉環(huán)過程控制的安全性。通常，電子調(diào)節(jié)單元、電液執(zhí)行單元和轉(zhuǎn)述測量單元是整個PLC應(yīng)用系統(tǒng)的三個部分，這三個部分能夠在整個系統(tǒng)化的運作中充當(dāng)調(diào)節(jié)器的作用，從而在調(diào)節(jié)的過程中基于一定的機器運作規(guī)律來進行相應(yīng)的系統(tǒng)化操作，保障其控制的合理性與可操作性。在目前我國電氣閉環(huán)控制系統(tǒng)的運作中，整個系統(tǒng)的運作能夠?qū)⒈脵C的工作時間控制在合理的大范圍之內(nèi)，從而通過具體運作時間的調(diào)整來減少對于泵機設(shè)備的損耗，避免長時間的運作對泵機產(chǎn)生損壞。

2.5 通信數(shù)據(jù)處理控制

整個PLC系統(tǒng)控制器在運作過程中，能夠基于數(shù)據(jù)的采集與整理來進行數(shù)據(jù)編號，并且通過相應(yīng)的符號質(zhì)量來進行信號的發(fā)送與傳輸。在這個過程中，首先是數(shù)據(jù)的自動化處理階段。例如在PLC脈沖量的計算中，數(shù)控機床的角度控制能夠通過系統(tǒng)化的控制來明確電機的細分數(shù)，從而通過計算來獲得步進電機轉(zhuǎn)一圈所需要的總脈沖數(shù)。然后確定步進電機滾輪直徑，計算滾輪周長，以此來計算每一脈沖運行距離，最后才能計算設(shè)定距離所要運行的脈沖數(shù)。其次，要實現(xiàn)電氣設(shè)備的智能化通信，PLC系統(tǒng)需要通過多個通信接口的連接來進行信號的傳輸與接收。比如數(shù)控機床的加工精度一般可達0.05～0.1 mm，其主要是按數(shù)字信號形式控制的，數(shù)控裝置每輸出一脈沖信號，則機床移動部件移動一脈沖當(dāng)量(一般為0.001 mm)，而且機床進給傳動鏈的反向間隙與絲桿螺距平均誤差可由數(shù)控裝置進行補償[4]?？梢哉f，通信數(shù)據(jù)的處理與分析，正是PLC系統(tǒng)化操作中自動化、數(shù)據(jù)化、智能化的表現(xiàn)。

3 結(jié)束語

綜上所述，可靠性強、操作簡便的PLC自動化技術(shù)能夠在我國的電氣設(shè)備中實現(xiàn)充分應(yīng)用，其能夠運用內(nèi)部控制系統(tǒng)的優(yōu)化來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的正常運作，促使我國電氣設(shè)備內(nèi)部控制系統(tǒng)的優(yōu)化與提高，并且其能夠基于一定的工作原理與方法來完善電氣控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)，從而在數(shù)控系統(tǒng)的運作中建設(shè)高效的數(shù)控自動化運作系統(tǒng)，全面增強我國電氣自動化的應(yīng)用水平。