基于PLC的機械設(shè)備電氣自動化控制分析

姚佳興

（廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511340）

近幾年，電氣自動化控制項目受到了廣泛關(guān)注，因為行業(yè)本身綜合性較強，為了滿足具體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，要整合PLC技術(shù)模塊，建立更加完整的自動化控制平臺，從而為智能化制造發(fā)展提供保障。

1 PLC概述

PLC是可編程邏輯控制器的縮寫，主要是應(yīng)用已經(jīng)完成的程序，將其存儲在對應(yīng)的用戶控制指令中，操作人員借助數(shù)字化處理模式完成相關(guān)執(zhí)行指令的輸出管理，從而有效維持機械自動化生產(chǎn)過程。

一方面，PLC支持的系統(tǒng)架構(gòu)靈活度較高，能結(jié)合實際的應(yīng)用生產(chǎn)需求予以調(diào)控處理，較為大型的PLC整體系統(tǒng)運算速度較快，并且容量較大，應(yīng)用在特定場合中能大大提升應(yīng)用效率。而一些小型的PLC則具備體積較小、能耗較低的特點，加之安裝操作較為便捷，能完善更加精細(xì)化的處理工序。另一方面，PLC模式設(shè)計的過程中，也要設(shè)置配套的抗干擾預(yù)警系統(tǒng)，及時了解PLC設(shè)備和其他設(shè)備電路保護(hù)情況，維持整體應(yīng)用的規(guī)范性和科學(xué)性。最關(guān)鍵的是，設(shè)計模式結(jié)合存儲邏輯予以應(yīng)用處理，能有效依據(jù)外在接線和設(shè)備控制建立科學(xué)調(diào)制體系。

2 基于PLC的機械設(shè)備電氣自動化控制設(shè)計要點

2.1 設(shè)計原則

為了保證基于PLC機械設(shè)備電氣自動化控制設(shè)計的合理性，就要嚴(yán)格按照具體設(shè)計原則落實相關(guān)工作，保證技術(shù)活動能在滿足企業(yè)生產(chǎn)需求的同時，提升機械設(shè)備的應(yīng)用速度和產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，打造更加合理且科學(xué)有效的技術(shù)處理控制模式。

（1）在基于PLC機械設(shè)備電氣自動化控制工作中，要秉持全面性原則，也就是說，要結(jié)合工業(yè)特點和生產(chǎn)需求落實具體工作，確保相關(guān)內(nèi)容和設(shè)計分析模式都能符合標(biāo)準(zhǔn)，最關(guān)鍵的是，制作工序與設(shè)備控制內(nèi)容，要盡量匹配技術(shù)指標(biāo)，維持電氣自動化控制設(shè)計的時效性。只有全面維持技術(shù)能力和指標(biāo)的平衡性，才能保證PLC系統(tǒng)更加完整，為優(yōu)化整體應(yīng)用功效提供保障。

（2）要充分秉持經(jīng)濟(jì)性原則，保證相關(guān)設(shè)計內(nèi)容和模塊都能匹配經(jīng)濟(jì)要求，并且維持整體機械設(shè)備應(yīng)用效益的最優(yōu)化，真正實現(xiàn)效益成本管理的目標(biāo)。因此，一般是在策劃階段就結(jié)合機械設(shè)備電氣自動化控制標(biāo)準(zhǔn)，選取更加適宜的PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，維持設(shè)計方案的規(guī)范效果。與此同時，也要匹配相應(yīng)的驗證分析模式，結(jié)合市場元素以及動態(tài)對其效益予以預(yù)估，保證設(shè)計成果切實有效。

（3）要秉持可靠性原則，任何系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容都要將可靠性作為核心，在機械設(shè)備電氣自動化控制系統(tǒng)中融入PLC，要保證PLC的特征性和系統(tǒng)運行的標(biāo)準(zhǔn)相匹配，打造安全可行的處理模式，為PLC系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行提供保障。

（4）要秉持發(fā)展性原則，也就是說，要依據(jù)動態(tài)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)對PLC系統(tǒng)的融合模式予以考量，加之PLC技術(shù)也在不斷發(fā)展，這就需要系統(tǒng)設(shè)計分析的過程中要充分分析系統(tǒng)升級后續(xù)處理方案，為機械設(shè)備電氣自動化控制工作預(yù)留相應(yīng)的動態(tài)轉(zhuǎn)型空間，維持高兼容性和高發(fā)展性。

2.2 設(shè)計思路

在機械設(shè)備電氣自動化控制系統(tǒng)中融合PLC，要將設(shè)備自動動作作為關(guān)鍵，不僅能滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的基本需求，還要符合生產(chǎn)效率，打造較為合理有效的控制系統(tǒng)運行體系，具有較好的可靠性和安全性。最關(guān)鍵的是，基于PLC的系統(tǒng)能最大程度上實現(xiàn)集約化處理，大大增加成本優(yōu)勢，減少維護(hù)難度。

（1）結(jié)合電氣自動控制的基本流程，選取適宜的PLC，不僅能匹配電氣控制裝置改造的基本需求，還能打造完整的控制平臺，真正意義上實現(xiàn)產(chǎn)品性能的優(yōu)化目標(biāo)。

（2）要明確工藝流程以保證被控制對象確認(rèn)無誤，從而維持良好的工藝體系，實現(xiàn)最佳輸出設(shè)備的管理，并且，要集中統(tǒng)計I/O點數(shù)，確定點數(shù)才能匹配PLC的具體要求，實現(xiàn)自動化控制。

（3）完成硬件確認(rèn)工作后，就要依據(jù)工藝流程明確具體的控制程序，匹配自動化控制關(guān)鍵運作標(biāo)準(zhǔn)，并且結(jié)合工作流程有效出具系統(tǒng)控制流程圖，維持順序和條件的規(guī)范性。值得一提的是，要保證現(xiàn)場操作人員具備豐富的電氣設(shè)計經(jīng)驗和電氣控制知識儲備，才能更好地完成機械設(shè)備電氣自動化控制匹配PLC設(shè)計工作的工作。

2.3 系統(tǒng)功能指令

要想全面滿足工業(yè)控制的基本需求，PLC設(shè)定了過程控制、數(shù)據(jù)處理以及特殊功能指令模塊，統(tǒng)一稱為功能指令，能及時完成傳送、移位指令分析、算術(shù)運算和邏輯運算指令分析等工作，保證基于PLC的機械設(shè)備電氣自動化控制系統(tǒng)運行的科學(xué)性。

2.3.1 程序控制指令

要依據(jù)實際情況完善程序控制指令的設(shè)計，包括循環(huán)指令和跳轉(zhuǎn)指令。

（1）循環(huán)指令，F(xiàn)or表示指令循環(huán)的開始、Next表示指令循環(huán)的結(jié)束，一旦開啟循環(huán)模式，除非結(jié)合指令要求在循環(huán)內(nèi)部修改結(jié)束值，否則，循環(huán)就會一直運行到結(jié)束，再次開啟時，初始值Init傳送到指針內(nèi)容中，就能為機械設(shè)備電氣自動化控制系統(tǒng)的循環(huán)處理提供支持。

（2）跳轉(zhuǎn)指令，主要是實現(xiàn)程序流程的轉(zhuǎn)移和跳轉(zhuǎn)控制。

2.3.2 數(shù)據(jù)處理指令

以字節(jié)、字、雙字和實數(shù)的傳送為主，主要是在機械設(shè)備電氣自動化控制過程中，實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)到輸出傳送過程，按照輸入地址（IN）開始后N個數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷敵龅刂罚∣UT），其中，N為字節(jié)變量，數(shù)值范圍是1～225。與此同時，還能實現(xiàn)字節(jié)交換指令的處理，字節(jié)的交換指令結(jié)合輸入字節(jié)的結(jié)構(gòu)就能制定相應(yīng)的電氣自動化控制信號，保證應(yīng)用傳輸?shù)囊?guī)范性。

3 基于PLC的機械設(shè)備電氣自動化控制系統(tǒng)具體應(yīng)用

本文以對普通機床進(jìn)行機械電氣控制裝置改造項目為例，選擇CK9930PLC控制程序，借助PLC技術(shù)方案，有效打造更加合理的自動化控制電路，及時完成PLC控制程序下發(fā)的相關(guān)指令內(nèi)容，保證PLC控制程序能有效替代傳統(tǒng)繼電器。并且，在保留基礎(chǔ)控制功能的基礎(chǔ)上，優(yōu)化機床的整體應(yīng)用效能，為控制系統(tǒng)實際處理效率的升級提供保障，增設(shè)自動換刀和定時潤滑等自動化新功能單元，充分發(fā)揮PLC技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。

圖1 系統(tǒng)實物圖

3.1 程序設(shè)計

要想保證PLC應(yīng)用的合理性和規(guī)范性，要結(jié)合PLC編程的基本標(biāo)準(zhǔn)和要求，匹配對應(yīng)的指令表、結(jié)構(gòu)文本以及順序功能圖等，從而結(jié)合PLC程序完成模塊設(shè)計，保證相應(yīng)設(shè)計內(nèi)容能對整個控制系統(tǒng)予以管理，維持公用程序模塊、主軸模塊、坐標(biāo)模塊等控制單元的應(yīng)用效果，并且配合文字標(biāo)注以及機械圖輸出單元，最大程度上提高電氣控制裝置設(shè)計的規(guī)范性和合理性。

具體程序如下：（1）開始，啟動控制程序。（2）機械手取貨。（3）機械手對應(yīng)X軸和Y軸實現(xiàn)自上而下運動。（4）機械手到達(dá)貨位。（5）機械手開始相應(yīng)操作。（6）計時開始。（7）復(fù)位配合機械手升降、持有，然后拿去貨物。（8）系統(tǒng)復(fù)位。

在整個電氣控制裝置設(shè)計過程中，要借助PLC技術(shù)進(jìn)行貨物的判定，有貨則由機械手完成取貨工作，并且，盤復(fù)位、機械手升降、轉(zhuǎn)動等工序都要按照標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計模塊有序開展，最后完成系統(tǒng)復(fù)位。

除此之外，將PLC技術(shù)融合在機床控制工作中，要結(jié)合機械自動化運行的基本指令模式，確保PLC控制運行方式的靈活度和科學(xué)性都能滿足工作人員的實際需求，保證機械零件的相關(guān)處理工序匹配PLC編程的標(biāo)樁，從而提升工作的效率。

3.2 功能設(shè)計

基于PLC技術(shù)完成機械電氣自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化升級，也要保證可編程集中邏輯編輯器和上位機自動化控制流程相配合，并且借助打印機、上位機顯示等基礎(chǔ)處理方式更好地維護(hù)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性。

（1）實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，借助相應(yīng)的數(shù)據(jù)匯總采集處理模塊，就能及時完成數(shù)據(jù)的匯總控制，并且建立對應(yīng)的檢測模式，確保相應(yīng)數(shù)據(jù)能匹配數(shù)據(jù)庫對照分析依據(jù)，實時性完成數(shù)據(jù)采集分析。

（2）實現(xiàn)超限報警功能，對于整個系統(tǒng)而言，報警功能是基于PLC建立自動化控制模式的關(guān)鍵，配合屏幕顯示功能，及時對異常情況予以信號報警，并且配合信號的情況指導(dǎo)監(jiān)控人員開展相關(guān)處理工作。除此之外，借助PLC技術(shù)還能打造更加完整的控制體系，分為常規(guī)調(diào)節(jié)控制和特殊調(diào)節(jié)控制，有效減少系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，保證PLC技術(shù)支持下電氣設(shè)備自動診斷以及安全聯(lián)保工序的規(guī)范性，及時檢索問題并優(yōu)化處理效果。

（3）能實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和報表輸出的功能。

（4）能實現(xiàn)總線控制器執(zhí)行功能，融合機械電氣控制系統(tǒng)軟件開發(fā)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，建立基礎(chǔ)對話框后將X軸視為0軸，然后增設(shè)啟動等代碼，輸入控制代碼“d5400_decel_stop（0,0.01）；”就能完成程序功能的編寫。

3.3 模塊設(shè)計

基于PLC的電氣設(shè)備自動化控制模式中，PLC能輔助自動控制裝置設(shè)計的合理性，輸入輸出分配I/O模塊，就能維持同類型輸入和輸出的集合，不僅能實現(xiàn)連續(xù)分配，還能保證相應(yīng)單元的規(guī)范性。

（1）在共同程序模塊設(shè)計方案中，要保證原點程序設(shè)計的規(guī)范性，有效在數(shù)控加工處理作業(yè)開始前，刀架歸零，主軸控制程序借助PLC內(nèi)部時間繼電器就能完成延時控制處理，從而確保主軸結(jié)構(gòu)的正向和反向轉(zhuǎn)動都能滿足邏輯互鎖關(guān)系要求，避免控制功能切換時出現(xiàn)的故障問題。

（2）對坐標(biāo)軸控制模塊予以設(shè)計處理，主要是針對超程故障、驅(qū)動故障和坐標(biāo)軸停止等功能單元展開調(diào)控，以便于建立全面控制單元。

（3）要對報警處理程序內(nèi)容予以模塊化處理，配合模塊設(shè)計要求安裝定時潤滑控制程序單元，最大程度上保證機床潤滑系統(tǒng)運行的完整性和規(guī)范性。

（4）集合機床自動化控制方案的基本需求設(shè)置自動換刀控制程序，發(fā)揮PLC自動化控制技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，實現(xiàn)準(zhǔn)確、快速的換刀操作處理，能在優(yōu)化換刀效率的同時建立精準(zhǔn)的定位控制模塊，維持工序應(yīng)用的需求和標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 自動換刀

（5）結(jié)合PLC邏輯編程的基本內(nèi)容，也要建立誤動作防止模塊，建立完整的控制體系，結(jié)合設(shè)計初始化程序要求，實現(xiàn)計數(shù)器的實時性清零控制，并且能對輸出量展開復(fù)位動作處理，提高PLC對整個控制裝置設(shè)計精度的應(yīng)用管理水平。

4 結(jié)語

總而言之，基于PLC技術(shù)的電氣設(shè)備自動化控制系統(tǒng)能在維持機械自動化水平的同時，優(yōu)化其綜合應(yīng)用效率，建構(gòu)完整的自動化應(yīng)用進(jìn)程，實現(xiàn)自動化應(yīng)用目標(biāo)的同時，也對技術(shù)予以升級改造，為機械自動化水平的進(jìn)步奠定堅實基礎(chǔ)。