PLC在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用

汪 蕓

（江蘇省張家港中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校，張家港 215699）

工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)的不斷革新與發(fā)展，使得我國(guó)智能化的機(jī)械管理能夠更好地提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammable Logic Controller，PLC）能夠更好地實(shí)現(xiàn)集散與總控的線(xiàn)路布設(shè)模式，將機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行與設(shè)備管控結(jié)合，在多個(gè)機(jī)械設(shè)備同時(shí)運(yùn)行和復(fù)雜的電氣系統(tǒng)管理中具有顯著優(yōu)勢(shì)，是促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化發(fā)展、機(jī)械設(shè)備無(wú)人化和智能化管理的重要技術(shù)手段之一。

1 PLC的概念和優(yōu)勢(shì)

1.1 PLC的概念

PLC是隨著機(jī)械化與自動(dòng)化生產(chǎn)的快速發(fā)展而發(fā)展的新的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，可以通過(guò)獲取當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行快速對(duì)比分析，并利用軟件系統(tǒng)的編輯功能發(fā)出相應(yīng)的操作指令，使整個(gè)過(guò)程更加高效

便捷。PLC主要通過(guò)計(jì)算機(jī)端口連接的方式實(shí)現(xiàn)串聯(lián)，通過(guò)不同的軟件設(shè)計(jì)有效提升機(jī)械設(shè)備運(yùn)行管理的多樣性和功能服務(wù)的全面性[1]。

1.2 PLC的優(yōu)勢(shì)

PLC具有靈活的布線(xiàn)方式，在應(yīng)用和管理上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。特別是其內(nèi)置的存儲(chǔ)器，可以全程記錄機(jī)械電氣設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程，更好地開(kāi)發(fā)個(gè)性化的管理與服務(wù)功能。PLC依靠計(jì)算機(jī)中央處理器（Central Processing Unit，CPU）完成海量數(shù)據(jù)信息的對(duì)比和處理，控制效率更高效，特別是在一些緊急操作的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)快速響應(yīng)。PLC系統(tǒng)中集成的輸入/輸出（Input/Output，I/O）接口和機(jī)械電氣系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)等具有較好的兼容適配性，將其加載在原有的機(jī)械系統(tǒng)中十分簡(jiǎn)便，不會(huì)對(duì)原有的設(shè)備布線(xiàn)造成重大影響，且新的功能完全可以通過(guò)軟件編程方式進(jìn)行升級(jí)更新，整體應(yīng)用成本更加可控，因此得到了廣泛應(yīng)用[2]。

2 PLC控制系統(tǒng)的線(xiàn)路布設(shè)類(lèi)型

2.1 集散控制系統(tǒng)

集散管理是指在眾多機(jī)械設(shè)備共同運(yùn)行的過(guò)程中，按照終端分散連接方式對(duì)其展開(kāi)統(tǒng)一管理，通過(guò)不同的模塊劃分提升機(jī)械電氣管理工作的有效性。在集散控制系統(tǒng)中，通過(guò)計(jì)算機(jī)和通信等技術(shù)將PLC和機(jī)械設(shè)備連接。當(dāng)出現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)交叉時(shí)，可以從系統(tǒng)的軟件設(shè)備方面進(jìn)行優(yōu)化，使其能夠分別完成不同設(shè)備的監(jiān)控管理需求。集散管理系統(tǒng)中的集成化應(yīng)用主要是指各個(gè)模塊的信息在統(tǒng)一回傳和處理時(shí)需要通過(guò)中控平臺(tái)和CPU進(jìn)行分析，利用其高效的運(yùn)算能力提升系統(tǒng)的控制效果[3-4]。

2.2 總線(xiàn)控制系統(tǒng)

總線(xiàn)控制的PLC系統(tǒng)的布線(xiàn)方式在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，特別是對(duì)于大規(guī)模的設(shè)備集成化管理，可以精確地通過(guò)總線(xiàn)和模塊的連接方式高效控制每個(gè)終端設(shè)備，具有高精度和高運(yùn)行效率的控制優(yōu)勢(shì)。當(dāng)PLC系統(tǒng)需要響應(yīng)某個(gè)操作指令時(shí)，只需要總線(xiàn)和對(duì)應(yīng)設(shè)備連接線(xiàn)路，就可以有效規(guī)避原有繼電器控制過(guò)程中數(shù)百根線(xiàn)路同時(shí)通路才能實(shí)現(xiàn)的缺點(diǎn)?？刂茣r(shí)選擇不同的線(xiàn)路響應(yīng)可以滿(mǎn)足不同的操作指令要求，減少了機(jī)械化生產(chǎn)管理的運(yùn)行成本，提高了相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 PLC在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用分析

3.1 優(yōu)化基本控制

應(yīng)用PLC前，必須明確該機(jī)械電氣生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)和實(shí)際功能，確保系統(tǒng)的基本控制邏輯結(jié)構(gòu)更具科學(xué)性。PLC系統(tǒng)信息交互功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中會(huì)涉及一些其他網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，例如在系統(tǒng)的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)中需要提前編制對(duì)應(yīng)的操作軟件，將相關(guān)的指令內(nèi)容和信息傳輸至控制計(jì)算機(jī)[5]。在數(shù)控（Numerical Control，NC）控制端匯合主控制器和機(jī)械設(shè)備控制間形成較好的銜接，一般會(huì)考慮通過(guò)總線(xiàn)連接方式優(yōu)化控制效果，確保數(shù)字信息有效輸出。在CPU處不僅需對(duì)PLC系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行信息的分析處理和控制器形成并聯(lián)模式，還需要內(nèi)置存儲(chǔ)卡保留PLC系統(tǒng)的諸多運(yùn)行信息，一旦發(fā)生故障，可為技術(shù)人員提供參考。

3.2 建立中控模式

中控管理模式不僅能夠更好地滿(mǎn)足大規(guī)模機(jī)械電氣系統(tǒng)的管理應(yīng)用需求，而且可以為企業(yè)節(jié)約人工管理成本。技術(shù)人員只需要在中控平臺(tái)內(nèi)監(jiān)控總臺(tái)數(shù)據(jù)反饋的信息，就可以較好地掌握當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。PLC中控平臺(tái)的建立和車(chē)間內(nèi)的設(shè)備分布、模塊劃分以及線(xiàn)路布設(shè)等存在緊密聯(lián)系，需要將PLC系統(tǒng)內(nèi)的線(xiàn)控接口與機(jī)械電氣系統(tǒng)中的運(yùn)行線(xiàn)路有效連接，確保兼容后更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的雙向交互[6]。相較于各模塊單一線(xiàn)路管理的運(yùn)行模式，中控系統(tǒng)通過(guò)較為復(fù)雜的線(xiàn)路布設(shè)可實(shí)現(xiàn)管理上的節(jié)約與高效，滿(mǎn)足了自動(dòng)化生產(chǎn)的管控需求。

3.3 調(diào)整邏輯系統(tǒng)

邏輯響應(yīng)是PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管控功能的重要前提，在編制過(guò)程中必須先明確機(jī)械電氣設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，如不同的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式都有可能影響系統(tǒng)的信號(hào)運(yùn)行傳遞。機(jī)械電氣設(shè)備的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)控制在PLC系統(tǒng)的邏輯編程設(shè)計(jì)上存在較大差異。對(duì)于模擬信號(hào)量的等效判斷會(huì)直接影響開(kāi)關(guān)指令的有效性，因此必須提前根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整測(cè)算[7]。只有明確控制量，才能夠更好地編制PLC系統(tǒng)的軟件邏輯。在不同的PLC系統(tǒng)線(xiàn)路規(guī)劃過(guò)程中，可能存在模塊連鎖問(wèn)題。因此，必須重視抑制其中的運(yùn)行干擾信號(hào)和優(yōu)化接地保護(hù)，有效避免誤觸和斷電等情況造成的PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理邏輯混亂。

3.4 強(qiáng)調(diào)功能物聯(lián)

隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，PLC系統(tǒng)能夠更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)機(jī)械電氣設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)和管理。每個(gè)設(shè)備都是PLC系統(tǒng)的重要響應(yīng)終端，對(duì)提升管理效率具有積極影響。例如，在集散系統(tǒng)中，每個(gè)機(jī)械電氣設(shè)備都能夠通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)和管控平臺(tái)建立對(duì)應(yīng)的通路，有利于更好地發(fā)展信息雙向交互的特點(diǎn)，且機(jī)械電氣設(shè)備的運(yùn)行與不同的工業(yè)生產(chǎn)流程之間能夠形成更加高效的配合，以實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)的多環(huán)節(jié)多設(shè)備控制[8]。PLC系統(tǒng)獲取大量的設(shè)備運(yùn)行信息后，可通過(guò)智能控制和云平臺(tái)建設(shè)的方式實(shí)現(xiàn)管理功能的拓展。服務(wù)模塊、用戶(hù)終端和設(shè)備管理之間通過(guò)有效連接可以擴(kuò)大PLC系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，是工業(yè)生產(chǎn)邁向智能化和現(xiàn)代化的重要體現(xiàn)。某工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械電氣控制示意圖，如圖1所示。

3.5 電氣系統(tǒng)管理

機(jī)械電氣系統(tǒng)管理工作需要從更加全面的角度出發(fā)，著重關(guān)注在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中存在的各類(lèi)故障風(fēng)險(xiǎn)，充分利用控制系統(tǒng)中的自檢功能進(jìn)行全面管控。常規(guī)的定期檢修需要按照機(jī)械電氣設(shè)備的使用時(shí)間安排，但在一些高頻次的加工過(guò)程中很可能出現(xiàn)個(gè)別設(shè)備的故障問(wèn)題。PLC系統(tǒng)可以直接鎖定出現(xiàn)隱患故障的設(shè)備，明確檢修運(yùn)維人員的目標(biāo)，有效縮短設(shè)備維修的時(shí)間成本[9]。

3.6 流程操作調(diào)控

不同的生產(chǎn)流程對(duì)PLC系統(tǒng)的應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生不同的影響。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，PLC系統(tǒng)可以通過(guò)優(yōu)化調(diào)整流程來(lái)提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量。比如，機(jī)械產(chǎn)品加工中的手臂位置控制，包括上升下降、左右位移和加緊送來(lái)等過(guò)程，需要機(jī)械臂在每個(gè)操作環(huán)節(jié)中精確控制其所處的位置。加緊操作過(guò)程中，還會(huì)涉及與其他機(jī)械設(shè)備之間的配合加工，而機(jī)械臂必須保持延時(shí)穩(wěn)定的狀態(tài)才能實(shí)現(xiàn)良好的配合。

3.7 設(shè)備運(yùn)維監(jiān)控

對(duì)機(jī)械電氣設(shè)備的運(yùn)維管理是PLC系統(tǒng)最重要的功能，特別是在短時(shí)掉電、設(shè)備故障等情況下，可以快速發(fā)出切斷操作的指令并進(jìn)行警報(bào)處理，保護(hù)生產(chǎn)企業(yè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。例如，在煤炭生產(chǎn)企業(yè)中，需要全程監(jiān)控和記錄壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，而普通的機(jī)電控制無(wú)法保證精確度和適配性，必須通過(guò)PLC系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)控。PLC系統(tǒng)的邏輯判斷和分析完全參照機(jī)械電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的相關(guān)信息要求，經(jīng)過(guò)分析判斷發(fā)出對(duì)應(yīng)的調(diào)整指令，并對(duì)其不斷進(jìn)行優(yōu)化，以提高設(shè)備的運(yùn)行效率。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，設(shè)備回傳信息包括溫度、壓力和功率等。PLC系統(tǒng)中的參數(shù)調(diào)控依照這些數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值信息對(duì)比，是一種科學(xué)的設(shè)備運(yùn)維監(jiān)控過(guò)程。

4 結(jié)語(yǔ)

PLC系統(tǒng)中的集散控制和總線(xiàn)控制與大規(guī)模的機(jī)械生產(chǎn)能夠形成更好的適配性，特別是在機(jī)械電氣控制裝置中可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人化生產(chǎn)管理。在PLC線(xiàn)路的邏輯開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)中，必須充分考慮機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)和管理需求。在不同需求下，PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)的分析等會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，更有利于保障系統(tǒng)指令的科學(xué)性。通過(guò)PLC模塊可以更好地優(yōu)化和調(diào)控機(jī)械生產(chǎn)流程，對(duì)存在風(fēng)險(xiǎn)隱患的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)隔離關(guān)閉和運(yùn)維監(jiān)控，有效維護(hù)企業(yè)的生產(chǎn)安全。