PLC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用探究

徐炳祥

（山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262500）

1 PLC技術(shù)概述

PLC技術(shù)即可編程控制器，該控制器的應(yīng)用可以將機(jī)械設(shè)備控制效率顯著提高，組成該控制器的主要結(jié)構(gòu)包括電源、中央處理器、編輯器、存儲(chǔ)器、輸出設(shè)備等。不同結(jié)構(gòu)的作用也存在很大的差異，其中PLC控制器的最核心的部分也是該技術(shù)的中樞為CPU，即中央處理器，相關(guān)數(shù)據(jù)信息、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等可以通過(guò)掃描進(jìn)入中央處理器中，由處理器進(jìn)行處理后通過(guò)編程器接收存儲(chǔ)，中央處理器負(fù)責(zé)診斷和分析PC運(yùn)行、指令執(zhí)行情況。存儲(chǔ)器主要負(fù)責(zé)調(diào)動(dòng)和管理系統(tǒng)程序、子程序、模塊系統(tǒng)，可以動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、參數(shù)，編程器是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基礎(chǔ)，如果編程器無(wú)法輸入信息，那么數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)將無(wú)從談起。輸入輸出裝置（I/O）連接于中央處理器和外部設(shè)備，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息的輸入和輸出。編程器作為整個(gè)控制系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的內(nèi)容，主要應(yīng)用于功能開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)檢查維護(hù)等，顯示器可以展示內(nèi)部相關(guān)參數(shù)信息，為控制人員提供直觀的參數(shù)，從而大大監(jiān)視、檢查、編輯、控制程序的目的。按照PLC規(guī)模構(gòu)造不同，本文按照表1所示方式將其劃分為以下類型。

表1 PLC主要類型

2 PLC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中發(fā)揮的重要作用

2.1 實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制

PLC控制系統(tǒng)大多為重量較輕的設(shè)備，有著十分便捷的安裝方式，操作較為靈活，能夠充分應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)等信息技術(shù)，也正是在計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代信息技術(shù)的輔助下，促使該技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)化了機(jī)械設(shè)備的開(kāi)發(fā)、調(diào)試等工作，有機(jī)融合機(jī)械和電氣系統(tǒng)，推動(dòng)機(jī)電工程朝著一體化控制方向發(fā)展進(jìn)步。

2.2 提升電氣控制裝置抗干擾能力

PLC系統(tǒng)的應(yīng)用改善了傳統(tǒng)機(jī)械電氣控制裝置缺乏足夠抗干擾能力的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了控制裝置抗干擾能力提升、運(yùn)行可靠性優(yōu)化的效果。傳統(tǒng)的電氣控制裝置容易受到電磁、外界信號(hào)等多方面因素的干擾，而PLC系統(tǒng)有效地解決了這些問(wèn)題，保證電氣控制裝置運(yùn)行更加穩(wěn)定，控制更加精準(zhǔn)。

2.3 優(yōu)化電氣控制系統(tǒng)工作流程

當(dāng)前，PLC技術(shù)的應(yīng)用范圍正在逐漸擴(kuò)大，在機(jī)械電氣控制裝置中，通過(guò)應(yīng)用該裝置可以實(shí)現(xiàn)控制工作的優(yōu)化，保證數(shù)據(jù)傳輸更加可靠、快速，融合電氣控制系統(tǒng)和PLC技術(shù)后，無(wú)論是電氣控制裝置還是PLC技術(shù)的應(yīng)用范圍，都得到了進(jìn)一步的拓展，實(shí)現(xiàn)了控制流程簡(jiǎn)化的目的。

2.4 機(jī)械設(shè)備自我檢測(cè)

PLC技術(shù)可以對(duì)機(jī)械電氣裝置的運(yùn)行情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，同時(shí)具備自我檢測(cè)功能，控制系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問(wèn)題可以及時(shí)發(fā)出警示，保證工作人員及時(shí)快速地將問(wèn)題原因確定，并且第一時(shí)間解決問(wèn)題，盡可能地降低故障問(wèn)題引發(fā)的后果。在電氣控制裝置中，應(yīng)用自我檢測(cè)功能可以更好地發(fā)揮控制系統(tǒng)的作用，將不良因素產(chǎn)生的影響降低。

2.5 簡(jiǎn)化操作過(guò)程

傳統(tǒng)的機(jī)械電氣控制很多工作需要人員完成，對(duì)工作人員的專業(yè)性有著較高要求，而PLC技術(shù)簡(jiǎn)化了機(jī)械電氣控制流程，不但可以簡(jiǎn)化操作，還可以將控制效果提升。在機(jī)械電氣控制裝置中，應(yīng)用PLC技術(shù)顯著降低了操作人員的工作強(qiáng)度，有助于推動(dòng)機(jī)械電氣控制裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化創(chuàng)新。

2.6 豐富技術(shù)功能

將PLC技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械電氣控制裝置中，可以及時(shí)獲得準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)，并且有效處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)。比如，可以整合處理機(jī)械電氣控制裝置的運(yùn)行信息，工作人員只需要查看屏幕上顯示的相關(guān)內(nèi)容，就能夠客觀準(zhǔn)確地判斷電氣設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)的故障，檢測(cè)系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)還可以根據(jù)故障情況發(fā)出警示或者直接暫停生產(chǎn)。

3 PLC技術(shù)的應(yīng)用

3.1 機(jī)械設(shè)備安全檢測(cè)

利用PLC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控檢測(cè)機(jī)械電氣系統(tǒng)的運(yùn)行情況，其利用傳感器采集數(shù)據(jù)信息并且利用輸入輸出設(shè)備傳遞給中央處理器，達(dá)到自動(dòng)化、數(shù)字化管理的效果。PLC系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在故障問(wèn)題，可以自我分析定位，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，如果故障較為嚴(yán)重，還可以自動(dòng)中斷設(shè)備運(yùn)行，以免產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。管理人員通過(guò)屏幕顯示的異常情況及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。比如，煤炭分裝器有著十分簡(jiǎn)單的裝置構(gòu)造，通過(guò)應(yīng)用PLC技術(shù)能夠遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控裝置的運(yùn)行情況，管理者只需要在中心顯示器上查看各項(xiàng)數(shù)據(jù)，就能夠動(dòng)態(tài)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并且通過(guò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度管理設(shè)備設(shè)施，避免發(fā)生機(jī)械故障。

3.2 開(kāi)關(guān)邏輯控制

機(jī)械電氣控制裝置中開(kāi)關(guān)較多，這些開(kāi)關(guān)是控制機(jī)械的關(guān)鍵所在，將PLC技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)控制裝置中，能夠利用工學(xué)效果進(jìn)行邏輯開(kāi)關(guān)的控制。將PLC技術(shù)應(yīng)用于繼電保護(hù)器中，可以大幅度提高保護(hù)器的自動(dòng)化開(kāi)關(guān)控制的效果。利用PLC芯片技術(shù)能夠?qū)⒃镜臋C(jī)電保護(hù)裝置替換，促使電氣控制逐漸朝著自動(dòng)化、多元化方向發(fā)展。總之，利用PLC技術(shù)進(jìn)行開(kāi)關(guān)邏輯控制，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械電氣控制裝置功能優(yōu)化的效果。

3.3 機(jī)械控制

傳統(tǒng)控制技術(shù)通常僅僅可以一對(duì)一控制設(shè)備，這導(dǎo)致其應(yīng)用受到了很大的局限，而現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中使用的機(jī)械設(shè)備類型、數(shù)量煩瑣，機(jī)械控制有著十分復(fù)雜的過(guò)程，加上機(jī)械設(shè)備長(zhǎng)期在復(fù)雜的環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)，出現(xiàn)故障的概率大大增加。利用PLC技術(shù)可以自動(dòng)化控制機(jī)械電氣裝置，簡(jiǎn)化、優(yōu)化電氣控制環(huán)節(jié)，將機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障的概率降低。PLC技術(shù)將傳統(tǒng)的控制技術(shù)簡(jiǎn)化，為線路傳輸提供便捷，將該技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械電氣控制裝置中省略了返回系數(shù)、節(jié)點(diǎn)變位時(shí)間等程序，能夠大幅度提升數(shù)據(jù)的處理速度?，F(xiàn)如今，智能控制、電算化、自動(dòng)化逐漸取代了傳統(tǒng)人工控制方式，將人為因素降低，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.4 分散式控制系統(tǒng)

PLC技術(shù)可以集中控制分散式的系統(tǒng)，在實(shí)際生產(chǎn)中，針對(duì)不同的程序管控分散裝置控制對(duì)象。PLC技術(shù)能夠針對(duì)不同的分散系統(tǒng)發(fā)出不同的指令，管控不同的項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)不同程序的有效控制，將機(jī)械生產(chǎn)控制水平提升。該技術(shù)能夠全面監(jiān)控分散式系統(tǒng)運(yùn)行中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸效果的提升。

3.5 集中式控制系統(tǒng)

集中控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)總控系統(tǒng)控制功能改善優(yōu)化的效果，實(shí)現(xiàn)機(jī)械電氣裝置安全性的提升。利用PLC技術(shù)可以加強(qiáng)控制整體開(kāi)關(guān)，達(dá)到機(jī)械設(shè)備運(yùn)行效率和生產(chǎn)效率的提升，優(yōu)化集中控制效果。

4 PLC技術(shù)的具體應(yīng)用

本文以對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行機(jī)械電氣控制裝置改造項(xiàng)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(dòng)化控制電路，及時(shí)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(jī)床的整體應(yīng)用效能，為控制系統(tǒng)實(shí)際處理效率的升級(jí)提供保障，增設(shè)自動(dòng)換刀和定時(shí)潤(rùn)滑等自動(dòng)化新功能單元，充分發(fā)揮PLC技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

4.1 程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括以下幾方面：（1）開(kāi)始/啟動(dòng)控制程序；（2）機(jī)械手取貨；（3）建立X、Y軸，保證機(jī)械手可以自上而下運(yùn)動(dòng)；（4）機(jī)械手達(dá)到貨位；（5）機(jī)械手操作；（6）計(jì)時(shí)；（7）復(fù)位系統(tǒng)，配合機(jī)械手升降、持有、拿取貨物；（8）系統(tǒng)復(fù)位。

工作人員借助PLC技術(shù)判定貨物狀態(tài)，利用機(jī)械手進(jìn)行操作，按照標(biāo)準(zhǔn)化的模塊有序完成各項(xiàng)操作。此外，在機(jī)床控制中應(yīng)用PLC技術(shù)還可以自動(dòng)完成指令操作，通過(guò)靈活地使用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)保證滿足生產(chǎn)需要。

4.2 功能設(shè)計(jì)

通過(guò)合理應(yīng)用PLC技術(shù)升級(jí)改造機(jī)械電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)后，可以配合可編程集中邏輯編輯器和上位機(jī)自動(dòng)化控制流程，更好地維護(hù)和操作系統(tǒng)，將打印機(jī)、上位機(jī)等基礎(chǔ)處理的穩(wěn)定性、安全性提高。

（1）采集數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)匯總采集模塊匯總并且控制數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建檢測(cè)和數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)對(duì)比分析確定采集的數(shù)據(jù)的完整性。（2）超限報(bào)警。在PLC系統(tǒng)中，非常關(guān)鍵的一項(xiàng)內(nèi)容就是報(bào)警功能，通過(guò)和屏幕顯示功能相配合能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并且釋放報(bào)警信號(hào)，由監(jiān)控管理人員根據(jù)信號(hào)指示及時(shí)處理相關(guān)問(wèn)題。此外，利用PLC技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)特殊調(diào)節(jié)控制和常規(guī)調(diào)節(jié)控制達(dá)到控制體系完善優(yōu)化、降低故障發(fā)生概率的效果，實(shí)現(xiàn)規(guī)范性、安全性地診斷電氣系統(tǒng)，提高電氣控制系統(tǒng)的處理效果。（3）存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并且輸出報(bào)表功能。（4）融合機(jī)械電氣控制系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行總線控制器執(zhí)行功能優(yōu)化，以X軸為0軸建立基礎(chǔ)對(duì)話框，然后進(jìn)行啟動(dòng)等代碼的編寫(xiě)，將“d5400_decel_stop（0,0.01）；”控制代碼輸入即可。

4.3 模塊設(shè)計(jì)

在電氣設(shè)備控制模式中，應(yīng)用PLC技術(shù)能夠合理地設(shè)計(jì)自動(dòng)控制裝置，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)集合同類型數(shù)據(jù)信息的輸入輸出，連續(xù)、規(guī)范地分配相應(yīng)單元數(shù)據(jù)信息。具體來(lái)講，模塊設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括以下幾點(diǎn)。

（1）按照規(guī)范要求，做好共同程序模塊設(shè)計(jì)方案中的原點(diǎn)程序設(shè)計(jì)，在數(shù)控加工處理作業(yè)開(kāi)始前，有效歸零處理刀架，借助PLC內(nèi)部時(shí)間繼電器完成株洲控制程序的延時(shí)控制處理，保證按照邏輯互鎖關(guān)系要求控制主軸結(jié)構(gòu)正向和反向轉(zhuǎn)動(dòng)，避免切換道具時(shí)發(fā)生功能性故障。（2）設(shè)計(jì)坐標(biāo)軸控制模塊時(shí)，注意調(diào)控超程故障、驅(qū)動(dòng)故障和坐標(biāo)軸停止等功能單元，保證全面控制各個(gè)單元。（3）模塊化處理報(bào)警程序內(nèi)容確保能夠和定時(shí)潤(rùn)滑控制程序單元相符合，將機(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)的完整性、規(guī)范性提高。（4）設(shè)置換刀控制程序?qū)LC自動(dòng)控制的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，保證換刀操作快速、準(zhǔn)確，同時(shí)做好定位控制模塊將換刀精確性提高。（5）建立防止誤動(dòng)控制模塊，結(jié)合設(shè)計(jì)初始化程序要求實(shí)時(shí)性地清零計(jì)數(shù)器，并且復(fù)位處理輸出量，將整個(gè)裝置控制的精確性提高，充分發(fā)揮PLC技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，在機(jī)械電氣控制裝置中，應(yīng)用PLC技術(shù)能夠在提高機(jī)械自動(dòng)化控制能力的同時(shí)，加強(qiáng)綜合應(yīng)用效率的提升，提高電氣控制裝置的自動(dòng)化控制水平。本文以普通機(jī)床改造為例，分析了PLC技術(shù)的具體應(yīng)用措施，這為推動(dòng)機(jī)床朝著機(jī)械自動(dòng)化方向發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。