ＰＬＣ 技術(shù)在機械電氣控制裝置中的應(yīng)用

摘 要 文章以PLC 技術(shù)在機械電氣控制裝置中的應(yīng)用為研究方向 在對PLC 關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述與分析的基礎(chǔ)上對PLC 技術(shù)在機械電氣控制裝置系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了討論以期為機械電氣控制裝置設(shè)計提供理論指導(dǎo)與幫助

關(guān)鍵詞PLC 技術(shù) 機械電氣 機械電氣控制裝置

中圖法分類號tp273? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼a

ＰＬＣ，中文全稱為可編程控制器，基本定義為一種借助計算機技術(shù)、信息技術(shù)和自動化控制技術(shù)來實現(xiàn)編程與控制的裝置，其具有較好的通用性。以ＰＬＣ 技術(shù)為依托生產(chǎn)出的ＰＬＣ 裝置內(nèi)部含有一個微處理器，該處理器能控制裝置的運行狀態(tài)，實現(xiàn)裝置的穩(wěn)定運行。ＰＬＣ 技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、機械電氣控制領(lǐng)域，不僅保障了控制機械生產(chǎn)、電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行，且在一定程度上降低了控制系統(tǒng)的維護費用。因此，ＰＬＣ 技術(shù)在現(xiàn)代機械電氣控制領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用價值。

１ ＰＣＬ 技術(shù)在機械電氣控制裝置中的關(guān)鍵技術(shù)

１．１ 基礎(chǔ)單元

ＰＬＣ 硬件部分由ＰＬＣ 與ＩＯ 裝置組成，如表１所列。

１．２ 設(shè)計流程

ＰＬＣ 是按照指令模式工作，將用戶程序按照一定順序進(jìn)行存儲，不管使用者程序是否在運行，其都會重復(fù)寫入工作流程。ＰＬＣ 設(shè)計流程如圖１ 所示。

１．２．１ 自診斷階段

在掃描前，ＣＰＵ 執(zhí)行重置、監(jiān)控計時器、硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等操作。當(dāng)出現(xiàn)異常時，ＰＬＣ 啟動故障指示燈，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置狀態(tài)進(jìn)行判定，從而將故障性質(zhì)顯示出來。若為一般故障，則只警告不停機，等待處理。若出現(xiàn)重大故障，則可讓ＰＬＣ 停止工作。值得注意的是，自診斷所需時間相對固定，且不同型號的ＰＬＣ 也會有所不同。

１．２．２ 執(zhí)行用戶程序階段

ＣＰＵ 讀取各個繼電器的當(dāng)前狀態(tài)，并按照用戶程序提供邏輯關(guān)系進(jìn)行邏輯操作。按照先左后右、先上后下的順序，依次對用戶程序進(jìn)行說明與實施。

１．２．３ ＩＯ 刷新階段

在ＩＯ 刷新階段中，ＣＰＵ 讀取各個輸入端的狀態(tài)信息，并將輸出端狀態(tài)寫進(jìn)ＰＬＣ。此時，ＰＬＣ 與外部暫時隔絕，即無論輸入端狀態(tài)如何改變，其寫入內(nèi)容都是相同的，只有在下一次ＩＯ 刷新期間才會被寫入。ＣＰＵ 通過將輸出繼電器工作狀態(tài)傳輸至ＰＬＣ 輸出，從而使外部執(zhí)行部件工作。

１．２．４ 外設(shè)端口服務(wù)階段

ＣＰＵ 將與外部接口相連外部設(shè)備進(jìn)行通信。ＰＬＣ 在完成以上各個步驟后，再次回到共同過程中，重復(fù)進(jìn)行掃描。同時，ＰＬＣ 循環(huán)掃描模式也為ＰＬＣ 實現(xiàn)死循環(huán)自我診斷。在ＰＬＣ 中設(shè)有監(jiān)控計時器，其定時時間可被設(shè)定為比使用者程序掃描時間更長，并且在每一次掃描后，都會重新設(shè)置監(jiān)控計時器。比如，程序執(zhí)行如果因ＣＰＵ 內(nèi)部錯誤而陷入死循環(huán)，那么此時監(jiān)控計時器就會超出監(jiān)控計時器計時，從而導(dǎo)致ＰＬＣ 停止工作，并提醒使用者檢查錯誤。

１．３ ＰＬＣ 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

ＰＬＣ 機械控制流程設(shè)計如圖２ 所示。ＰＬＣ 控制設(shè)計步驟如表２ 所列。

２ ＰＬＣ 技術(shù)在機械電氣控制裝置系統(tǒng)中的設(shè)計

將ＰＬＣ 技術(shù)用于機械電氣控制裝置，應(yīng)首先明確其所采用的類型。由于ＰＬＣ 技術(shù)種類不同，其功能也各不相同，若要達(dá)到更高精度，則要根據(jù)ＰＬＣ 特性來選擇合適的控制器，以保證其性能最大化。將設(shè)計理念寫在圖紙上，通過圖紙來表達(dá)自己想法，再通過對這些想法進(jìn)行分析與思考，來決定其他細(xì)節(jié)，從而作出相應(yīng)的修改。目前，ＰＬＣ 技術(shù)中機械、電子設(shè)備主電路、控制電路、保護電路等應(yīng)重點考慮［１］ 。

２．２ 順序控制

目前，大部分企業(yè)都是把ＰＬＣ 技術(shù)當(dāng)作序列控制器來使用。比如，在火力發(fā)電廠除塵系統(tǒng)中，順序控制必不可少，而在發(fā)電的時候，影響最直接的就是電力系統(tǒng)自動控制。電力系統(tǒng)運行效率是衡量電力系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。因此，在電力系統(tǒng)中ＰＬＣ 技術(shù)應(yīng)用越來越受到重視。ＰＬＣ 技術(shù)應(yīng)用，極大地降低了生產(chǎn)、人力成本，員工可在控制室內(nèi)使用軟件進(jìn)行控制與監(jiān)視，既節(jié)省大量人力，又提高生產(chǎn)效率。

２．３ 通信網(wǎng)絡(luò)

在ＰＬＣ 控制系統(tǒng)設(shè)計中，通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它的整體連接要通過通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，從而達(dá)到對整個機械電氣控制裝置的控制與管理。ＰＬＣ通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計包括通信網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計時，主從總線與各個層次子網(wǎng)都有不同配置，其中主從總線通信模式應(yīng)按１：Ｎ 格式進(jìn)行，而各個子網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)則可分為３～４ 級，通過合理通信網(wǎng)路設(shè)計，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制與管理。

２．４ 接地設(shè)計

接地設(shè)計是機械電氣控制裝置中ＰＬＣ 技術(shù)的最后一步，其對整個系統(tǒng)穩(wěn)定也有很大影響，所以應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計。在實際應(yīng)用中，許多設(shè)計者往往忽視這一重要環(huán)節(jié)，如接地設(shè)計過于隨便，不但無法達(dá)到接地效果，而且會嚴(yán)重影響機械電氣控制系統(tǒng)穩(wěn)定。首先，應(yīng)嚴(yán)格遵守國家有關(guān)技術(shù)政策，確保電氣設(shè)備、人員安全以及經(jīng)濟、可靠供電；其次，應(yīng)結(jié)合工程規(guī)模、工程特點、地質(zhì)特點與發(fā)展計劃，對機械電氣控制設(shè)備接地設(shè)計進(jìn)行科學(xué)設(shè)計；最后，從節(jié)能角度出發(fā)，機械電氣控制設(shè)備接地設(shè)計要注意節(jié)約銅、有色金屬等。從多個角度出發(fā)，進(jìn)行科學(xué)、合理、規(guī)范、安全的接地設(shè)計，確保ＰＬＣ 技術(shù)在機械電氣控制裝置上的使用［２］ 。

２．５ 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是由機械電氣控制系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、攔包機、導(dǎo)料擺板等組成，其結(jié)構(gòu)是通過安裝在分料帶上的光電傳感器來識別煤炭進(jìn)入分箱狀態(tài)，ＰＬＣ 系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制煤炭進(jìn)入分箱時間計算，最后通過相關(guān)軟件完成操作臺上開關(guān)控制。另外，系統(tǒng)可設(shè)定貨物重量，在出現(xiàn)交通堵塞情況下，可自動切斷電源，實現(xiàn)自我防護。實際選用時，通常選用日本ＯＭＲＯＮ 微型ＰＬＣ 控制器，設(shè)定Ｉ／０ 時，可設(shè)定輸出１６，２４，共計４０ 點。將ＰＬＣ 技術(shù)應(yīng)用于機械電氣控制裝置中，需要采用下層ＰＬＣ 與上位計算機相結(jié)合的方式，合理、高效地安裝在系統(tǒng)中。控制室內(nèi)分別安裝ＰＬＣ 主控制器，２ 個主控制器互不接觸，各自工作。３ 個ＰＬＣ 主程序分別負(fù)責(zé)采集３ 個控制室數(shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)傳送至煤礦車間ＰＬＣ 主機上，由ＣＰＵ 將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、處理，然后將數(shù)據(jù)傳送至各ＰＬＣ 主機上，再由主機完成對組成集控系統(tǒng)各子系統(tǒng)控制，從而實現(xiàn)智能化、自動化、科學(xué)化工作［３］ 。

ＰＲＯＦＩＢＵＳ 是現(xiàn)場總線技術(shù)，主要應(yīng)用于工廠自動化車間層面監(jiān)測、現(xiàn)場設(shè)備層面數(shù)據(jù)通信與控制。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)分散數(shù)字化控制與現(xiàn)場通信，實現(xiàn)從現(xiàn)場設(shè)備到車間實時監(jiān)測，為企業(yè)一體化、現(xiàn)場設(shè)備智能化提供切實可行的途徑。ＰＲＯＦＩＢＵＳ 是典型與遠(yuǎn)程Ｉ／ Ｏ （ ＤｉｇｉｔａｌＩ／ Ｏ） 通信方式?？刹捎貌煌瑥S商ＰＲＯＦＩＢＵＳ 裝置。該裝置包括一般輸入輸出模塊，馬達(dá)控制器與ＰＬＣ。在ＰＲＯＦＩＢＵＳ 網(wǎng)絡(luò)中，一般由主站與幾個Ｉ／ Ｏ 從站組成，主站類型與編號是通過主站初始化來實現(xiàn)的，主站點持續(xù)地讀取與寫入站點數(shù)據(jù)。當(dāng)ＤＰ 主站點在成功地配置ＤＰ 從站后，就將擁有一個從站設(shè)備。若有另外的主站裝置在網(wǎng)絡(luò)上，則其從站存取將會受限。ＷｉｎＣＣ 與ＰＬＣ 具有很強的通信能力，且具有良好的靈活性與高可靠性。

２．６ 開關(guān)量

在傳統(tǒng)自動開關(guān)控制中，一般都是采用電磁繼電器來實現(xiàn)，因為操作點較多，而且系統(tǒng)接線操作比較復(fù)雜， 所以其控制可靠性與穩(wěn)定性都會受到各種外部因素影響，從而造成工作效率低下。對此，應(yīng)在電氣自動控制系統(tǒng)中對繼電器進(jìn)行改造或更換，從而嚴(yán)格控制工作過程中觸頭失效的概率。在完成設(shè)計后，利用斷路器對整個系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，并對系統(tǒng)中的故障部件進(jìn)行改進(jìn)，以提高其整體利用率。例如，在交通系統(tǒng)中，ＰＬＣ 設(shè)備控制技術(shù)４ 個皮帶輸送機都使用２ 個功率１６０ ｋＷ 與６６０ Ｖ 的電機，而該系統(tǒng)輸送能力是４００ｔ ／ 小時。采用開度控制，先起動最后一架皮帶輸送機，然后按一定順序進(jìn)行起動。在運輸完成后，通過控制開關(guān)將皮帶輸送機前后順序停下來，使運輸過程中的控制效率大幅提高?？紤]到未來生產(chǎn)發(fā)展與技術(shù)改善，ＰＬＣ 容量應(yīng)該有合理范圍，通常為１０％～１５％。隨著技術(shù)進(jìn)步，對控制系統(tǒng)需求將會越來越大。因此，在設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮未來發(fā)展與改進(jìn)，應(yīng)在ＰＬＣ 信號與輸入／ 輸出模塊選取上預(yù)留一定空間［４］ 。

２．７ 閉環(huán)控制

閉環(huán)控制是傳統(tǒng)ＰＬＣ 控制系統(tǒng)的重要組成部分，能在設(shè)備內(nèi)部部件出現(xiàn)故障后，對其進(jìn)行調(diào)整，從而保證生產(chǎn)持續(xù)進(jìn)行。當(dāng)泵類被用于系統(tǒng)時，有很多不同的起動方法。比如，在機器旁邊進(jìn)行人工啟動，然后通過ＰＬＣ 控制，在ＰＬＣ 出現(xiàn)故障后，可通過閉環(huán)控制來保證水泵正常工作［５］ 。

２．８ 控制生產(chǎn)變量

控制生產(chǎn)變量就是對模擬量控制。由于生產(chǎn)過程中變數(shù)太多，所以沒有明確、切實可行的方法來進(jìn)行預(yù)測。比如，無法控制這些變量，當(dāng)積累到一定程度時，就會影響生產(chǎn)。因此，將ＰＬＣ 技術(shù)應(yīng)用于機械電子控制設(shè)備系統(tǒng)，能夠合理地控制生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)，實現(xiàn)從數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到控制變量的目的。

３ 結(jié)束語

ＰＬＣ 技術(shù)在機械電氣設(shè)備的不斷優(yōu)化與發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。該技術(shù)既能降低機械電子控制設(shè)備的工作失效的概率，又能提高其工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性。相關(guān)技術(shù)人員要積極探索與創(chuàng)新ＰＬＣ 技術(shù)在機械電氣控制裝置中的應(yīng)用，以提高ＰＬＣ 技術(shù)的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 王軍．ＰＬＣ 技術(shù)在機械電氣控制裝置中的應(yīng)用［Ｊ］．現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，２０２２，５８（１０）：２００?２０２＋２０９．

［２］ 張麗娟，顧添翼．ＰＬＣ 技術(shù)在機械電氣控制裝置中的應(yīng)用［Ｊ］．黑龍江科學(xué)，２０２２，１３（１０）：５９?６１．

［３］ 朱翠霞，鄧榮琦．ＰＬＣ 技術(shù)在機械電氣控制裝置中的應(yīng)用［Ｊ］．電子技術(shù)與軟件工程，２０２１（１７）：１１３?１１４．

［４］ 姚湘琳，楊豐，顏秉超．ＰＬＣ 技術(shù)在鉆機機械電氣控制裝置中的應(yīng)用［Ｊ］．設(shè)備管理與維修，２０２１（１４）：１３４?１３５．

［５］ 張海英．ＰＬＣ 技術(shù)在機械電氣控制裝置中的應(yīng)用［Ｊ］．電子技術(shù)與軟件工程，２０２１（１３）：１１５?１１６．

作者簡介：

孫兆冰（１９８０—），碩士，講師，研究方向： 機械設(shè)計。