ＰＬＣ 技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用

摘 要 文章以PLC 技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用為研究方向 在對(duì)PLC 關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述與分析的基礎(chǔ)上對(duì)PLC 技術(shù)在機(jī)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(jī)械電氣控制裝置設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)與幫助

關(guān)鍵詞PLC 技術(shù) 機(jī)械電氣 機(jī)械電氣控制裝置

中圖法分類號(hào)tp273? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼a

ＰＬＣ，中文全稱為可編程控制器，基本定義為一種借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)來(lái)實(shí)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(gè)微處理器，該處理器能控制裝置的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。ＰＬＣ 技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)械電氣控制領(lǐng)域，不僅保障了控制機(jī)械生產(chǎn)、電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，且在一定程度上降低了控制系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。因此，ＰＬＣ 技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械電氣控制領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

１ ＰＣＬ 技術(shù)在機(jī)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(jì)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(chǔ)，不管使用者程序是否在運(yùn)行，其都會(huì)重復(fù)寫入工作流程。ＰＬＣ 設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)器、硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等操作。當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，ＰＬＣ 啟動(dòng)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(lái)。若為一般故障，則只警告不停機(jī)，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(shí)間相對(duì)固定，且不同型號(hào)的ＰＬＣ 也會(huì)有所不同。

１．２．２ 執(zhí)行用戶程序階段

ＣＰＵ 讀取各個(gè)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(duì)用戶程序進(jìn)行說(shuō)明與實(shí)施。

１．２．３ ＩＯ 刷新階段

在ＩＯ 刷新階段中，ＣＰＵ 讀取各個(gè)輸入端的狀態(tài)信息，并將輸出端狀態(tài)寫進(jìn)ＰＬＣ。此時(shí)，ＰＬＣ 與外部暫時(shí)隔絕，即無(wú)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(huì)被寫入。ＣＰＵ 通過(guò)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(gè)步驟后，再次回到共同過(guò)程中，重復(fù)進(jìn)行掃描。同時(shí)，ＰＬＣ 循環(huán)掃描模式也為ＰＬＣ 實(shí)現(xiàn)死循環(huán)自我診斷。在ＰＬＣ 中設(shè)有監(jiān)控計(jì)時(shí)器，其定時(shí)時(shí)間可被設(shè)定為比使用者程序掃描時(shí)間更長(zhǎng)，并且在每一次掃描后，都會(huì)重新設(shè)置監(jiān)控計(jì)時(shí)器。比如，程序執(zhí)行如果因ＣＰＵ 內(nèi)部錯(cuò)誤而陷入死循環(huán)，那么此時(shí)監(jiān)控計(jì)時(shí)器就會(huì)超出監(jiān)控計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，從而導(dǎo)致ＰＬＣ 停止工作，并提醒使用者檢查錯(cuò)誤。

１．３ ＰＬＣ 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟

ＰＬＣ 機(jī)械控制流程設(shè)計(jì)如圖２ 所示。ＰＬＣ 控制設(shè)計(jì)步驟如表２ 所列。

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

將ＰＬＣ 技術(shù)用于機(jī)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(lái)選擇合適的控制器，以保證其性能最大化。將設(shè)計(jì)理念寫在圖紙上，通過(guò)圖紙來(lái)表達(dá)自己想法，再通過(guò)對(duì)這些想法進(jìn)行分析與思考，來(lái)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(jī)械、電子設(shè)備主電路、控制電路、保護(hù)電路等應(yīng)重點(diǎn)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(lái)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(shí)候，影響最直接的就是電力系統(tǒng)自動(dòng)控制。電力系統(tǒng)運(yùn)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(lái)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(jì)中，通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它的整體連接要通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到對(duì)整個(gè)機(jī)械電氣控制裝置的控制與管理。ＰＬＣ通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)包括通信網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計(jì)時(shí)，主從總線與各個(gè)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(gè)子網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)則可分為３～４ 級(jí)，通過(guò)合理通信網(wǎng)路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制與管理。

２．４ 接地設(shè)計(jì)

接地設(shè)計(jì)是機(jī)械電氣控制裝置中ＰＬＣ 技術(shù)的最后一步，其對(duì)整個(gè)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(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，許多設(shè)計(jì)者往往忽視這一重要環(huán)節(jié)，如接地設(shè)計(jì)過(guò)于隨便，不但無(wú)法達(dá)到接地效果，而且會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械電氣控制系統(tǒng)穩(wěn)定。首先，應(yīng)嚴(yán)格遵守國(guó)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(jì)、可靠供電；其次，應(yīng)結(jié)合工程規(guī)模、工程特點(diǎn)、地質(zhì)特點(diǎn)與發(fā)展計(jì)劃，對(duì)機(jī)械電氣控制設(shè)備接地設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)；最后，從節(jié)能角度出發(fā)，機(jī)械電氣控制設(shè)備接地設(shè)計(jì)要注意節(jié)約銅、有色金屬等。從多個(gè)角度出發(fā)，進(jìn)行科學(xué)、合理、規(guī)范、安全的接地設(shè)計(jì)，確保ＰＬＣ 技術(shù)在機(jī)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(jī)械電氣控制系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)、攔包機(jī)、導(dǎo)料擺板等組成，其結(jié)構(gòu)是通過(guò)安裝在分料帶上的光電傳感器來(lái)識(shí)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(shí)間計(jì)算，最后通過(guò)相關(guān)軟件完成操作臺(tái)上開(kāi)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(dòng)切斷電源，實(shí)現(xiàn)自我防護(hù)。實(shí)際選用時(shí)，通常選用日本ＯＭＲＯＮ 微型ＰＬＣ 控制器，設(shè)定Ｉ／０ 時(shí)，可設(shè)定輸出１６，２４，共計(jì)４０ 點(diǎn)。將ＰＬＣ 技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械電氣控制裝置中，需要采用下層ＰＬＣ 與上位計(jì)算機(jī)相結(jié)合的方式，合理、高效地安裝在系統(tǒng)中?？刂剖覂?nèi)分別安裝ＰＬＣ 主控制器，２ 個(gè)主控制器互不接觸，各自工作。３ 個(gè)ＰＬＣ 主程序分別負(fù)責(zé)采集３ 個(gè)控制室數(shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)傳送至煤礦車間ＰＬＣ 主機(jī)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(jī)上，再由主機(jī)完成對(duì)組成集控系統(tǒng)各子系統(tǒng)控制，從而實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化、科學(xué)化工作［３］ 。

ＰＲＯＦＩＢＵＳ 是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，主要應(yīng)用于工廠自動(dòng)化車間層面監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)通信，實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到車間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為企業(yè)一體化、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供切實(shí)可行的途徑。ＰＲＯＦＩＢＵＳ 是典型與遠(yuǎn)程Ｉ／ Ｏ （ ＤｉｇｉｔａｌＩ／ Ｏ） 通信方式。可采用不同廠商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(gè)Ｉ／ Ｏ 從站組成，主站類型與編號(hào)是通過(guò)主站初始化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主站點(diǎn)持續(xù)地讀取與寫入站點(diǎn)數(shù)據(jù)。當(dāng)ＤＰ 主站點(diǎn)在成功地配置ＤＰ 從站后，就將擁有一個(gè)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(huì)受限。ＷｉｎＣＣ 與ＰＬＣ 具有很強(qiáng)的通信能力，且具有良好的靈活性與高可靠性。

２．６ 開(kāi)關(guān)量

在傳統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制中，一般都是采用電磁繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椴僮鼽c(diǎn)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(huì)受到各種外部因素影響，從而造成工作效率低下。對(duì)此，應(yīng)在電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中對(duì)繼電器進(jìn)行改造或更換，從而嚴(yán)格控制工作過(guò)程中觸頭失效的概率。在完成設(shè)計(jì)后，利用斷路器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，并對(duì)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(gè)皮帶輸送機(jī)都使用２ 個(gè)功率１６０ ｋＷ 與６６０ Ｖ 的電機(jī)，而該系統(tǒng)輸送能力是４００ｔ ／ 小時(shí)。采用開(kāi)度控制，先起動(dòng)最后一架皮帶輸送機(jī)，然后按一定順序進(jìn)行起動(dòng)。在運(yùn)輸完成后，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)將皮帶輸送機(jī)前后順序停下來(lái)，使運(yùn)輸過(guò)程中的控制效率大幅提高?？紤]到未來(lái)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(duì)控制系統(tǒng)需求將會(huì)越來(lái)越大。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分考慮未來(lái)發(fā)展與改進(jìn)，應(yīng)在ＰＬＣ 信號(hào)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(duì)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(shí)，有很多不同的起動(dòng)方法。比如，在機(jī)器旁邊進(jìn)行人工啟動(dòng)，然后通過(guò)ＰＬＣ 控制，在ＰＬＣ 出現(xiàn)故障后，可通過(guò)閉環(huán)控制來(lái)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(duì)模擬量控制。由于生產(chǎn)過(guò)程中變數(shù)太多，所以沒(méi)有明確、切實(shí)可行的方法來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。比如，無(wú)法控制這些變量，當(dāng)積累到一定程度時(shí)，就會(huì)影響生產(chǎn)。因此，將ＰＬＣ 技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械電子控制設(shè)備系統(tǒng)，能夠合理地控制生產(chǎn)過(guò)程中的各種參數(shù)，實(shí)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(yǔ)

ＰＬＣ 技術(shù)在機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)機(jī)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(jī)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(jiǎn)介：

孫兆冰（１９８０—），碩士，講師，研究方向： 機(jī)械設(shè)計(jì)。