機(jī)械電氣控制裝置PLC技術(shù)的應(yīng)用分析

陳玄清

隨著科技發(fā)展的日漸強(qiáng)盛，許多不同的技術(shù)與學(xué)科開始互相交叉滲透，這就使得科學(xué)技術(shù)得到了空前的發(fā)展。在PLC技術(shù)持續(xù)發(fā)展的大環(huán)境之下，隨著機(jī)械企業(yè)自動化水平的逐步提高，企業(yè)無論是在產(chǎn)品質(zhì)量方面或是其整體的生產(chǎn)速率上都得到了極大的保障。在此基礎(chǔ)上，為了簡化機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，采用PLC技術(shù)來對繼電器其邏輯處理功能進(jìn)行優(yōu)化。由于PLC技術(shù)可以有效地簡化工業(yè)操作以及降低生產(chǎn)所需成本，還能夠降低機(jī)械設(shè)備的控制裝置在運(yùn)行過程中發(fā)生危險(xiǎn)的幾率[1]。結(jié)合各個(gè)方面的綜合考量，PLC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置的生產(chǎn)系統(tǒng)中有著非常大的發(fā)展前景及應(yīng)用空間，為了將其進(jìn)行進(jìn)一步的強(qiáng)化優(yōu)化，要加強(qiáng)對PLC技術(shù)的研究推廣力度，以最大程度上發(fā)揮其在機(jī)電控制裝置中的決定作用。

1 PLC技術(shù)的概述

1.1 基本概念

PLC是一個(gè)電子系統(tǒng)裝置，以微處理器為核心進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的操作。它的設(shè)計(jì)初衷是專門為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用提供便利，PLC技術(shù)還可以融入到梯形圖的編程之中，這能夠使得許多復(fù)雜程序的信息處理水平得到顯著改善，還可以將從前高成本低質(zhì)量的信息技術(shù)進(jìn)行整改，縮減生產(chǎn)成本，將生產(chǎn)模式改善為底本高質(zhì)的水平[2]。

1.2 主要特點(diǎn)

（1）安全性高，抗干擾能力較強(qiáng)，適用于環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場。

（2）以程序已經(jīng)定義的各個(gè)輔助型繼電器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)繼電器，從而不需要考慮傳統(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)繼電器原有的返回系數(shù)，為機(jī)械行業(yè)提供便利。

（3）有完善的功能，可用性強(qiáng)，與工業(yè)電氣控制裝置很容易聯(lián)結(jié)成整體，便于擴(kuò)展各項(xiàng)功能。

（4）兼顧實(shí)用性與可操作性，PLC技術(shù)的編程采用的都是一些較為簡單的指令方式，不限于工業(yè)現(xiàn)場的電氣控制維修人員自身的習(xí)慣及技術(shù)，從而使用戶能夠更加直觀、形象地進(jìn)行編程。

1.3 PLC技術(shù)的優(yōu)勢

（1）能夠高效的進(jìn)行自我檢測

PLC技術(shù)是創(chuàng)新型的技術(shù)，與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相比較來看，這項(xiàng)技術(shù)可以更加方便快捷地對控制器進(jìn)行程序編輯，再以數(shù)字的形式作出對輸出及輸入的控制，以此來完成對各行各業(yè)的輔助性操作[3-5]。在機(jī)電控制裝置的整體中，這項(xiàng)技術(shù)能夠保障整個(gè)工作流程順利進(jìn)行，若出現(xiàn)故障能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)，并檢測出自身出現(xiàn)的問題，這就大大提高了機(jī)械工業(yè)的作業(yè)效率，并為其節(jié)省了成本。

（2）抗干擾能力較強(qiáng)

一般來說，機(jī)械電氣控制類裝置的運(yùn)行效率降低，主要是由于其在運(yùn)行的過程當(dāng)中，十分容易受到外界環(huán)境變化的影響，從而對生產(chǎn)的效率造成阻滯作用，因而導(dǎo)致生產(chǎn)效能下降。但是PLC技術(shù)很好地緩解了這一問題，該技術(shù)的應(yīng)用是把許多的集成電路技術(shù)揉合在一起進(jìn)行提煉，以微處理器為核心，可以有效抵抗外界的干擾，這對于機(jī)電控制裝置的運(yùn)行性能和其自動化水平的提高都起著革命性的作用，推動了機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。

2 機(jī)械電氣控制裝置基本概述

通常所說的機(jī)械電氣控制裝置也就是指電氣設(shè)備的二次控制。一般都是由六個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，分別為對電氣設(shè)備及電路提供保障的保護(hù)回路、由許多供電的電源供電電路、兼?zhèn)湫始捌骄峙涞氖謩蛹白詣踊芈贰⒖梢詫⒕€路的工作情況顯示出來的信號回路、保障電氣設(shè)備運(yùn)行安全及不間斷工作的閉鎖及自鎖回路、發(fā)生一些特殊狀況能夠進(jìn)行緊急制動的制動停車回路[6]。機(jī)械電氣控制裝置可以自動控制電器設(shè)備整體的大電流與高壓，以及開關(guān)的閉合等，可以處理設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的特殊情況，維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定并實(shí)時(shí)反映出設(shè)備的運(yùn)行狀況。

3 PLC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用

3.1 PLC技術(shù)在機(jī)電控制裝置中的控制形式

（1）DCS集散型控制系統(tǒng)

所謂的DCS集散控制型系統(tǒng)也就是把現(xiàn)場的控制站和檢查站等一些控制類系統(tǒng)運(yùn)用特殊的電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來進(jìn)行相互之間的鏈接，把電子科技與控制技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，這樣不僅能夠兼顧裝置的集中操作和系統(tǒng)的分散性控制，還可以將在控制過程當(dāng)中出現(xiàn)的危險(xiǎn)性因素進(jìn)行較為分散透徹的梳理，并綜合治理，這樣就能夠?qū)C(jī)械電氣控制裝置進(jìn)行有效的調(diào)控及更加高效的管理。總的來說，DCS系統(tǒng)能夠集通訊、顯示、計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)于一體，形成的較為便利完善的管理及控制類系統(tǒng)。

（2）FCS現(xiàn)場總線型控制系統(tǒng)

簡單來講，所謂的現(xiàn)場總線型控制系統(tǒng)就是把生產(chǎn)現(xiàn)場的控制系統(tǒng)之中所存在的數(shù)字式以及各個(gè)分支等不盡相同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的結(jié)合，這樣不單單能夠?qū)崿F(xiàn)管理與控制的雙重結(jié)合，還能夠起到支持多節(jié)點(diǎn)與雙向總線型系統(tǒng)的作用。其往往是由于一些常見的外部環(huán)境所組成的，因此可以提供十分良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境給機(jī)電控制裝置，提供更加智能的實(shí)用功能，能夠使得許多項(xiàng)目完成自動生成，這樣就能夠顯著提高對于機(jī)電裝置的控制效果。與DCS系統(tǒng)相比較而言，它有著更好的可操作度，實(shí)際運(yùn)用起來更為簡便靈活，又由于它對控制裝置進(jìn)行了更進(jìn)一步的分散，所以其安全性也相對更高。

3.2 PLC技術(shù)在機(jī)電控制裝置當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用

（1）分析設(shè)計(jì)原理圖

若是要保障機(jī)電控制裝置其性能、質(zhì)量、功能等方面的高穩(wěn)定性，就一定要打好第一步原理圖設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對原理圖的分析需要幾個(gè)環(huán)節(jié)，第一要掌握基本的電氣設(shè)備，如電動機(jī)等，在原理圖當(dāng)中要做出相應(yīng)的明顯標(biāo)示[7]。第二要將整體的電路圖描繪出來并進(jìn)行二次檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的地方并加以改正，這樣能夠加深對電路各個(gè)環(huán)節(jié)的識別，可以清楚地了解各種控制電器及電路保護(hù)裝置的位置，這可以很好的保障機(jī)械電氣操作人員在進(jìn)行實(shí)際施工時(shí)不會因?yàn)閷﹄娖鞣胖玫攸c(diǎn)不熟悉而造成損失。第三一定要確保電源正確地進(jìn)行供電，保證電流能夠順暢的流通，以保持整個(gè)機(jī)電控制裝置的正常運(yùn)行，這為控制裝置的后續(xù)工作提供了基礎(chǔ)的保障。最后要對控制裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)，為使電路不受到外界環(huán)境的影響，每一處控制電路裝置處都要裝有相對應(yīng)的保護(hù)設(shè)備。

（2）PLC技術(shù)在空氣壓縮機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用

以往由單片機(jī)構(gòu)成的空氣壓縮機(jī)很難不受機(jī)器性能干擾，這就使得機(jī)械電氣裝置的工作效率得不到保障?，F(xiàn)如今，PLC技術(shù)應(yīng)用到空氣壓縮機(jī)中，與實(shí)際的生產(chǎn)作業(yè)相結(jié)合，將自動化與危機(jī)控制技術(shù)科學(xué)地結(jié)合起來，對壓縮機(jī)進(jìn)行調(diào)整，這大大提高了空氣壓縮機(jī)的工作運(yùn)行效率。不光如此，它還能夠通過微控制器對整個(gè)空氣壓縮機(jī)的作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全程監(jiān)控，以此來保障機(jī)器運(yùn)行的安全，這對于機(jī)械電氣控制裝置的作業(yè)效率有很大的促進(jìn)作用。

（3）在自動化生產(chǎn)線上的變量控制

在生產(chǎn)中對變量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制實(shí)質(zhì)上也就是對生產(chǎn)的模擬量進(jìn)行一個(gè)全面監(jiān)管，因?yàn)樵诠I(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中都存在著很多的變量，然而利用人力是很難對其進(jìn)行一個(gè)較為合理科學(xué)的方式進(jìn)行預(yù)測的。如果不及時(shí)地進(jìn)行生產(chǎn)變量的實(shí)時(shí)控制，長此以往堆積下來的問題就很有可能對工業(yè)生產(chǎn)帶來極大的不良影響[8]。為此，將PLC技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械電氣控制裝置當(dāng)中就解決了很大的問題，這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)ιa(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的變量進(jìn)行合理適當(dāng)?shù)目刂疲诖嘶A(chǔ)上，還能夠利用模擬化和數(shù)字化之間的鏈接轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)用控制器來進(jìn)行相應(yīng)生產(chǎn)變量的控制。

（4）應(yīng)用于分散控制系統(tǒng)

在分散控制系統(tǒng)當(dāng)中，因?yàn)樵诖讼到y(tǒng)中要對所處理對象進(jìn)行分散處理，因此需要通過PLC技術(shù)的信號傳遞來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的鏈接式連鎖反應(yīng)，以此來順利完成分散的控制任務(wù)。由于各個(gè)生產(chǎn)線之間都是通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)來進(jìn)行直接關(guān)聯(lián)，因此通常情況下采用多生產(chǎn)線分散型控制。這種控制系統(tǒng)的優(yōu)勢在于各個(gè)生產(chǎn)線都是由不同PLC進(jìn)行控制的，因此若是有一處出現(xiàn)了生產(chǎn)故障，不會對其他的生產(chǎn)線造成影響。為了更加高效地進(jìn)行控制任務(wù)，要努力將PLC技術(shù)與過控技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。

3.2 PLC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的具體應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)過程中會經(jīng)常應(yīng)用到機(jī)械手，它在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用具有十分重要的意義，譬如它在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對物體的搬運(yùn)、裝配及切割等作用。而PLC技術(shù)在接卸電氣控制裝置中的應(yīng)用還能夠在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)對于線路的簡化，有效節(jié)約使用成本，從而最終提高工業(yè)生產(chǎn)的效率。

（1）控制要求

PLC技術(shù)在應(yīng)用的過程中，需要實(shí)現(xiàn)工件從左到右的搬運(yùn)，而在其應(yīng)用的過程中機(jī)械手的重要作用在于驅(qū)動機(jī)械氣缸的運(yùn)作，磁閥是控制氣缸的重要機(jī)械裝置。磁閥在控制氣缸的過程中，需要根據(jù)實(shí)際的需要向多個(gè)方向移動，如上、下、左、右等，磁閥在實(shí)際的控制過程中是雙線圈的；如果在磁閥控制的過程中實(shí)行斷電處理，這時(shí)如果磁閥是朝下降的方向展開控制，那么機(jī)械手也會停止響應(yīng)的下降動作，當(dāng)然需要保持原有的工作狀態(tài)。電磁閥在控制機(jī)械手的過程中，機(jī)械手會跟隨電磁閥的通電情況而展開相應(yīng)的操作，如果電磁閥處于通電狀態(tài)，那么機(jī)械手會上升，如果電磁閥處于斷電狀態(tài)，機(jī)械手會停止響應(yīng)的操作。機(jī)械手在具體操作過程中如放松或者夾緊的過程中，是由電磁閥進(jìn)行控制的，這時(shí)的電磁閥的狀態(tài)是單線圈的并且是二位的，當(dāng)線圈處于通電狀態(tài)時(shí)，機(jī)械手則會相應(yīng)夾緊；當(dāng)線圈處于斷電狀態(tài)時(shí)，機(jī)械手則會相應(yīng)放松。如果機(jī)械手向右移動并有向下下降的趨勢時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意對右邊工作臺展開相應(yīng)的檢查，只有在右邊工作臺沒有任何工件的情況下，機(jī)械手才能夠被允許下降，否則應(yīng)當(dāng)停止下降的過程。具體的操作過程可以分為八個(gè)步驟：先從原點(diǎn)開始，接著是下降，在T秒時(shí)開始夾緊，夾緊后接著上升，上升后接著右移，在右移T秒后開始上升，上升到一定程度再左移至原點(diǎn)。

在機(jī)械手的控制過程中有時(shí)為了實(shí)際需要還需要注意調(diào)試和維護(hù)，在調(diào)試和維護(hù)的過程中應(yīng)當(dāng)注意設(shè)置手動及自動轉(zhuǎn)換的開關(guān)以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。如果轉(zhuǎn)換開關(guān)處于手動狀態(tài)時(shí)，通過設(shè)置相應(yīng)的按鈕可以實(shí)現(xiàn)如下操作，如上升、下降、左右移動以及放松及夾緊的控制過程。如果轉(zhuǎn)換開關(guān)處于自動的狀態(tài)時(shí)，這時(shí)可以讓機(jī)械手自動回歸原點(diǎn)再展開相應(yīng)的控制；在這種狀態(tài)下，當(dāng)按下機(jī)械手的起動狀態(tài)時(shí)，機(jī)械手會根據(jù)工作的操作程序展開相應(yīng)的操作。

機(jī)械手處于起動狀態(tài)下，會自動完成接下來的一系列周期動作，這個(gè)周期不是循環(huán)的，完成一個(gè)周期后需要再次按下起動按鈕，才能夠讓機(jī)械手重復(fù)上述周期操作動作，直到完成后回歸原點(diǎn)整個(gè)操作過程才算完成。

（2）PLC控制程序的設(shè)計(jì)

控制程序的重要組成部分主要包括兩個(gè)方面，一是手動操作，二是自動操作，在自動操作過程中又包括三個(gè)部分的操作程序，分別是步進(jìn)操作、單周期操作和連續(xù)操作的程序。

在控制程序的初始狀態(tài)下，其指令用IST顯示，而IST的功能編號又為FNC60，LST的指令與STL的指令同時(shí)進(jìn)行時(shí)可以進(jìn)行多種控制形式的操作，這時(shí)可以簡化相應(yīng)的操作程序的設(shè)計(jì)。

IST作為控制程序的初始狀態(tài)的相應(yīng)指令只有一次使用機(jī)會，在這種情況下，需要把其設(shè)置在控制程序最初開始的位置，而被該指令所控制的相應(yīng)電路則依次朝后設(shè)置。IST指令除了應(yīng)用于設(shè)置控制程序的初始狀態(tài)外，還對原始位置的條件展開相應(yīng)的控制。另外，在該指令中，還有S20和S27指令，S20指令的主要作用在于指定最小狀態(tài)時(shí)繼電器的元件號，而S27指令的主要作用則在于指定最大狀態(tài)時(shí)繼電器的元件號。因此在設(shè)置繼電器的元件號的過程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)既定的設(shè)計(jì)的相應(yīng)順序來設(shè)置。在IST指令中，還有源操作數(shù)，可以分別記為X、Y及M，而用X10來表示與控制程序工作相關(guān)的輸入繼電器的首元件。另外，X10還對X10～X026這八個(gè)不同的輸入繼電器展開相應(yīng)的指令。

在原點(diǎn)位置，傳感器在驅(qū)動狀態(tài)下，應(yīng)注意觀察輔助繼電器M8044的相應(yīng)指令是否在原點(diǎn)位置，只有在ON的狀態(tài)下，機(jī)械手的操作程序才被允許轉(zhuǎn)換。一般來說，會把繼電器M8000設(shè)定指令為FNC60作為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始狀態(tài)。當(dāng)IST指令設(shè)置完成后，控制系統(tǒng)的相應(yīng)控制步驟則會按照順序相應(yīng)的程序自動展開。

4 PLC技術(shù)的發(fā)展前景

眾所周知，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入到信息現(xiàn)代化階段，隨之，機(jī)械電氣控制裝置的發(fā)展也越來越成熟。同時(shí)，PLC技術(shù)也越來越成熟，其應(yīng)用也特別廣泛，特別是在FCS控制系統(tǒng)出臺之后，更加把PCL技術(shù)的更多的功能投入到機(jī)械電氣行業(yè)之中，這不僅僅突破了常規(guī)的DSC控制系統(tǒng)在專用通信網(wǎng)絡(luò)方面上的控制，而且還實(shí)現(xiàn)了在全局化的通信網(wǎng)絡(luò)方面上的控制。并且，DCS控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上也遠(yuǎn)不及FCS控制系統(tǒng)分布廣泛，F(xiàn)CS控制系統(tǒng)主對現(xiàn)場的控制與管理的功能主要是從行星全分布式的整體結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。從另一方面來說，PLC技術(shù)的控制管理特征是越來越趨勢于分散化、開放話和數(shù)字化的?？傊瑥奈磥戆l(fā)展的趨勢來說，PLC技術(shù)是一個(gè)新穎的、全面的、開放的、基層控制系統(tǒng)，同時(shí)，PLC技術(shù)也向著綜合性的發(fā)展。PLC技術(shù)是一項(xiàng)在機(jī)械電氣控制裝置中不能缺少的新興熱門的技術(shù)。

5 結(jié)束語

隨著我國的主要矛盾已經(jīng)發(fā)生的巨大變化，我國工業(yè)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)新的階段，這不僅僅促進(jìn)了電氣控制技術(shù)的巨大進(jìn)步，而且也同時(shí)促進(jìn)了PLC技術(shù)的不斷進(jìn)步?？傊痪湓挘琍LC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中發(fā)揮著越來越重要的作用。