探討PLC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用

陳亞云

(江蘇省如皋中等專業(yè)學(xué)校 江蘇如皋 226500)

PLC技術(shù)是一種專用的數(shù)字程序控制裝置，通常作為中小型和中型電氣設(shè)備的核心構(gòu)成部分。PLC技術(shù)對(duì)于控制精度要求較高，能夠準(zhǔn)確、快速地執(zhí)行任務(wù)，在自動(dòng)化控制設(shè)備中，能夠完成復(fù)雜、重復(fù)的工作，因此PLC技術(shù)是現(xiàn)代自動(dòng)化控制設(shè)備中不可或缺的重要組成部分。PLC技術(shù)有著諸多優(yōu)勢(shì)，如操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、便于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其體積小、成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，適應(yīng)能力強(qiáng)等特性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC技術(shù)也在不斷發(fā)展創(chuàng)新。目前，PLC技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)之中，發(fā)揮了極大作用，機(jī)械電氣控制裝置是機(jī)械設(shè)備工作穩(wěn)定與否的重要環(huán)節(jié)之一，也是影響機(jī)械設(shè)備性能與生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。

1 PLC 技術(shù)的應(yīng)用類型

1.1 集散型控制系統(tǒng)（DCS）

集散型控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）是指在計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，把所有的設(shè)備進(jìn)行集中控制，并將其連接成為一個(gè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行管理。DCS中使用的設(shè)備包括計(jì)算機(jī)、控制器、各種傳感器以及可編程控制器等。在工業(yè)生產(chǎn)中DCS會(huì)根據(jù)實(shí)際需求，自動(dòng)對(duì)所需設(shè)備進(jìn)行集中控制，與傳統(tǒng)控制方式相比，DCS系統(tǒng)具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：第一，DCS系統(tǒng)能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)完成對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)管理與監(jiān)控；第二，在設(shè)計(jì)中使用大量傳感器和可編程控制器時(shí)，無(wú)需單獨(dú)設(shè)立相應(yīng)裝置，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬、遠(yuǎn)程操作和故障診斷等功能；第三，DCS 系統(tǒng)的人機(jī)界面更加直觀、友好，并實(shí)現(xiàn)了分布式的功能控制和集中式的圖形顯示；第四，在操作管理中采用統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)方式下各個(gè)控制單元獨(dú)立運(yùn)行所產(chǎn)生的問(wèn)題。在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)揮了巨大作用，DCS 系統(tǒng)作為一種新型自動(dòng)化控制系統(tǒng)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與集散控制系統(tǒng)相結(jié)合已成為當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)，如化工、電力、石油等行業(yè)都已建立了相關(guān)DCS系統(tǒng)[1]。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）

現(xiàn)場(chǎng)總線是由制造商和使用者，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議而建立起來(lái)的控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于采用數(shù)字化的通信方式，使系統(tǒng)具有極高的靈活性和可靠性。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，可有效減少現(xiàn)場(chǎng)布線面積，降低安裝維護(hù)成本。就目前發(fā)展形式來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)總線在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍然存在著一定問(wèn)題，例如：大部分企業(yè)為節(jié)約成本和方便管理，仍采用傳統(tǒng)繼電器、PLC等技術(shù)，這也使實(shí)際控制系統(tǒng)存在一定局限性與不足之處，無(wú)法滿足當(dāng)今社會(huì)發(fā)展要求。隨著PLC 技術(shù)不斷改進(jìn)與創(chuàng)新發(fā)展，其性能和功能也在不斷完善中，目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了一些可編程邏輯控制器（PLC）產(chǎn)品、可編程序控制器（CPM）產(chǎn)品，這兩種產(chǎn)品均屬于FCS控制系統(tǒng)之中的一種。

2 PLC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的作用

2.1 實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，機(jī)械電氣控制裝置已經(jīng)進(jìn)入了自動(dòng)化時(shí)代，同時(shí)機(jī)械電氣控制裝置的發(fā)展方向也逐漸向機(jī)電一體化方向轉(zhuǎn)變。目前，這種趨勢(shì)已經(jīng)成為了不可阻擋的發(fā)展潮流，而在這個(gè)過(guò)程中PLC 技術(shù)起到了關(guān)鍵作用。PLC 技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，并且已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用和推廣，同時(shí)也解決了許多傳統(tǒng)控制方式存在的弊端和問(wèn)題。PLC技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化[2]。首先是其能夠?qū)崿F(xiàn)輸入與輸出功能之間相互轉(zhuǎn)換；其次是可以進(jìn)行程序編碼操作；最后是可以進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上做出相應(yīng)的決策與判斷；同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障診斷和報(bào)警等功能，從而有效地提高機(jī)電一體化水平。除了上述功能之外，PLC 技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)軟件功能的擴(kuò)展與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，而且通過(guò)相關(guān)技術(shù)人員的努力和研究發(fā)現(xiàn)，在PLC技術(shù)中還可以應(yīng)用大量的高級(jí)語(yǔ)言功能與先進(jìn)工具等，如高級(jí)語(yǔ)言能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理等。

2.2 提升抗干擾能力

PLC 技術(shù)的抗干擾能力，在一定程度上也影響了PLC自身的性能，在機(jī)械電氣控制裝置中，由于環(huán)境因素和工作頻率都會(huì)對(duì)PLC 造成影響導(dǎo)致其受到干擾。為了有效地減少干擾問(wèn)題，需要在電路設(shè)計(jì)、硬件選型上進(jìn)行控制。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，傳統(tǒng)機(jī)械電氣控制裝置中的抗干擾能力比較差，不能滿足當(dāng)前工作要求，為了解決這一問(wèn)題，可以從以下幾個(gè)方面入手：第一，選擇更強(qiáng)抗干擾性能的PLC 產(chǎn)品；第二，對(duì)電路板進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要提高電路板本身的抗干擾能力；第三，通過(guò)加大接插件之間的距離來(lái)提升抗干擾性。另外，針對(duì)部分機(jī)械電氣控制裝置中，受到干擾后不能正常工作的現(xiàn)象，可以從以下幾個(gè)方面著手：（1）對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行合理布線；（2）對(duì)一些電路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)；（3）對(duì)控制系統(tǒng)中容易出現(xiàn)問(wèn)題的元器件進(jìn)行更換等。

2.3 控制功能的實(shí)現(xiàn)

控制功能是PLC 技術(shù)的一個(gè)重要部分，其可以使機(jī)械電氣控制裝置具有更強(qiáng)的可擴(kuò)展性，并且對(duì)環(huán)境變化具有較好的適應(yīng)能力。從該方面問(wèn)題進(jìn)行分析，PLC 技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械電氣控制裝置中具有一定的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)鹘y(tǒng)機(jī)械電氣控制裝置進(jìn)行改進(jìn)，并且在一定程度上提高了其工作效率。但是PLC技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還存在一定問(wèn)題，這些問(wèn)題是影響其發(fā)展的重要因素。由于PLC 自身存在缺陷和不足，所以要想有效地提高其應(yīng)用效果，需要對(duì)PLC進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)和優(yōu)化，并提出相應(yīng)的措施。要想提高PLC自身性能和使用效果，最有效簡(jiǎn)單的方法就是對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)改進(jìn)可以使其增加擴(kuò)展功能和擴(kuò)充能力，使其可以更好地滿足實(shí)際需求[3]。

2.4 實(shí)現(xiàn)自我檢測(cè)

機(jī)械電氣控制裝置中的PLC 主要分為兩種，一種是直接用于控制的PLC，另一種是用于監(jiān)控系統(tǒng)的PLC。在具體的運(yùn)行過(guò)程中，如果直接用于控制和監(jiān)控使用，很容易出現(xiàn)故障問(wèn)題，因此通常情況下會(huì)增加相應(yīng)的檢測(cè)程序，從而實(shí)現(xiàn)自我檢測(cè)。但是在實(shí)際使用時(shí)需要對(duì)這兩個(gè)程序進(jìn)行分別管理，如果只注重了檢測(cè)而沒(méi)有對(duì)程序進(jìn)行管理，很容易造成程序混亂。因此，在實(shí)際的操作過(guò)程中，應(yīng)該要注重程序的自我檢測(cè)與管理。首先，可以使用PLC 相關(guān)軟件對(duì)工作進(jìn)行檢測(cè)；其次，可以對(duì)程序進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理；最后，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)需要及時(shí)根據(jù)操作日志來(lái)解決問(wèn)題，同時(shí)還需要根據(jù)具體的使用情況，制訂相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案和故障處理方案。

2.5 簡(jiǎn)化操作過(guò)程

在機(jī)械電氣控制裝置中應(yīng)用PLC 技術(shù)，不僅可以降低機(jī)械電氣控制裝置的設(shè)計(jì)和施工難度，還可以簡(jiǎn)化操作過(guò)程提高工作效率。目前，在機(jī)械電氣控制裝置中，應(yīng)用的PLC 技術(shù)一般分為兩類：一是中小型的PLC，它主要運(yùn)用在簡(jiǎn)單、小型、簡(jiǎn)單控制的場(chǎng)合；二是大型PLC，主要運(yùn)用在復(fù)雜、大型的場(chǎng)合。但是這種類型的PLC 對(duì)外部環(huán)境和自身?xiàng)l件要求比較高，當(dāng)出現(xiàn)干擾時(shí)會(huì)影響到其使用效果，因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要考慮到實(shí)際情況并且及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。此外，小型PLC 應(yīng)用在機(jī)械電氣控制裝置中，可能會(huì)受到外部因素影響而出現(xiàn)問(wèn)題，所以還要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。第一，如果機(jī)械電氣控制裝置使用PLC 技術(shù)，在日常工作中如果出現(xiàn)干擾時(shí)可以對(duì)其進(jìn)行軟件升級(jí)來(lái)解決。第二，如果機(jī)械電氣控制裝置使用小型PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)操作，先要先將其內(nèi)部接線與外部接線相連接，然后將其放置于機(jī)器設(shè)備內(nèi)部即可，但是這種情況下內(nèi)部接線數(shù)量較多、接線繁瑣，且線路與外部接線連接時(shí)需要調(diào)整好位置，會(huì)使設(shè)備處于不穩(wěn)定狀態(tài)之中[4]。第三，如果使用大型PLC 進(jìn)行操作的話，首先要將其放置于機(jī)器設(shè)備外部，然后通過(guò)連接外部設(shè)備線路與內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接，最后將內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部布線連接即可，通過(guò)這一方式可以減少機(jī)械電氣控制裝置中所用到的外部線數(shù)量，同時(shí)還能簡(jiǎn)化操作過(guò)程、提高工作效率、降低工作難度。

2.6 故障的診斷與處理

在機(jī)械電氣控制裝置中會(huì)遇到很多問(wèn)題，要求工作人員能夠及時(shí)有效地對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行解決。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)為了避免造成更大的損失，需要先對(duì)故障進(jìn)行診斷并采取相應(yīng)的措施。在診斷故障時(shí)應(yīng)該先排除部分主要因素，然后再對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)檢查和判斷。當(dāng)確定其原因后再制訂出相應(yīng)的處理方案。如果在修理過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，可以及時(shí)、有效地采用一些措施來(lái)進(jìn)行維護(hù)，以此達(dá)到良好的效果。要想確保PLC 技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中，發(fā)揮最大的作用和效果，需要工作人員不斷地進(jìn)行研究和探索，從而促進(jìn)PLC 技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中得到更好地發(fā)展和應(yīng)用。

3 PLC 技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的具體應(yīng)用策略

3.1 在設(shè)備安全檢測(cè)中的應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)設(shè)備安全檢測(cè)問(wèn)題，如果不能及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效檢測(cè)，就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故發(fā)生。對(duì)此，應(yīng)引入先進(jìn)的PLC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全檢測(cè)工作，主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）可編程控制器工作原理?？删幊炭刂破魇且环N智能化的機(jī)電控制設(shè)備，其具有多種功能，不僅能夠控制機(jī)械設(shè)備，還具有對(duì)電力系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、報(bào)警等功能。（2）PLC技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在機(jī)械電氣控制中應(yīng)用PLC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化和優(yōu)化。（3）提高數(shù)據(jù)處理效率和能力，利用PLC技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)處理工作可以提高處理效率和精度，并有效減少數(shù)據(jù)傳輸量和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間與維護(hù)量，還能大大降低生產(chǎn)成本。（4）應(yīng)用PLC技術(shù)需要注意一些問(wèn)題。例如：在機(jī)器檢測(cè)時(shí)可以利用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行采集分析；利用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)故障的及時(shí)報(bào)警等[5]。

3.2 在空氣壓縮器中的應(yīng)用

在空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用中，PLC 技術(shù)具有較好的實(shí)用性，通過(guò)將PLC技術(shù)與機(jī)械電氣控制裝置進(jìn)行結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣壓縮裝置的控制，通過(guò)對(duì)相關(guān)程序的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣壓縮過(guò)程的有效控制。在實(shí)際應(yīng)用中，PLC 技術(shù)在空氣壓縮器中與機(jī)械電氣控制裝置進(jìn)行結(jié)合，使其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)械電氣裝置的控制，這種方式在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具有較高的效率，通過(guò)將PLC 技術(shù)和機(jī)械電氣控制系統(tǒng)相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空氣壓縮過(guò)程中氣壓變化和電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行有效控制，通過(guò)在該程序中添加PLC功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)程序的優(yōu)化與設(shè)計(jì)。

3.3 在機(jī)械控制中的應(yīng)用

隨著機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，機(jī)械控制技術(shù)已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵，但是在具體應(yīng)用過(guò)程中，傳統(tǒng)繼電器邏輯控制具有一定的缺陷，由于其硬件設(shè)備成本和維護(hù)費(fèi)用也相對(duì)較高，所以不能滿足企業(yè)生產(chǎn)需求。再者，PLC 技術(shù)與傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)相比具有一定優(yōu)勢(shì)。PLC 技術(shù)具有很強(qiáng)的靈活性和開放性，在應(yīng)用過(guò)程中企業(yè)可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)PLC 技術(shù)進(jìn)行靈活修改和設(shè)計(jì)，從而滿足機(jī)械生產(chǎn)需要。另外，為了保證機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)正常運(yùn)行和順利操作，必須嚴(yán)格按照相關(guān)操作規(guī)程進(jìn)行安裝、調(diào)試、編程等工作，并確保其程序穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

3.4 在捻線機(jī)控制中的應(yīng)用

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于一些零件的連接往往需要采用捻線機(jī)進(jìn)行控制，而傳統(tǒng)的機(jī)械電氣控制裝置會(huì)造成生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)斷線等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。運(yùn)用PLC技術(shù)進(jìn)行機(jī)械電氣控制裝置的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，能夠提高零件連接的可靠性和穩(wěn)定性。具體來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)捻線機(jī)控制裝置時(shí)，應(yīng)該將PLC 技術(shù)應(yīng)用于電氣控制中。在實(shí)際工作當(dāng)中，PLC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)捻線機(jī)的智能化控制，并保證整個(gè)過(guò)程的高效性。首先，需要對(duì)控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了確保捻線機(jī)斷線檢測(cè)功能有效運(yùn)行，需要通過(guò)輸入模塊來(lái)獲取斷線檢測(cè)信號(hào)、輸出模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)斷線檢測(cè)功能，同時(shí)還應(yīng)注意程序的合理設(shè)計(jì)與優(yōu)化問(wèn)題。另外，為了防止在執(zhí)行程序過(guò)程中出現(xiàn)死機(jī)問(wèn)題，需要采用雙機(jī)熱備份策略來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC程序與原電路之間的相互備份問(wèn)題。

3.5 在開關(guān)邏輯中的應(yīng)用

在機(jī)械電氣控制裝置中，通常會(huì)使用一些開關(guān)類的邏輯元件來(lái)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能。為了減少操作次數(shù)，減少系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，可以將PLC技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械電氣控制裝置中。通常情況下，當(dāng)輸入端接到外部設(shè)備時(shí)，PLC技術(shù)會(huì)首先檢測(cè)設(shè)備是否通電，然后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果開始執(zhí)行相應(yīng)的命令。由于PLC可以對(duì)輸入端進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)和識(shí)別，因此在機(jī)械電氣控制中，運(yùn)用PLC 技術(shù)可以降低操作人員的操作次數(shù)和難度，降低機(jī)械電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和質(zhì)量。此外，由于PLC 技術(shù)具有極高的可靠性、靈活性以及較強(qiáng)的抗干擾能力等特點(diǎn)，因此在機(jī)械電氣控制裝置中可以廣泛應(yīng)用該技術(shù)[6]。

3.6 在分散式控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

當(dāng)前，很多工業(yè)企業(yè)已經(jīng)開始逐步使用分散式的控制系統(tǒng)，這對(duì)于企業(yè)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量提升都具有非常重要的意義，但是在實(shí)際操作中，很多工業(yè)企業(yè)并不能達(dá)到預(yù)期的控制效果，主要是因?yàn)樵诠I(yè)生產(chǎn)中采用分散式控制系統(tǒng)存在一定局限性。首先，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、成本較高；其次，該控制系統(tǒng)對(duì)通信質(zhì)量要求較高，通信網(wǎng)絡(luò)在受到外界干擾時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量故障。為了解決上述問(wèn)題企業(yè)可以將PLC技術(shù)應(yīng)用于分散式控制系統(tǒng)中，能夠有效降低機(jī)械電氣控制裝置中存在的問(wèn)題，通過(guò)采用PLC 技術(shù)建立集中式控制系統(tǒng)之后，可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效監(jiān)控和管理，從而有效提高了設(shè)備運(yùn)行效率和整體質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在機(jī)械電氣控制系統(tǒng)中，PLC技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要方式。利用PLC技術(shù)不僅能夠提高機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，而且還能減少機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的故障。隨著我國(guó)科技的快速發(fā)展，PLC技術(shù)在我國(guó)機(jī)械電氣控制領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，要想更好地利用PLC技術(shù)，需要對(duì)其進(jìn)行深入了解，并根據(jù)實(shí)際情況制定相應(yīng)的應(yīng)用策略，以此促進(jìn)PLC 技術(shù)在我國(guó)機(jī)械電氣控制領(lǐng)域中健康、穩(wěn)定地發(fā)展。