PLC 技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用探討

王文征WANG Wen-zheng；劉宗輝LIU Zong-hui

（①邢臺市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所，邢臺 054000；②河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗院，石家莊 050091）

（①Xingtai Special Equipment Supervision and Inspection Institute，Xingtai 054000，China；②Hebei Special Equipment Supervision and Inspection Institute，Shijiazhuang 050091，China）

0 引言

傳統(tǒng)的人工和機(jī)器勞動力已經(jīng)難以滿足當(dāng)代生產(chǎn)方式的需求，超負(fù)荷工作不能從根本上解決生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系的矛盾問題。從我國現(xiàn)階段機(jī)械電氣行業(yè)的發(fā)展情況看來，PLC 作為一項熱門技術(shù)，在相關(guān)配置和技術(shù)含量上都達(dá)到了較高的標(biāo)準(zhǔn)，可以對機(jī)械電氣控制裝置實現(xiàn)實時保護(hù)，有利于企業(yè)生產(chǎn)和加工的有序進(jìn)行，這對整個機(jī)械電氣控制行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了一定的促進(jìn)作用。

1 機(jī)械電氣控制概述

計算機(jī)技術(shù)的大力發(fā)展對工業(yè)化進(jìn)程產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，隨著該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，適合工業(yè)發(fā)展的新型技術(shù)應(yīng)運而生，使得工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量獲得了大幅度地提升。自動化技術(shù)在九十年代前后發(fā)生三次巨變，從以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的電子裝置發(fā)展為從以計算機(jī)高速運算為主導(dǎo)的控制系統(tǒng)，最終整個行業(yè)在第三次變革中發(fā)生質(zhì)的變化，實現(xiàn)以現(xiàn)代計算機(jī)通信和控制技術(shù)合成為主導(dǎo)的控制系統(tǒng)，促進(jìn)了新興行業(yè)的誕生和發(fā)展，為自動化技術(shù)增添活力。在機(jī)械電氣控制行業(yè)不斷發(fā)展的過程中，PLC 技術(shù)也實現(xiàn)了興起至廣泛應(yīng)用的發(fā)展歷程。汽車制造工業(yè)率先發(fā)展起了PLC 技術(shù)，隨著該技術(shù)的功能更加適應(yīng)商業(yè)化，電氣一儀表一計算機(jī)控制一體化可以批量實行。PLC技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)形成了相對成熟的生產(chǎn)體系，被大量投放于產(chǎn)品的連續(xù)和批量生產(chǎn)中。到如今，以PLC 為基礎(chǔ)的PID 回路控制正廣泛運用于產(chǎn)品的連續(xù)生產(chǎn)和批量生產(chǎn)的過程中。此外，基于PLC 技術(shù)的DCS 控制系統(tǒng)和FCS系統(tǒng)也在不斷地得到發(fā)展。

2 PLC 技術(shù)概述

2.1 PLC 組成 PLC 的中文全稱為“可編程序控制器”，主要由CPU、存儲器、I/O（輸入/輸出部件）、編程器等外部設(shè)備和電源組成。CPU 是PLC 的核心組成部分，其作用類似于人體中樞的生物功能，可以用掃描的方式接收現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，可以接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)、可以診斷電源和PC 內(nèi)部的工作狀態(tài)和語法錯誤和執(zhí)行相關(guān)指令等；存儲器是存放系統(tǒng)工作程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令、解釋、功能子程序的調(diào)用管理程序和系統(tǒng)參數(shù)的裝置，它不可以讓用戶直接存取，而是使用用戶通過編程器輸入的用戶程序存放用戶數(shù)據(jù)；I/O（輸入/輸出部件）是CPU 和現(xiàn)場I/O 裝置或其他外部設(shè)備之間的連接部件，并且具有狀態(tài)顯示和I/O 接線端子排，執(zhí)行相關(guān)的功能模塊作用；編程器等外部設(shè)備是PLC 進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行和檢查維護(hù)不可缺少的工具，通過鍵盤和顯示器去檢測PLC 內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)實現(xiàn)用戶程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視，通過通訊端口與CPU 聯(lián)系，實現(xiàn)與PLC 的人機(jī)對話，在安裝使用了相關(guān)軟件之后，還可以實現(xiàn)計算機(jī)的其他編程作用；電源分為內(nèi)部和外部電源，開關(guān)穩(wěn)壓電源可以供內(nèi)部電路使用，外部電源在供電切斷時可以靠鋰電池的作用繼續(xù)供電。

2.2 PLC 的控制技術(shù) PLC 技術(shù)在FCS 控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，它打破了單一技術(shù)控制系統(tǒng)的局面，實現(xiàn)多元化控制效果，滿足大多數(shù)企業(yè)對于產(chǎn)業(yè)效果的追求。從FCS 技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，當(dāng)前的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS 可以實現(xiàn)機(jī)械電氣控制裝置的理想化運行，支持雙向多節(jié)點和總線式的數(shù)字通訊模式，在使用的機(jī)械電氣控制系統(tǒng)中實現(xiàn)高度集中的完整構(gòu)成模式，對于滿足企業(yè)多方位的生產(chǎn)需求具有重要意義。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS技術(shù)突破了DCS 技術(shù)的專用通訊網(wǎng)絡(luò)限制，結(jié)合行星的運轉(zhuǎn)調(diào)整分布，使得全程的控制都在工作人員的預(yù)計之內(nèi)，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代機(jī)械電氣控制技術(shù)的開放化、分散化和數(shù)字化的顯著特征，形成新一代控制系統(tǒng)的總體風(fēng)貌。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS 技術(shù)在執(zhí)行工作任務(wù)時，可以做到使用數(shù)字化技術(shù)的連接作用實現(xiàn)生產(chǎn)線和控制設(shè)備的及時溝通，減少了企業(yè)生產(chǎn)時間差造成的經(jīng)濟(jì)損失。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS 技術(shù)的發(fā)展前景廣闊，在未來，其不只是基礎(chǔ)控制系統(tǒng)，還是一個充滿現(xiàn)代化技術(shù)韻味的控制體系，采用自動化技術(shù)發(fā)展過程中的熱點齊集智能傳感、控制系統(tǒng)、計算機(jī)通訊技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)，在未來的工業(yè)投入中造福更多企業(yè)。集散型控制系統(tǒng)DCS 也是PLC 技術(shù)的重要組成部分，和FCS 技術(shù)相比各有優(yōu)劣。集散型控制系統(tǒng)DCS 技術(shù)可以實現(xiàn)信息的高度集中，在企業(yè)生產(chǎn)過程中起著總覽全局實時調(diào)度的優(yōu)化作用。相比于傳統(tǒng)的機(jī)械電氣控制技術(shù)，集散型控制系統(tǒng)DCS 技術(shù)可以大量應(yīng)用于集散型控制系統(tǒng)，在機(jī)械電氣控制裝置的整體運行過程中起著降低運行風(fēng)險，分散控制，對于運行中的危險進(jìn)行集中顯示和處理，從很大程度上降低了機(jī)械電氣裝置運行的危險系數(shù)，增加了機(jī)械設(shè)備的壽命和運行成果。鑒于PLC 技術(shù)的發(fā)展必將實現(xiàn)多元化，DCS 技術(shù)和FCS 技術(shù)相比有著難以彌補(bǔ)的劣勢，F(xiàn)CS 技術(shù)是從DCS 技術(shù)上發(fā)展起來的，雖然DCS 技術(shù)更加成熟，但是其成本比FCS 技術(shù)高，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜且控制功能更加單一和專業(yè)化，相比于靈活可靠發(fā)展前景更加廣闊的FCS 技術(shù)沒有那么多被選擇的優(yōu)勢，在未來的PLC 控制技術(shù)發(fā)展中必將弱于FCS 計劃，以致于最終淘汰。

3 PLC 技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用

3.1 分析原理圖 原理圖在PLC 技術(shù)的應(yīng)用過程中起著指導(dǎo)性作用，引領(lǐng)PLC 技術(shù)在整個機(jī)械電氣控制系統(tǒng)中的前進(jìn)方向，所以在PLC 技術(shù)應(yīng)用之前必須對原理圖實行檢查和分析，確保無誤方可投入實施。原理圖分析首先需要把握電路圖中的基礎(chǔ)電氣設(shè)備，如電動機(jī)等，在電路圖的關(guān)鍵位置一定要用鮮明的標(biāo)記標(biāo)注起來。在電路圖的繪制檢驗過后發(fā)現(xiàn)沒有紕漏之際便可以進(jìn)行電路的識別環(huán)節(jié)，認(rèn)清電路的控制電器和保護(hù)裝置，避免相關(guān)工作人員在實際操作過程中找不著對應(yīng)的器件，造成了不必要的損失。保護(hù)裝置實現(xiàn)對機(jī)械電氣裝置中的任何一條電路的良好保護(hù)，除開必要舍棄的電路，任何電路裝置處一般都設(shè)有保護(hù)裝置。最后是要確保電源的供電無誤，電源是機(jī)械電氣裝置的運行動力，保證電流的暢通對于以后工作的開展有著一定的積極作用。

3.2 PLC 控制系統(tǒng)的實例分析 本段以煤炭分裝器為例，分析PLC 控制系統(tǒng)在機(jī)械電氣控制裝置中的重要作用。分裝器的構(gòu)成比較簡單，主要由攔包機(jī)、導(dǎo)料擺板、氣動系統(tǒng)等幾個大的部分組成，每個部分都有其固有的作用，實現(xiàn)煤炭分裝器工作的專業(yè)功能。在煤炭分裝器的分料皮帶上裝有多組光電感應(yīng)器，結(jié)合PLC 控制系統(tǒng)對于煤炭進(jìn)入分裝箱的時間間斷分算，實現(xiàn)煤炭分裝操作臺的機(jī)械電氣控制。可見PLC 技術(shù)對于工業(yè)生產(chǎn)具有積極的作用，有效地避免了傳統(tǒng)作業(yè)方法的固有漏洞，提高企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)的總體水平和安全系數(shù)。與此同時，PLC 控制系統(tǒng)有著智能設(shè)置的功能，對于煤炭分裝過程中的擁堵現(xiàn)象采取第一時間斷開電源的設(shè)置，實現(xiàn)機(jī)械的整體保護(hù)，減少生產(chǎn)線上失誤造成的經(jīng)濟(jì)損失。

3.3 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計與選擇 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計涉及通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和接地設(shè)計兩個方面。通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計包含通信網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)兩種，兩種網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)作用，共同完成任務(wù)。接地設(shè)計主要是從PLC 控制系統(tǒng)的抗干擾能力和安全系數(shù)兩方面考慮，任意相接的地面和電路系統(tǒng)具有很高的不穩(wěn)定性，需要進(jìn)過慎重仔細(xì)地調(diào)查了解，將PLC 控制系統(tǒng)的裝置設(shè)置為集中分散調(diào)整靈活的控制系統(tǒng)，將控制電路板OA 與OD 進(jìn)行直接短接，以降低振動作用對于機(jī)械的不良影響。

4 結(jié)束語

PLC 控制技術(shù)可以有效減少機(jī)械電氣控制裝置的復(fù)雜程度，有利于優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。若是解決了PLC 技術(shù)上的難題和目前成本相對略高的情況，在未來的國內(nèi)市場中，PLC 控制技術(shù)必將發(fā)展迅猛，占據(jù)工業(yè)市場的重要部分，獲得日益廣闊的發(fā)展前景。

[1]石寶德，張士偉.PLC 技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用[J].湖南農(nóng)機(jī)，2011，11:80，82.

[2]謝學(xué)峰.機(jī)械電氣控制裝置中的PLC 應(yīng)用[J].企業(yè)導(dǎo)報,2012,16:272.

[3]程香.PLC 技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用[J].科技傳播，2013，15：130，135.