PLC技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化控制中的應(yīng)用初探

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720144

摘要：在經(jīng)濟(jì)與科技快速發(fā)展的推動(dòng)下，我國(guó)電氣工程自動(dòng)化控制領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了較為長(zhǎng)足的進(jìn)步，基于此，本文對(duì)系統(tǒng)順序化控制、閉環(huán)控制、開(kāi)關(guān)量控制、模擬量控制、集中系統(tǒng)控制、分散性系統(tǒng)控制六方面PLC技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并詳細(xì)論述了PLC技術(shù)在立體自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)中的應(yīng)用，希望由此能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來(lái)一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù)；電氣工程；自動(dòng)化控制；堆垛機(jī)

PLC的中文譯名為可編程控制器，其能夠以微處理器為媒介實(shí)現(xiàn)電腦、終端以及互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合完成的控制。作為工業(yè)領(lǐng)域最主要的控制技術(shù)，PLC技術(shù)仍舊具備著較為廣闊的發(fā)展前景，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，PLC技術(shù)將發(fā)展成為一種新型的、開(kāi)放式的、全分布式的控制系統(tǒng)，并能夠?yàn)槲覈?guó)各領(lǐng)域發(fā)展提供有力支持。

1 PLC技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

1.1 系統(tǒng)順序化控制

PLC技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化中的系統(tǒng)順序控制屬于其在這一領(lǐng)域的最初應(yīng)用形式，這一應(yīng)用能夠解決電氣設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行帶來(lái)的設(shè)備損耗與能源消耗問(wèn)題，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益由此就能夠得到較好提升。實(shí)質(zhì)上，結(jié)合PLC技術(shù)的電氣工程自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)靈敏性與穩(wěn)定性的增長(zhǎng)，由此實(shí)現(xiàn)的按照預(yù)定設(shè)定完成不同控制任務(wù)，才得以真正彌補(bǔ)傳統(tǒng)控制方式能耗高和效率低的缺陷，煤炭企業(yè)的輸煤系統(tǒng)、遠(yuǎn)程IQ站系統(tǒng)均屬于PLC技術(shù)系統(tǒng)順序控制應(yīng)用的典型。在煤炭企業(yè)輸煤系統(tǒng)的PLC技術(shù)應(yīng)用控制中，PLC技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)輸煤系統(tǒng)中主站層、遠(yuǎn)程站、現(xiàn)場(chǎng)傳感器的三部分架構(gòu)，工作人員由此就能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行輸煤系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，由此便能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)煤效率的大幅提升；而在遠(yuǎn)程IQ站系統(tǒng)的PLC技術(shù)系統(tǒng)順序控制中，PLC技術(shù)能夠通過(guò)感知現(xiàn)場(chǎng)傳輸感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)控制節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，由此該系統(tǒng)的控制效率便得以大大提升[1]。

1.2 閉環(huán)控制

閉環(huán)控制同樣屬于PLC技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，這一應(yīng)用改變了以往人力控制的格局，很多危險(xiǎn)性較高的行業(yè)因此實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的變化，而其實(shí)質(zhì)上屬于一種自動(dòng)化過(guò)程控制。長(zhǎng)期以來(lái)，泵類電機(jī)存在著自動(dòng)啟動(dòng)、機(jī)旁手啟動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)控制啟動(dòng)等多種啟動(dòng)方式，但繁雜的啟動(dòng)方式帶來(lái)的卻是自動(dòng)化控制的困難，但在PLC技術(shù)支持下，PLC技術(shù)能夠結(jié)合不同泵類電機(jī)特點(diǎn)有針對(duì)性的進(jìn)行控制方式調(diào)節(jié)，泵類電機(jī)的自我保護(hù)與系統(tǒng)保護(hù)水平也將因此大大提升。

1.3 開(kāi)關(guān)量控制

開(kāi)關(guān)量控制水平直接決定電氣設(shè)備的整體工作運(yùn)行狀況，而在傳統(tǒng)點(diǎn)磁型繼電器工作模式下，開(kāi)關(guān)量控制往往會(huì)出現(xiàn)操作難度高、穩(wěn)定性差的問(wèn)題，電氣設(shè)備的控制效率自然難以得到保障，但在PLC技術(shù)應(yīng)用的開(kāi)關(guān)量控制中，這一問(wèn)題實(shí)現(xiàn)了妥善解決，這主要得益于PLC技術(shù)所運(yùn)用的斷路顯示器，電氣設(shè)備自動(dòng)化控制由此便實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化。四臺(tái)規(guī)格為150kW、660v的電動(dòng)運(yùn)輸機(jī)原運(yùn)輸量為400t每小時(shí)，但在應(yīng)用PLC技術(shù)進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制后，四臺(tái)運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸效率達(dá)到了420t每小時(shí)，由此可見(jiàn)PLC技術(shù)在開(kāi)關(guān)量控制中所具備的優(yōu)勢(shì)[2]。

1.4 模擬量控制

模擬量指的是可能會(huì)出現(xiàn)在生產(chǎn)中的變量，速度變量、溫度變量均屬于模擬量范疇，但在過(guò)去很長(zhǎng)的一段時(shí)間中，由于模擬量這一變量的預(yù)測(cè)較為困難，相關(guān)生產(chǎn)的進(jìn)度與質(zhì)量往往會(huì)受到較為負(fù)面影響，而為了實(shí)現(xiàn)模擬量的妥善控制，PLC技術(shù)的支持必不可缺。PLC技術(shù)應(yīng)用下的電氣控制系統(tǒng)與電氣模擬裝置能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的模擬量預(yù)測(cè)，這一預(yù)測(cè)同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化和模擬量的有效轉(zhuǎn)換，由此生產(chǎn)過(guò)程的控制水平就能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)足提升。

1.5 集中系統(tǒng)控制

我國(guó)當(dāng)下工業(yè)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)多由設(shè)備與中央PLC系統(tǒng)組成，PLC系統(tǒng)在其中發(fā)揮著中央集成功能，不同設(shè)備的運(yùn)行順序、控制方式都需要通過(guò)這一PLC系統(tǒng)才得以實(shí)現(xiàn)，由于這種集中式的控制系統(tǒng)具備效率高、成本低的優(yōu)勢(shì)，集中系統(tǒng)控制已經(jīng)在我國(guó)實(shí)現(xiàn)了較為廣泛的應(yīng)用。不過(guò)，集中控制系統(tǒng)也存在著無(wú)法在運(yùn)行中改變某個(gè)控制對(duì)象程序的不足，這在一定程度上制約了其進(jìn)一步推廣。

1.6 分散性系統(tǒng)控制

除了剛剛提到的集中系統(tǒng)控制，分散性系統(tǒng)控制在我國(guó)當(dāng)下的應(yīng)用同樣較為廣泛，該系統(tǒng)由分開(kāi)處置形成的PLC控制系統(tǒng)組成，PLC技術(shù)能夠在其中運(yùn)用合適的信號(hào)實(shí)現(xiàn)傳輸，控制任務(wù)由此便得以完成。在分散性系統(tǒng)控制中，其核心是不同PLC負(fù)責(zé)不同控制對(duì)象的控制，這就使得急停一臺(tái)設(shè)備只需要通過(guò)特定的PLC便可以實(shí)現(xiàn)，其它控制器則不會(huì)受到影響[3]。

2 PLC技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

PLC技術(shù)電氣設(shè)備自動(dòng)化控制中應(yīng)用所涉及的范圍較廣，但鑒于篇幅原因，本文僅對(duì)其在立體自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)論述。

2.1 堆垛機(jī)PLC控制系統(tǒng)功能

堆垛機(jī)在我國(guó)當(dāng)下自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中有著極為廣泛的應(yīng)用，其能夠?qū)崿F(xiàn)高層、高速、高密度自動(dòng)貨物存取，而對(duì)于堆垛機(jī)的出入庫(kù)任務(wù)完成來(lái)說(shuō)，應(yīng)用PLC技術(shù)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的支持必不可缺，PLC技術(shù)在堆垛機(jī)運(yùn)行中負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)控制、位置檢測(cè)和定位、速度控制、安全與保護(hù)，由此堆垛機(jī)才能夠?yàn)樽詣?dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)提供高質(zhì)量服務(wù)。

2.2 堆垛機(jī)PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 PLC選型

結(jié)合堆垛機(jī)工作實(shí)際，筆者選擇了S7300系列的PLC用于堆垛機(jī)控制，這一系列的PLC采用了節(jié)省空間的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于不需要考慮槽位規(guī)則，這就得其適用于各種機(jī)械控制任務(wù)，該P(yáng)LC的CPU為3152DP，這一型號(hào)的CPU在浮點(diǎn)數(shù)和二進(jìn)制數(shù)處理中表現(xiàn)較為優(yōu)秀，由此就能夠較好為堆垛機(jī)提供服務(wù)。

2.2.2 PLC輸入/輸出模塊的選擇

S7300型號(hào)的PLC最多可以擴(kuò)展四個(gè)機(jī)架，而每個(gè)機(jī)架可以最多連接8個(gè)模塊，基于此在PLC輸入/輸出模塊的選擇中，筆者選擇了SM321輸入模塊、SM323輸入/輸出模塊、SM322輸出模塊、SM331輸出模塊，而結(jié)合PLC輸入/輸出模塊具體選擇所反映的耗電量，堆垛機(jī)PLC控制系統(tǒng)選擇了PS307 5A電源。

1）SM321模塊為16點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊，其與模塊SM323主要負(fù)責(zé)光電開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、急停開(kāi)關(guān)的信號(hào)采集，SM321模塊在運(yùn)用中能夠?qū)?shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部信號(hào)電平，而該模塊設(shè)置的RC濾波電路則能夠有效防止外部干擾脈沖帶來(lái)的錯(cuò)誤輸入信號(hào)影響。

2）SM323模塊為16點(diǎn)數(shù)字量輸入/輸出模塊，其除了與剛剛提到的SM321模塊配合使用外，還能夠輸出各類故障報(bào)警信號(hào)和變頻器控制信號(hào)，由于其自身電路由光耦合器與背板總線相連，這就使得SM323模塊具備電子保護(hù)功能。

3）SM322模塊為8點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊，其同樣負(fù)責(zé)各類故障報(bào)警信號(hào)和變頻器控制信號(hào)的輸出，不過(guò)該模塊還具備著轉(zhuǎn)換PLC內(nèi)部信號(hào)電平為外部信號(hào)電平的能力，SM322模塊因此具備了隔離和功率放大作用。

4）SM331模塊為8通道模擬量輸入模塊，該模塊主要負(fù)責(zé)模擬量信號(hào)向CPU內(nèi)部處理數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，其中模擬量轉(zhuǎn)換的循環(huán)時(shí)間為對(duì)外部模擬量信號(hào)的采樣間隔。

2.2.3 變頻器選擇

變頻器主要負(fù)責(zé)堆垛機(jī)的水平與垂直方向速度控制，而在變頻調(diào)速技術(shù)的支持下，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、無(wú)需電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與減速的附加裝置得以淘汰，堆垛機(jī)由此就能夠在PLC控制系統(tǒng)支持下實(shí)現(xiàn)在線無(wú)級(jí)調(diào)速。值得注意的是，筆者將變頻器的直流側(cè)電壓上限設(shè)置為850V，超過(guò)這一上限變頻器將通過(guò)關(guān)斷輸出強(qiáng)行停止堆垛機(jī)運(yùn)行。

2.2.4 異步電動(dòng)機(jī)的選擇

異步電動(dòng)機(jī)的選擇中，筆者選擇了我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的三相異步電動(dòng)機(jī)，這一選擇主要是由于三相異步電動(dòng)機(jī)具備較為優(yōu)秀能量變換特性，當(dāng)然運(yùn)行性能優(yōu)秀、節(jié)省材料也是選擇三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的原因。

2.2.5 測(cè)速機(jī)的選擇

測(cè)速機(jī)主要負(fù)責(zé)堆垛機(jī)距離與運(yùn)行速度的測(cè)量，其能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械轉(zhuǎn)速向電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換，考慮到PLC控制系統(tǒng)提出的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、無(wú)線干擾小等要求，筆者就交流測(cè)速發(fā)電機(jī)和直流測(cè)速發(fā)電機(jī)進(jìn)行了深入比較，最終選擇了交流測(cè)速發(fā)電機(jī)中的空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)作為測(cè)速機(jī)，由此堆垛機(jī)PLC控制系統(tǒng)就將真正得以實(shí)現(xiàn)。

PLC、PLC輸入/輸出模塊、變頻器、異步電動(dòng)機(jī)、測(cè)速機(jī)五方面屬于PLC控制系統(tǒng)的主要硬件構(gòu)成，雖然鑒于篇幅原因筆者未能對(duì)PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)描述，但該系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路已經(jīng)在文中有著直觀描述。

3 結(jié)論

綜合所述，PLC技術(shù)能夠在我國(guó)多領(lǐng)域的電氣設(shè)備自動(dòng)化控制中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量應(yīng)用。而在此基礎(chǔ)上，本文圍繞堆垛機(jī)PLC控制系統(tǒng)功能與硬件展開(kāi)的論述，則較為直觀說(shuō)明了PLC技術(shù)具備的發(fā)展?jié)摿Γ芯康膶?shí)踐價(jià)值同樣得到了直觀展現(xiàn)。因此，在電氣設(shè)備自動(dòng)化控制的研究與實(shí)踐中，本文研究?jī)?nèi)容便可以作為重要參考。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：陸敏 （1995），男，漢族，江蘇南通人 ，本科 。