機械電氣控制裝置PLC技術的應用分析

陳玄清

隨著科技發展的日漸強盛，許多不同的技術與學科開始互相交叉滲透，這就使得科學技術得到了空前的發展。在PLC技術持續發展的大環境之下，隨著機械企業自動化水平的逐步提高，企業無論是在產品質量方面或是其整體的生產速率上都得到了極大的保障。在此基礎上，為了簡化機電一體化系統的結構，采用PLC技術來對繼電器其邏輯處理功能進行優化。由于PLC技術可以有效地簡化工業操作以及降低生產所需成本，還能夠降低機械設備的控制裝置在運行過程中發生危險的幾率[1]。結合各個方面的綜合考量，PLC技術在機械電氣控制裝置的生產系統中有著非常大的發展前景及應用空間，為了將其進行進一步的強化優化，要加強對PLC技術的研究推廣力度，以最大程度上發揮其在機電控制裝置中的決定作用。

1 PLC技術的概述

1.1 基本概念

PLC是一個電子系統裝置，以微處理器為核心進行數字運算的操作。它的設計初衷是專門為工業現場應用提供便利，PLC技術還可以融入到梯形圖的編程之中，這能夠使得許多復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量的信息技術進行整改，縮減生產成本，將生產模式改善為底本高質的水平[2]。

1.2 主要特點

（1）安全性高，抗干擾能力較強，適用于環境復雜的工業現場。

（2）以程序已經定義的各個輔助型繼電器來代替傳統的機械觸點繼電器，從而不需要考慮傳統的機械觸點繼電器原有的返回系數，為機械行業提供便利。

（3）有完善的功能，可用性強，與工業電氣控制裝置很容易聯結成整體，便于擴展各項功能。

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

1.3 PLC技術的優勢

（1）能夠高效的進行自我檢測

PLC技術是創新型的技術，與傳統的繼電接觸控制技術相比較來看，這項技術可以更加方便快捷地對控制器進行程序編輯，再以數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的輔助性操作[3-5]。在機電控制裝置的整體中，這項技術能夠保障整個工作流程順利進行，若出現故障能夠及時發出警報，并檢測出自身出現的問題，這就大大提高了機械工業的作業效率，并為其節省了成本。

（2）抗干擾能力較強

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

2 機械電氣控制裝置基本概述

通常所說的機械電氣控制裝置也就是指電氣設備的二次控制。一般都是由六個環節構成，分別為對電氣設備及電路提供保障的保護回路、由許多供電的電源供電電路、兼備效率及平均分配的手動及自動回路、可以將線路的工作情況顯示出來的信號回路、保障電氣設備運行安全及不間斷工作的閉鎖及自鎖回路、發生一些特殊狀況能夠進行緊急制動的制動停車回路[6]。機械電氣控制裝置可以自動控制電器設備整體的大電流與高壓，以及開關的閉合等，可以處理設備運行中出現的特殊情況，維護系統穩定并實時反映出設備的運行狀況。

3 PLC技術在機械電氣控制裝置中的應用

3.1 PLC技術在機電控制裝置中的控制形式

（1）DCS集散型控制系統

所謂的DCS集散控制型系統也就是把現場的控制站和檢查站等一些控制類系統運用特殊的電子網絡系統來進行相互之間的鏈接，把電子科技與控制技術進行有效的結合，這樣不僅能夠兼顧裝置的集中操作和系統的分散性控制，還可以將在控制過程當中出現的危險性因素進行較為分散透徹的梳理，并綜合治理，這樣就能夠對機械電氣控制裝置進行有效的調控及更加高效的管理。總的來說，DCS系統能夠集通訊、顯示、計算機、控制技術于一體，形成的較為便利完善的管理及控制類系統。

（2）FCS現場總線型控制系統

簡單來講，所謂的現場總線型控制系統就是把生產現場的控制系統之中所存在的數字式以及各個分支等不盡相同的結構進行科學的結合，這樣不單單能夠實現管理與控制的雙重結合，還能夠起到支持多節點與雙向總線型系統的作用。其往往是由于一些常見的外部環境所組成的，因此可以提供十分良好的網絡環境給機電控制裝置，提供更加智能的實用功能，能夠使得許多項目完成自動生成，這樣就能夠顯著提高對于機電裝置的控制效果。與DCS系統相比較而言，它有著更好的可操作度，實際運用起來更為簡便靈活，又由于它對控制裝置進行了更進一步的分散，所以其安全性也相對更高。

3.2 PLC技術在機電控制裝置當中的實際應用

（1）分析設計原理圖

若是要保障機電控制裝置其性能、質量、功能等方面的高穩定性，就一定要打好第一步原理圖設計的基礎。對原理圖的分析需要幾個環節，第一要掌握基本的電氣設備，如電動機等，在原理圖當中要做出相應的明顯標示[7]。第二要將整體的電路圖描繪出來并進行二次檢查，及時發現錯誤的地方并加以改正，這樣能夠加深對電路各個環節的識別，可以清楚地了解各種控制電器及電路保護裝置的位置，這可以很好的保障機械電氣操作人員在進行實際施工時不會因為對電器放置地點不熟悉而造成損失。第三一定要確保電源正確地進行供電，保證電流能夠順暢的流通，以保持整個機電控制裝置的正常運行，這為控制裝置的后續工作提供了基礎的保障。最后要對控制裝置進行實時保護，為使電路不受到外界環境的影響，每一處控制電路裝置處都要裝有相對應的保護設備。

（2）PLC技術在空氣壓縮機中的實際應用

以往由單片機構成的空氣壓縮機很難不受機器性能干擾，這就使得機械電氣裝置的工作效率得不到保障。現如今，PLC技術應用到空氣壓縮機中，與實際的生產作業相結合，將自動化與危機控制技術科學地結合起來，對壓縮機進行調整，這大大提高了空氣壓縮機的工作運行效率。不光如此，它還能夠通過微控制器對整個空氣壓縮機的作業環節進行全程監控，以此來保障機器運行的安全，這對于機械電氣控制裝置的作業效率有很大的促進作用。

（3）在自動化生產線上的變量控制

在生產中對變量進行實時監控與控制實質上也就是對生產的模擬量進行一個全面監管，因為在工業生產的各個環節中都存在著很多的變量，然而利用人力是很難對其進行一個較為合理科學的方式進行預測的。如果不及時地進行生產變量的實時控制，長此以往堆積下來的問題就很有可能對工業生產帶來極大的不良影響[8]。為此，將PLC技術應用到機械電氣控制裝置當中就解決了很大的問題，這項技術能夠對生產過程中各環節的變量進行合理適當的控制，在此基礎上，還能夠利用模擬化和數字化之間的鏈接轉化，實現用控制器來進行相應生產變量的控制。

（4）應用于分散控制系統

在分散控制系統當中，因為在此系統中要對所處理對象進行分散處理，因此需要通過PLC技術的信號傳遞來進行網絡中的鏈接式連鎖反應，以此來順利完成分散的控制任務。由于各個生產線之間都是通過網絡數據來進行直接關聯，因此通常情況下采用多生產線分散型控制。這種控制系統的優勢在于各個生產線都是由不同PLC進行控制的，因此若是有一處出現了生產故障，不會對其他的生產線造成影響。為了更加高效地進行控制任務，要努力將PLC技術與過控技術進行有機結合。

3.2 PLC技術在機械電氣控制裝置中的具體應用

在工業生產過程中會經常應用到機械手，它在工業領域中的應用具有十分重要的意義，譬如它在工業領域中的應用可以實現對物體的搬運、裝配及切割等作用。而PLC技術在接卸電氣控制裝置中的應用還能夠在此基礎上加強對于線路的簡化，有效節約使用成本，從而最終提高工業生產的效率。

（1）控制要求

PLC技術在應用的過程中，需要實現工件從左到右的搬運，而在其應用的過程中機械手的重要作用在于驅動機械氣缸的運作，磁閥是控制氣缸的重要機械裝置。磁閥在控制氣缸的過程中，需要根據實際的需要向多個方向移動，如上、下、左、右等，磁閥在實際的控制過程中是雙線圈的；如果在磁閥控制的過程中實行斷電處理，這時如果磁閥是朝下降的方向展開控制，那么機械手也會停止響應的下降動作，當然需要保持原有的工作狀態。電磁閥在控制機械手的過程中，機械手會跟隨電磁閥的通電情況而展開相應的操作，如果電磁閥處于通電狀態，那么機械手會上升，如果電磁閥處于斷電狀態，機械手會停止響應的操作。機械手在具體操作過程中如放松或者夾緊的過程中，是由電磁閥進行控制的，這時的電磁閥的狀態是單線圈的并且是二位的，當線圈處于通電狀態時，機械手則會相應夾緊；當線圈處于斷電狀態時，機械手則會相應放松。如果機械手向右移動并有向下下降的趨勢時，應當注意對右邊工作臺展開相應的檢查，只有在右邊工作臺沒有任何工件的情況下，機械手才能夠被允許下降，否則應當停止下降的過程。具體的操作過程可以分為八個步驟：先從原點開始，接著是下降，在T秒時開始夾緊，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。

在機械手的控制過程中有時為了實際需要還需要注意調試和維護，在調試和維護的過程中應當注意設置手動及自動轉換的開關以實現相應的功能。如果轉換開關處于手動狀態時，通過設置相應的按鈕可以實現如下操作，如上升、下降、左右移動以及放松及夾緊的控制過程。如果轉換開關處于自動的狀態時，這時可以讓機械手自動回歸原點再展開相應的控制；在這種狀態下，當按下機械手的起動狀態時，機械手會根據工作的操作程序展開相應的操作。

機械手處于起動狀態下，會自動完成接下來的一系列周期動作，這個周期不是循環的，完成一個周期后需要再次按下起動按鈕，才能夠讓機械手重復上述周期操作動作，直到完成后回歸原點整個操作過程才算完成。

（2）PLC控制程序的設計

控制程序的重要組成部分主要包括兩個方面，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部分的操作程序，分別是步進操作、單周期操作和連續操作的程序。

在控制程序的初始狀態下，其指令用IST顯示，而IST的功能編號又為FNC60，LST的指令與STL的指令同時進行時可以進行多種控制形式的操作，這時可以簡化相應的操作程序的設計。

IST作為控制程序的初始狀態的相應指令只有一次使用機會，在這種情況下，需要把其設置在控制程序最初開始的位置，而被該指令所控制的相應電路則依次朝后設置。IST指令除了應用于設置控制程序的初始狀態外，還對原始位置的條件展開相應的控制。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時繼電器的元件號，而S27指令的主要作用則在于指定最大狀態時繼電器的元件號。因此在設置繼電器的元件號的過程中應當根據既定的設計的相應順序來設置。在IST指令中，還有源操作數，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的輸入繼電器的首元件。另外，X10還對X10～X026這八個不同的輸入繼電器展開相應的指令。

在原點位置，傳感器在驅動狀態下，應注意觀察輔助繼電器M8044的相應指令是否在原點位置，只有在ON的狀態下，機械手的操作程序才被允許轉換。一般來說，會把繼電器M8000設定指令為FNC60作為控制系統設計的初始狀態。當IST指令設置完成后，控制系統的相應控制步驟則會按照順序相應的程序自動展開。

4 PLC技術的發展前景

眾所周知，現在已經進入到信息現代化階段，隨之，機械電氣控制裝置的發展也越來越成熟。同時，PLC技術也越來越成熟，其應用也特別廣泛，特別是在FCS控制系統出臺之后，更加把PCL技術的更多的功能投入到機械電氣行業之中，這不僅僅突破了常規的DSC控制系統在專用通信網絡方面上的控制，而且還實現了在全局化的通信網絡方面上的控制。并且，DCS控制系統在結構上也遠不及FCS控制系統分布廣泛，FCS控制系統主對現場的控制與管理的功能主要是從行星全分布式的整體結構來實現的。從另一方面來說，PLC技術的控制管理特征是越來越趨勢于分散化、開放話和數字化的。總之，從未來發展的趨勢來說，PLC技術是一個新穎的、全面的、開放的、基層控制系統，同時，PLC技術也向著綜合性的發展。PLC技術是一項在機械電氣控制裝置中不能缺少的新興熱門的技術。

5 結束語

隨著我國的主要矛盾已經發生的巨大變化，我國工業的發展已經進入到一個新的階段，這不僅僅促進了電氣控制技術的巨大進步，而且也同時促進了PLC技術的不斷進步。總之一句話，PLC技術在機械電氣控制裝置中發揮著越來越重要的作用。