試論基于PLC應用技術的電氣控制分析

韓海

摘 要：隨著科學技術的日新月異，傳統的電氣自動化控制方式已不能適應當前的實際運用需要，基于PLC應用技術的電氣控制技術應運而生。本文結合數控機床闡述了基于PLC應用技術的電氣控制技術。

關鍵詞：PLC應用技術 電氣控制

一、PLC技術

PLC是可編程控制器的簡稱。1969年，美國數據設備公司研制出世界上第一臺可編程控制器，它也是最早的工業(yè)電腦。自此以后，微電子技術和計算機技術不斷取得突破，使PLC的自動控制功能和處理速度都有了顯著提高。進入2010年后，PLC技術還具有數據通信、數據處理、PID控制功能，可以對模擬量進行控制。PLC技術在不久的將來會成為一種新型的工業(yè)自動控制標準裝置。PLC在通信能力和控制領域正朝著電氣控制和網絡化的方向發(fā)展。PLC控制器是由存儲器、輸入輸出接口和外圍設備、電源等主要裝置構成。PLC技術具有控制程序靈活可變、抗干擾能力強、編程簡單易學、系統的設計、安裝和調試都比較簡單易操作等優(yōu)點。隨著自動化控制電氣工程的需要越來越多樣化，這種技術可應用于切斷機、自動照明系統、空氣調節(jié)系統和舞臺裝置等多個行業(yè)。將PLC技術融入電氣工程自動化控制中，可以實現電氣設備產品的儲存量和計算機反應速度較快地相互融合。電氣控制應最大限度地實現生產機械和工藝對電氣控制線路的基本要求。在工業(yè)生產線中，流程控制是工業(yè)控制中較為重要的一部分，

電氣控制系統經歷了三個發(fā)展階段，分別是接觸器控制系統、連續(xù)控制系統及自動控制系統和可編程序控制器。近幾年，計算機數字控制系統進入人們的視線，但其發(fā)展還不夠成熟，尚未普遍投入生產。所以，可編程序控制電氣控制系統仍然是當前被廣泛接受的控制系統。近幾年，數控機床正在進入高速加工時代，未來PLC技術還會向著高性能、高速度和大容量、編程語言多樣化的方向發(fā)展。

二、基于PLC應用技術的電氣控制

1.基于PLC技術的開關量控制

PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，其工作過程課按照一般內部處理掃描階段。傳統電氣控制系統使用的開關量控制為繼電器。繼電器是一種自動電氣開關，由感應機構、比較機構和執(zhí)行機構三部分組成。在電氣控制中采用PLC技術控制往往在采集輸入信號時會用到繼電器，在輸出控制信號時也會用到繼電器。但它在進行通斷控制時的反應時間比較長，很難在較短的時間內控制短路保護期間的通斷。一定數量的開關控制設備是電氣控制系統必不可少的配置。這些開關設備是否易于操控、工作是否合理對電氣控制的實施效果具有直接而重要的影響。利用PLC的自動化控制技術對PLC的芯片進行編程可同時實現順序控制和邏輯控制，取代原來的繼電器。PLC技術應用于電氣控制的實際效能表現在它在虛幻模擬的繼電器運行中充當編程的存儲器。并且，PLC技術還可保證對于單臺生產設備的單獨控制，可根據生產實際要求靈活操控機床工作數量和工作時間，從而實現了自動化程序中每個組件的相對獨立性。PLC技術與數控機床之間可通過CNC輸入/輸出接口電路實現信號傳送，最常用的基本邏輯指令為基本位操作、置位和復位、定時、計數和比較等邏輯指令。

2.基于PLC技術的控制模擬量

電氣控制應用在不同的生產領域，其各項參數都會有所不同，尤其是對溫度和濕度參數的調節(jié)和控制。如果溫度和濕度嚴重超過生產所需的要求，那么就會使電氣設備受到損害或者影響生產效率。以數控機床為例，數控機床的環(huán)境溫度應在30℃以下，而相對濕度不應超過80%。所以，在生產實踐中，自動化工業(yè)系統會出現種類多樣且不斷變化的模擬量，即連續(xù)變化的物理量。應用PLC技術可以保證主要數據的轉化可以及時被監(jiān)控和跟蹤，提高控制模擬量運行的效率，一定程度上解決了模擬量的分析和運算難度大的問題。運用PLC進行模擬量控制，首先要用傳感器采集相關生產信息，并且將其變換為標準電信號，送到模擬量模塊，模擬量模塊再將標準電信號轉換成數字量。因為PLC具有強大的數字處理功能，所以，只要找到合適的算法，PLC利用經轉換后的數字量處理相關信息，并且將產生的控制信息返送回模擬量模塊，再以標準信號的形式傳給執(zhí)行器，執(zhí)行器對這些信號進行放大和變換，就能實現生產要求。

3.PLC技術在運動控制和數據處理中的應用

運動控制的工作原理在于控制設備的配置中采用運動模塊來執(zhí)行指令，它可以靈活實現圓周運動和直線運動控制。PLC技術可以實現機床控制圓周運動或直線運動的特點，其控制的基本原理為：在控制設備的配置中需要選擇專用的運動控制模板塊控制，PLC自動化控制具有數據轉換、數據傳輸和分析運算的實用統計功能。在進行數據處理時，它可以準確完成多項數據的處理工作，服務面較廣。當前數據處理廣泛應用于大型控制系統中，比如柔性制造系統、過程控制系統等。

以數控機床為例，數控機床的核心部分即數控裝置。它也是數控機床工作的控制中心。基于PLC的數控機床共有兩種類型，第一種類型是內裝型的PLC，屬于CNC裝置，這種類型有利于數控機床順序控制的實現；另一種是獨立于CNC裝置的PLC，這種類型的機床軟硬件設施齊全、功能多樣，可以滿足多種要求的生產。數控機床是一種裝有程序控制系統的自動化機床，它可以根據編好的程序加工零件。數控機床加工零件對加工精度的要求比較高，需要機床具有穩(wěn)定的加工質量。運用PLC技術適用于電氣工程中能夠使加工質量保證在一定范圍之內。PLC技術還可實現多坐標的聯動，加工形狀較為復雜的零件，比如點位、循環(huán)、直線和圓弧進給運動選擇，還包括坐標方向和進給速度等的選擇。在車床工作中，需要對零件進行車削外圓、內圓、端面、切斷、割槽和螺紋等。

3.電弧的產生和基于PLC的滅弧方法

電弧是在觸頭從閉合狀態(tài)向斷開狀態(tài)切換的過程中產生的。它是觸頭間氣體在強電場作用下產生的放電現象，是一種帶電質子的急流。電弧具有一定的危害。它不僅會使電器的壽命縮短，還會使切斷故障的時間延長，可能會使電弧附近的電氣絕緣材料燒壞，還可能形成電源短路事故。滅弧的常用原理有拉長電弧，降低電場強度；用電磁力使電弧在冷卻介質中運動，降低弧柱周圍的溫度；還可以將電分成許多串聯的短弧，增加維持電弧所需的臨極電壓。而常用的方法有電動機滅弧、磁吹滅弧、滅弧罩和柵片滅弧等。

傳統的電氣設備往往將繼電器作為實現運行電路通斷的主要控制器，但是繼電器裝置的反應速度比較慢，所以，巡檢人員即使發(fā)現程序錯誤也難以在發(fā)生前制動設備。但是PLC技術為系統運行電路的自動切換和及時制動提供了方便。PLC技術具有即時反饋的作用，將PLC技術應用于電氣控制中，工作人員可根據PLC設備的反饋即時了解電氣設備的運行狀態(tài)。一旦了解到電氣設備的運行出現故障，工作人員就可根據反饋問題及時進行維修。

三、PLC技術在電氣控制中應用的建議

由于PLC技術發(fā)展還尚未達到最佳效果，所以，其在電氣控制中的應用可能出現一些故障影響生產。比如，鑒于控制負載或電磁干擾的接觸器接觸不緊或發(fā)生故障，PLC技術在電氣控制工程中經常會出現動作錯誤，使指令無法執(zhí)行。從控制方面來說，PLC應用技術的電氣控制出現錯誤會使信號不完整，從而無法準確無誤地傳送到PLC系統的內部。這些問題都可能會對生產產生負面影響。這些問題也是我們亟需解決的問題。

首先，技術人員應提高PLC控制系統中輸入信號的可靠性。具體來說，確保應用于生產的各種控制系統中的設備和零部件的耐用性和可靠性，減少甚至消除由于配件問題造成信號線破損、短路或斷路等突發(fā)故障。因為主界面是PLC控制的主要部分，但也是較為容易出問題的部分，所以技術人員應該根據生產實際需求對主界面的部分功能模塊進行優(yōu)化改進，從而使主界面的功能可以滿足生產多種要求，提高生產效率。

其次，應不斷完善PLC自動控制系統的預警系統。預警系統在PLC技術的操作使用中具有重要的作用。預警系統可以對PLC操控下的生產突發(fā)狀況和設備故障提出警報，從而讓生產人員即使調整機械設備。預警系統應逐步向智能化的方向發(fā)展，配備與之對應的文字記錄和顯示系統。在將PLC技術融入到電控制工程中應建立最符合要求的系統使用單位和系統設計單位之間的溝通制度，從而保證創(chuàng)作出的設計符合要求。

最后，具有一定的標準是規(guī)范相關行為的有效手段。基于PLC技術的自動化控制電氣工程應當盡快建立運用標準和具體規(guī)范要求，為信息化發(fā)展電氣控制快速形成一定規(guī)模奠定基礎，保障PLC技術的規(guī)范性應用和統一應用。將PLC技術應用于電氣控制對操作人員的素質要求較高，對維修人員的技術要求也很高。操作人員和維修人員不僅要熟知機床的工作和維修技能，還要對PLC技術有所熟悉和靈活應用。在數控機床中使用PLC的電氣系統可以使機床大主軸聲速和進給量的范圍擴大。關于PLC電氣控制系統的設計應當將硬件設計和軟件設計結合，同時進行，從而提高系統開發(fā)的效率、整體性和完整度。硬件設計要充分考慮設備、成本和器件的可靠性，而軟件設計既要考慮用戶的實際需求，又要盡量將指令的條數減到最少，而且可讀性較強。

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（作者單位：江蘇省武進中等專業(yè)學校）