PLC 技術(shù)在電氣設(shè)備自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

劉建廣

（上海昭晟機(jī)電設(shè)備有限公司，上海 201609）

隨著電力電子技術(shù)、檢測傳感技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)的快速發(fā)展，PLC 在通信和控制等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。電氣控制和儀表控制水平不斷提升，逐步實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制一體化與網(wǎng)絡(luò)化的目的。此外，PLC 具有數(shù)據(jù)處理、PID控制與數(shù)據(jù)通信等功能，屬于新型工業(yè)自動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)裝置。

1 PLC 技術(shù)在電氣設(shè)備自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

1.1 順序控制中的應(yīng)用

將PLC 應(yīng)用于順序控制，可單線有效控制工藝流程模塊化，強(qiáng)化自動(dòng)化控制水平[1]。運(yùn)行過程中，顯示屏能夠?qū)Ω鞣N工序進(jìn)行自動(dòng)化控制。具體來講，在PLC 技術(shù)背景下，將主站和遠(yuǎn)程IO 連接，依靠通信總線完成IO 站和傳感器之間的連接和通信信號的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作管理功能。

1.2 開關(guān)量控制

開關(guān)量輸入模塊是PLC 技術(shù)識別開關(guān)量信號的關(guān)鍵所在[2]。在PLC 機(jī)電設(shè)備中，開關(guān)量模塊中應(yīng)設(shè)計(jì)壓力、溫度以及操作按鈕的輸入端子，并同PLC 內(nèi)部電路形成感知路網(wǎng)，構(gòu)建完整的工作體系，精準(zhǔn)讀取輸入口狀態(tài)值，有效識別數(shù)據(jù)，進(jìn)而自動(dòng)控制系統(tǒng)，高效且準(zhǔn)確地完成作業(yè)。

1.3 閉環(huán)控制

電器設(shè)施控制系統(tǒng)內(nèi)一般分為閉環(huán)控制型和開環(huán)控制型。例如，泵電機(jī)控制主要采取自動(dòng)開啟、機(jī)旁手開啟和現(xiàn)場控制開啟等方式[3]。應(yīng)用PLC 技術(shù)和電氣控制等方法，結(jié)合泵機(jī)運(yùn)行情況確定控制方式，合理調(diào)整各種控制形式，可優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)流程。

1.4 運(yùn)動(dòng)控制

運(yùn)動(dòng)控制主要是實(shí)時(shí)控制電氣設(shè)備各機(jī)構(gòu)的速度和位置，結(jié)合規(guī)定運(yùn)動(dòng)軌跡與設(shè)定參數(shù)運(yùn)動(dòng)[4]。將PLC 應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠有效控制設(shè)備運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度、轉(zhuǎn)矩和力，不僅可靠性強(qiáng)，而且編程簡單。

2 PLC 在礦用皮帶機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 控制原理

皮帶機(jī)電氣控制系統(tǒng)采取主從式結(jié)構(gòu)，其中主站、從站控制系統(tǒng)均采用PLC。觸摸屏和主PLC 控制為主站，從PLC 控制和傳感器保護(hù)裝置為從站，如圖1 所示[5]。該系統(tǒng)中，從站所收集的數(shù)據(jù)傳輸給主站PLC，在主站中顯示參數(shù)與故障。主站控制臺實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制皮帶機(jī)，如果礦井出現(xiàn)故障，便會(huì)迅速反映到上位機(jī)和操作臺。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

皮帶機(jī)電氣控制系統(tǒng)包括控制臺、人機(jī)界面、PLC 和各種傳感器等部分。通過各部分的統(tǒng)一與協(xié)調(diào)，能夠保證系統(tǒng)功能正常發(fā)揮。皮帶運(yùn)輸煤炭時(shí)，皮帶機(jī)控制系統(tǒng)主要靈活運(yùn)用集中控制與單臺控制等方法，監(jiān)測與控制皮帶是否損壞、溫度、速度等環(huán)境內(nèi)容。集中控制需要事先設(shè)置安全值，才能達(dá)到自動(dòng)控制的目的。圖2 為硬件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。

圖2 硬件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

2.3 硬件選擇

第一，主站硬件的控制模塊的自動(dòng)化水平必須達(dá)標(biāo)，才能在通信上保持穩(wěn)定，從而確保后續(xù)系統(tǒng)擴(kuò)展擁有充足的空間。控制模塊以PLC 為主，可靠且穩(wěn)定，在惡劣條件下可以正常運(yùn)行。第二，礦井環(huán)境十分特殊，因此使用本安礦用防爆變壓器PAK 系列電源模塊，在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境下保證運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，具備較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。第三，結(jié)合煤礦生產(chǎn)的具體要求，顯示模塊應(yīng)該達(dá)到礦用本質(zhì)安全型設(shè)備的要求，不需要運(yùn)用隔爆方法也能在危險(xiǎn)條件下順利運(yùn)行。結(jié)合上述規(guī)定，顯示模塊采用KC01-102T。第四，防爆裝置的主要功能是保護(hù)系統(tǒng)中的部分關(guān)鍵器件，常見的有PLC 控制器和電源模塊等。為了保證選擇的準(zhǔn)確性，需要將內(nèi)部尺寸和輸入輸出通道數(shù)量等作為重要指標(biāo)。

從站硬件選擇主要包括以下4 個(gè)方面。第一，控制模塊以本安型PLC 為主。第二，傳感器。結(jié)合系統(tǒng)中電氣控制功能要求，傳感器必須全面、準(zhǔn)確收集各種數(shù)據(jù)，確保故障報(bào)警、自動(dòng)控制等功能正常發(fā)揮。第三，觸摸屏。從站需要顯示的功能并不多，要想維護(hù)其整體性，需在觸摸尺寸上加大控制力度，主要考慮使用KCO1 系列的KC01-43T 產(chǎn)品。第四，控制箱在作用方面與主站防爆裝置類型類似，一般選用配套的KZX 系列產(chǎn)品。

2.4 功能實(shí)現(xiàn)

主站系統(tǒng)功能主要包括以下3 個(gè)方面。第一，通信功能，主要分為從站通信和人機(jī)界面通信兩方面。主站要讀取從站信息，并將信息寫進(jìn)從站。設(shè)置通信時(shí)，需要保證模塊地址、通信時(shí)間以及奇偶校驗(yàn)等參數(shù)的科學(xué)性，以利于完善主站和從站的讀寫功能，并通過合理分配寄存器，防止出現(xiàn)關(guān)鍵信息覆蓋的現(xiàn)象。第二，控制臺設(shè)置。指示燈主要包括正常狀態(tài)下的運(yùn)行、集控等指示燈與故障狀態(tài)下的警示指示燈。指示燈應(yīng)該與控制臺內(nèi)按鍵密切配合。按鍵按下后，對應(yīng)指示燈會(huì)亮起，控制系統(tǒng)運(yùn)行。常見的有急停按鍵和運(yùn)行按鍵等。第三，人機(jī)界面，主要有主頁、動(dòng)手操作頁面、參數(shù)設(shè)定界面和故障報(bào)警界面等，可以顯示皮帶機(jī)運(yùn)行狀況與故障問題。

從站系統(tǒng)功能主要包括以下3 個(gè)方面。第一，通信功能。在從站與觸摸屏通信的過程中，必須充分考慮通信接口的參數(shù)配置。通過解除Comm Set 指令能夠達(dá)到通信目的，是一種主要的監(jiān)控通信模式。第二，按鍵功能。從站一般設(shè)置在煤礦井下。為了保證操作更加安全，需要減少從站按鍵的數(shù)量，主要包括啟動(dòng)、停止、急停和復(fù)位等按鍵。第三，傳感器設(shè)置。傳感器完成對數(shù)據(jù)的采集后，主要將信息保存在DM 寄存器內(nèi)，并可以向主站PLC 傳輸數(shù)據(jù)信息。控制臺能夠充分顯示出現(xiàn)的故障，并結(jié)合具體要求進(jìn)行自動(dòng)化控制。

在語音報(bào)警功能方面，語音模塊一般為3VOC（Vocal Chain），可以對32 段語音進(jìn)行輸出，各段語音時(shí)間至少為42s。在主站控制系統(tǒng)內(nèi)，通過打點(diǎn)按鍵達(dá)到語音報(bào)警的目的，通常按下后能夠播放一段語音，與故障保持相對應(yīng)。從站控制系統(tǒng)語音模塊一般設(shè)置在從機(jī)內(nèi)，但要事先錄制語音，并通過編寫相關(guān)程序的方式達(dá)到語音報(bào)警的目的。

3 結(jié)語

為了能夠強(qiáng)化電氣設(shè)備自動(dòng)化水平，應(yīng)該充分發(fā)揮PLC 技術(shù)的作用，促使系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)查找設(shè)備內(nèi)的問題，通過自動(dòng)診斷模式處理問題，提升維修效率。