PLC技術在電氣設備自動化控制中的應用

陳素霞，倪艷鳳

（1.新鄉市天興機械設備有限公司，河南新鄉 453000；2.河南工學院 工程技術教育中心，河南新鄉 453003）

引言

隨著現代科學技術的不斷發展，我國的企業生產也逐漸引用了多種類型的自動化控制系統來提高工作效率。從20世紀70年代起，大規模的集成電路和微型電子計算機逐漸在工業的機械化生產中實現應用，促進了我國工業現代化發展水平的全面提高。21世紀之后，數字化與信息化技術在全社會的推廣中實現普及，我國的工業生產設備在電機技術、電子技術以及計算機控制技術發展的帶動下實現工業生產設備的系統優化，PLC技術也在科學技術發展的帶動下實現了廣泛應用，提高了我國電氣設備的自動化水平。

1 PLC技術的應用優勢分析

1.1 編程控制，可靠性強

PLC控制技術是一種基于數據測算所形成的操作應用系統，其主要是基于一定編程來進行系統化的操作，從而在操作中實現系統化的控制，可靠性較強。例如在電氣數控車床的控制系統中，原始的數據狀態通過信號傳輸的形式輸入控制系統中，并通過控制系統內部的程序化運作來實現系統指令的操作與處理，通過精準化的數據來保證程序運作的可靠性。這就能夠基于電氣工業機床等機械設備的器械指標來進行數據的輸入，從而降低因數據狀態不符合器械要求而產生器械損壞的風險，提高工業產品生產的精確程度。

1.2 功能完善，故障較少

PLC技術具備邏輯運算、數據處理、人機互動、即時記錄等方面的應用功能，其能夠將多樣化的功能融為一個整體，從而通過系統化的運作來進行整個工業生產線的控制。這種工業設備在運作的過程中，由于應用了大量軟繼電器等抗干擾的部件，能夠在系統化的操作中對于外界的干擾及時進行隔離與阻斷，并且在整個工業設備發生異常的時候，能夠通過外部設置的預警系統來對于異常信息進行辨別與比對，并提示中央控制器及時進行故障的處理與維護，從而使得整個運作系統的故障率降低，實現其長期可持續運轉[1]。

1.3 流程簡化，操作便捷

PLC技術能夠按照一定的編程來進行自動化的操作，在一個完整的控制系統中，其在開關量控制、模擬量控制、運動控制、數據處理、通信與聯網操作等方面設有專用的數據接口，這就能夠使其在系統化的操作與控制中實現整個流水線的正常操作。雖然PLC技術在運作過程中可能會受到空間輻射以及系統外調節變量的影響，但是其用高速的運轉節拍能夠實現一次性的系統化精確操作，并且按照規定的參數標準完成整個工業零件的生產與加工，從而減少之前的手動操作所形成的數據誤差，保證系統性信息的正常輸入與輸出。可以說，PLC技術能夠在簡化的流程中完成系統化操作，便捷又高效。

2 PLC技術在電氣設備自動化控制中的應用

在PLC的操作流程中，其程序語言能夠按照不同的符號以及圖形來進行表達，例如梯形圖、語句表、邏輯符號圖以及高級編程語言等形式都是重要的表達方式，這些表達方式能夠在整個工作流程中實現數據的呈現以及數據的解讀。而在這個數據解讀的過程中，PLC技術能夠實現在順序控制、閉環控制以及運動控制中的全面應用，且需要經過輸入采樣階段、用戶程序執行階段以及輸出刷新階段來完成整個工作的流程。具體如圖1所示。

圖1 PLC控制流程

2.1 開關量的邏輯控制

在傳統的電氣設備控制中，主要采用的是繼電器電路來操作與控制整個系統，但是其控制僅限于小規模、操作難度系數低的控制系統，對于大規模的、復雜的控制系統的應用程度則較低。隨著我國經濟建設水平的不斷提高，工業生產的規模也在不斷擴大，這就需要通過一種自動化水平高的系統來進行系統化的操作與控制。開關量的邏輯控制能夠基于一種順序控制系統來進行操作，能夠應用于多個設備相連接的流水線操作。例如在電氣設備的組合式機床的應用中，其能夠按照一定的邏輯屬性以數據通過譯碼的形式將數控裝置的信號反送到各個關鍵的操作節點中，通過自動化的處理來實現復雜而精密產品的加工，從而通過一種數字化的系統性控制來進行整體的操作，提高勞動生產率。

2.2 模擬量數字量控制

整個電氣設備在自動化運作過程中，會受到運作環境的溫度、壓力、流量、速度等方面因素的影響，這些因素作為一種外界的模擬量，需要實現模擬量與數字量的系統化轉化來進行后期的數字化操作與控制，并且基于一定的轉換模式來進行整個編程系統的數據分析與統計[2]。而模擬量多是非電量，而PLC只能處理數字量、電量，所以它們之間的轉換要有傳感器，把模擬量轉換成數字量。這就需要在程序運作中經過變送器，把非標準的電量變成標準的電信號。例如在0～10 V的電壓、12 000分辨率時被轉換為0-1770Hex(0-6000)，12 000分辨率時被轉換為0-2EE0Hex(0-12000)。在0～20 mA的電流時，在6000分辨率時被轉換為0-1770Hex(0-6000)。在整個模擬量與數字量轉化與控制的過程中，系統化的操作能夠將基本的數據進行數字信號的轉化，從而轉化為程序能夠識別的信號系統，以此來完善整個控制系統的運行。

2.3 圓周、直線運動控制

PLC控制器能夠通過系統化的操作與控制來實現圓周運動與直線運動的控制。例如在數據采集階段，PLC控制系統能夠以電子掃描方式依次輸入相應的機械狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應單元內，輸入數據之后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中相應單元PLC控制系統也將按由上而下的順序依次掃描[3]。在用戶程序執行階段，該系統在掃描每一條梯形圖時，會先掃描梯形圖左邊由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算；然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態，或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態。這種運作模式能夠應用于可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，且世界上各主要PLC控制器生產廠家的產品幾乎都有運動控制功能，這些產品廣泛應用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

2.4 系統閉環過程控制

系統性的閉環過程控制是PLC技術在電氣自動化應用過程中一項技術性的補充，其能夠通過自動、現場控制等形式來進行整個閉環的系統化操作，這也就能夠使PLC控制系統在運作的過程中得到常規的控制系統的補償，保障整個閉環過程控制的安全性。通常，電子調節單元、電液執行單元和轉述測量單元是整個PLC應用系統的三個部分，這三個部分能夠在整個系統化的運作中充當調節器的作用，從而在調節的過程中基于一定的機器運作規律來進行相應的系統化操作，保障其控制的合理性與可操作性。在目前我國電氣閉環控制系統的運作中，整個系統的運作能夠將泵機的工作時間控制在合理的大范圍之內，從而通過具體運作時間的調整來減少對于泵機設備的損耗，避免長時間的運作對泵機產生損壞。

2.5 通信數據處理控制

整個PLC系統控制器在運作過程中，能夠基于數據的采集與整理來進行數據編號，并且通過相應的符號質量來進行信號的發送與傳輸。在這個過程中，首先是數據的自動化處理階段。例如在PLC脈沖量的計算中，數控機床的角度控制能夠通過系統化的控制來明確電機的細分數，從而通過計算來獲得步進電機轉一圈所需要的總脈沖數。然后確定步進電機滾輪直徑，計算滾輪周長，以此來計算每一脈沖運行距離，最后才能計算設定距離所要運行的脈沖數。其次，要實現電氣設備的智能化通信，PLC系統需要通過多個通信接口的連接來進行信號的傳輸與接收。比如數控機床的加工精度一般可達0.05～0.1 mm，其主要是按數字信號形式控制的，數控裝置每輸出一脈沖信號，則機床移動部件移動一脈沖當量(一般為0.001 mm)，而且機床進給傳動鏈的反向間隙與絲桿螺距平均誤差可由數控裝置進行補償[4]。可以說，通信數據的處理與分析，正是PLC系統化操作中自動化、數據化、智能化的表現。

3 結束語

綜上所述，可靠性強、操作簡便的PLC自動化技術能夠在我國的電氣設備中實現充分應用，其能夠運用內部控制系統的優化來實現整個系統的正常運作，促使我國電氣設備內部控制系統的優化與提高，并且其能夠基于一定的工作原理與方法來完善電氣控制系統中的硬件設備與軟件系統，從而在數控系統的運作中建設高效的數控自動化運作系統，全面增強我國電氣自動化的應用水平。