基于PLC的機械設備電氣自動化控制分析

姚佳興

（廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511340）

近幾年，電氣自動化控制項目受到了廣泛關注，因為行業本身綜合性較強，為了滿足具體應用標準，要整合PLC技術模塊，建立更加完整的自動化控制平臺，從而為智能化制造發展提供保障。

1 PLC概述

PLC是可編程邏輯控制器的縮寫，主要是應用已經完成的程序，將其存儲在對應的用戶控制指令中，操作人員借助數字化處理模式完成相關執行指令的輸出管理，從而有效維持機械自動化生產過程。

一方面，PLC支持的系統架構靈活度較高，能結合實際的應用生產需求予以調控處理，較為大型的PLC整體系統運算速度較快，并且容量較大，應用在特定場合中能大大提升應用效率。而一些小型的PLC則具備體積較小、能耗較低的特點，加之安裝操作較為便捷，能完善更加精細化的處理工序。另一方面，PLC模式設計的過程中，也要設置配套的抗干擾預警系統，及時了解PLC設備和其他設備電路保護情況，維持整體應用的規范性和科學性。最關鍵的是，設計模式結合存儲邏輯予以應用處理，能有效依據外在接線和設備控制建立科學調制體系。

2 基于PLC的機械設備電氣自動化控制設計要點

2.1 設計原則

為了保證基于PLC機械設備電氣自動化控制設計的合理性，就要嚴格按照具體設計原則落實相關工作，保證技術活動能在滿足企業生產需求的同時，提升機械設備的應用速度和產品生產質量，打造更加合理且科學有效的技術處理控制模式。

（1）在基于PLC機械設備電氣自動化控制工作中，要秉持全面性原則，也就是說，要結合工業特點和生產需求落實具體工作，確保相關內容和設計分析模式都能符合標準，最關鍵的是，制作工序與設備控制內容，要盡量匹配技術指標，維持電氣自動化控制設計的時效性。只有全面維持技術能力和指標的平衡性，才能保證PLC系統更加完整，為優化整體應用功效提供保障。

（2）要充分秉持經濟性原則，保證相關設計內容和模塊都能匹配經濟要求，并且維持整體機械設備應用效益的最優化，真正實現效益成本管理的目標。因此，一般是在策劃階段就結合機械設備電氣自動化控制標準，選取更加適宜的PLC系統結構，維持設計方案的規范效果。與此同時，也要匹配相應的驗證分析模式，結合市場元素以及動態對其效益予以預估，保證設計成果切實有效。

（3）要秉持可靠性原則，任何系統設計內容都要將可靠性作為核心，在機械設備電氣自動化控制系統中融入PLC，要保證PLC的特征性和系統運行的標準相匹配，打造安全可行的處理模式，為PLC系統安全、穩定運行提供保障。

（4）要秉持發展性原則，也就是說，要依據動態設計的標準對PLC系統的融合模式予以考量，加之PLC技術也在不斷發展，這就需要系統設計分析的過程中要充分分析系統升級后續處理方案，為機械設備電氣自動化控制工作預留相應的動態轉型空間，維持高兼容性和高發展性。

2.2 設計思路

在機械設備電氣自動化控制系統中融合PLC，要將設備自動動作作為關鍵，不僅能滿足產品生產的基本需求，還要符合生產效率，打造較為合理有效的控制系統運行體系，具有較好的可靠性和安全性。最關鍵的是，基于PLC的系統能最大程度上實現集約化處理，大大增加成本優勢，減少維護難度。

（1）結合電氣自動控制的基本流程，選取適宜的PLC，不僅能匹配電氣控制裝置改造的基本需求，還能打造完整的控制平臺，真正意義上實現產品性能的優化目標。

（2）要明確工藝流程以保證被控制對象確認無誤，從而維持良好的工藝體系，實現最佳輸出設備的管理，并且，要集中統計I/O點數，確定點數才能匹配PLC的具體要求，實現自動化控制。

（3）完成硬件確認工作后，就要依據工藝流程明確具體的控制程序，匹配自動化控制關鍵運作標準，并且結合工作流程有效出具系統控制流程圖，維持順序和條件的規范性。值得一提的是，要保證現場操作人員具備豐富的電氣設計經驗和電氣控制知識儲備，才能更好地完成機械設備電氣自動化控制匹配PLC設計工作的工作。

2.3 系統功能指令

要想全面滿足工業控制的基本需求，PLC設定了過程控制、數據處理以及特殊功能指令模塊，統一稱為功能指令，能及時完成傳送、移位指令分析、算術運算和邏輯運算指令分析等工作，保證基于PLC的機械設備電氣自動化控制系統運行的科學性。

2.3.1 程序控制指令

要依據實際情況完善程序控制指令的設計，包括循環指令和跳轉指令。

（1）循環指令，For表示指令循環的開始、Next表示指令循環的結束，一旦開啟循環模式，除非結合指令要求在循環內部修改結束值，否則，循環就會一直運行到結束，再次開啟時，初始值Init傳送到指針內容中，就能為機械設備電氣自動化控制系統的循環處理提供支持。

（2）跳轉指令，主要是實現程序流程的轉移和跳轉控制。

2.3.2 數據處理指令

以字節、字、雙字和實數的傳送為主，主要是在機械設備電氣自動化控制過程中，實現輸入數據到輸出傳送過程，按照輸入地址（IN）開始后N個數據傳輸到輸出地址（OUT），其中，N為字節變量，數值范圍是1～225。與此同時，還能實現字節交換指令的處理，字節的交換指令結合輸入字節的結構就能制定相應的電氣自動化控制信號，保證應用傳輸的規范性。

3 基于PLC的機械設備電氣自動化控制系統具體應用

本文以對普通機床進行機械電氣控制裝置改造項目為例，選擇CK9930PLC控制程序，借助PLC技術方案，有效打造更加合理的自動化控制電路，及時完成PLC控制程序下發的相關指令內容，保證PLC控制程序能有效替代傳統繼電器。并且，在保留基礎控制功能的基礎上，優化機床的整體應用效能，為控制系統實際處理效率的升級提供保障，增設自動換刀和定時潤滑等自動化新功能單元，充分發揮PLC技術的應用優勢。

圖1 系統實物圖

3.1 程序設計

要想保證PLC應用的合理性和規范性，要結合PLC編程的基本標準和要求，匹配對應的指令表、結構文本以及順序功能圖等，從而結合PLC程序完成模塊設計，保證相應設計內容能對整個控制系統予以管理，維持公用程序模塊、主軸模塊、坐標模塊等控制單元的應用效果，并且配合文字標注以及機械圖輸出單元，最大程度上提高電氣控制裝置設計的規范性和合理性。

具體程序如下：（1）開始，啟動控制程序。（2）機械手取貨。（3）機械手對應X軸和Y軸實現自上而下運動。（4）機械手到達貨位。（5）機械手開始相應操作。（6）計時開始。（7）復位配合機械手升降、持有，然后拿去貨物。（8）系統復位。

在整個電氣控制裝置設計過程中，要借助PLC技術進行貨物的判定，有貨則由機械手完成取貨工作，并且，盤復位、機械手升降、轉動等工序都要按照標準化設計模塊有序開展，最后完成系統復位。

除此之外，將PLC技術融合在機床控制工作中，要結合機械自動化運行的基本指令模式，確保PLC控制運行方式的靈活度和科學性都能滿足工作人員的實際需求，保證機械零件的相關處理工序匹配PLC編程的標樁，從而提升工作的效率。

3.2 功能設計

基于PLC技術完成機械電氣自動化控制系統的優化升級，也要保證可編程集中邏輯編輯器和上位機自動化控制流程相配合，并且借助打印機、上位機顯示等基礎處理方式更好地維護系統運行的穩定性和安全性。

（1）實現數據采集功能，借助相應的數據匯總采集處理模塊，就能及時完成數據的匯總控制，并且建立對應的檢測模式，確保相應數據能匹配數據庫對照分析依據，實時性完成數據采集分析。

（2）實現超限報警功能，對于整個系統而言，報警功能是基于PLC建立自動化控制模式的關鍵，配合屏幕顯示功能，及時對異常情況予以信號報警，并且配合信號的情況指導監控人員開展相關處理工作。除此之外，借助PLC技術還能打造更加完整的控制體系，分為常規調節控制和特殊調節控制，有效減少系統發生故障的概率，保證PLC技術支持下電氣設備自動診斷以及安全聯保工序的規范性，及時檢索問題并優化處理效果。

（3）能實現數據存儲、數據統計和報表輸出的功能。

（4）能實現總線控制器執行功能，融合機械電氣控制系統軟件開發的應用標準，建立基礎對話框后將X軸視為0軸，然后增設啟動等代碼，輸入控制代碼“d5400_decel_stop（0,0.01）；”就能完成程序功能的編寫。

3.3 模塊設計

基于PLC的電氣設備自動化控制模式中，PLC能輔助自動控制裝置設計的合理性，輸入輸出分配I/O模塊，就能維持同類型輸入和輸出的集合，不僅能實現連續分配，還能保證相應單元的規范性。

（1）在共同程序模塊設計方案中，要保證原點程序設計的規范性，有效在數控加工處理作業開始前，刀架歸零，主軸控制程序借助PLC內部時間繼電器就能完成延時控制處理，從而確保主軸結構的正向和反向轉動都能滿足邏輯互鎖關系要求，避免控制功能切換時出現的故障問題。

（2）對坐標軸控制模塊予以設計處理，主要是針對超程故障、驅動故障和坐標軸停止等功能單元展開調控，以便于建立全面控制單元。

（3）要對報警處理程序內容予以模塊化處理，配合模塊設計要求安裝定時潤滑控制程序單元，最大程度上保證機床潤滑系統運行的完整性和規范性。

（4）集合機床自動化控制方案的基本需求設置自動換刀控制程序，發揮PLC自動化控制技術的應用優勢，實現準確、快速的換刀操作處理，能在優化換刀效率的同時建立精準的定位控制模塊，維持工序應用的需求和標準。

圖2 自動換刀

（5）結合PLC邏輯編程的基本內容，也要建立誤動作防止模塊，建立完整的控制體系，結合設計初始化程序要求，實現計數器的實時性清零控制，并且能對輸出量展開復位動作處理，提高PLC對整個控制裝置設計精度的應用管理水平。

4 結語

總而言之，基于PLC技術的電氣設備自動化控制系統能在維持機械自動化水平的同時，優化其綜合應用效率，建構完整的自動化應用進程，實現自動化應用目標的同時，也對技術予以升級改造，為機械自動化水平的進步奠定堅實基礎。