ＰＬＣ 技術在機械電氣控制裝置中的應用

摘 要 文章以PLC 技術在機械電氣控制裝置中的應用為研究方向 在對PLC 關鍵技術進行闡述與分析的基礎上對PLC 技術在機械電氣控制裝置系統中的應用進行了討論以期為機械電氣控制裝置設計提供理論指導與幫助

關鍵詞PLC 技術 機械電氣 機械電氣控制裝置

中圖法分類號tp273? ?文獻標識碼a

ＰＬＣ，中文全稱為可編程控制器，基本定義為一種借助計算機技術、信息技術和自動化控制技術來實現編程與控制的裝置，其具有較好的通用性。以ＰＬＣ 技術為依托生產出的ＰＬＣ 裝置內部含有一個微處理器，該處理器能控制裝置的運行狀態，實現裝置的穩定運行。ＰＬＣ 技術被廣泛地應用于現代工業生產、機械電氣控制領域，不僅保障了控制機械生產、電氣設備的穩定運行，且在一定程度上降低了控制系統的維護費用。因此，ＰＬＣ 技術在現代機械電氣控制領域具有極高的應用價值。

１ ＰＣＬ 技術在機械電氣控制裝置中的關鍵技術

１．１ 基礎單元

ＰＬＣ 硬件部分由ＰＬＣ 與ＩＯ 裝置組成，如表１所列。

１．２ 設計流程

ＰＬＣ 是按照指令模式工作，將用戶程序按照一定順序進行存儲，不管使用者程序是否在運行，其都會重復寫入工作流程。ＰＬＣ 設計流程如圖１ 所示。

１．２．１ 自診斷階段

在掃描前，ＣＰＵ 執行重置、監控計時器、硬件檢查、用戶內存檢查等操作。當出現異常時，ＰＬＣ 啟動故障指示燈，并根據系統設置狀態進行判定，從而將故障性質顯示出來。若為一般故障，則只警告不停機，等待處理。若出現重大故障，則可讓ＰＬＣ 停止工作。值得注意的是，自診斷所需時間相對固定，且不同型號的ＰＬＣ 也會有所不同。

１．２．２ 執行用戶程序階段

ＣＰＵ 讀取各個繼電器的當前狀態，并按照用戶程序提供邏輯關系進行邏輯操作。按照先左后右、先上后下的順序，依次對用戶程序進行說明與實施。

１．２．３ ＩＯ 刷新階段

在ＩＯ 刷新階段中，ＣＰＵ 讀取各個輸入端的狀態信息，并將輸出端狀態寫進ＰＬＣ。此時，ＰＬＣ 與外部暫時隔絕，即無論輸入端狀態如何改變，其寫入內容都是相同的，只有在下一次ＩＯ 刷新期間才會被寫入。ＣＰＵ 通過將輸出繼電器工作狀態傳輸至ＰＬＣ 輸出，從而使外部執行部件工作。

１．２．４ 外設端口服務階段

ＣＰＵ 將與外部接口相連外部設備進行通信。ＰＬＣ 在完成以上各個步驟后，再次回到共同過程中，重復進行掃描。同時，ＰＬＣ 循環掃描模式也為ＰＬＣ 實現死循環自我診斷。在ＰＬＣ 中設有監控計時器，其定時時間可被設定為比使用者程序掃描時間更長，并且在每一次掃描后，都會重新設置監控計時器。比如，程序執行如果因ＣＰＵ 內部錯誤而陷入死循環，那么此時監控計時器就會超出監控計時器計時，從而導致ＰＬＣ 停止工作，并提醒使用者檢查錯誤。

１．３ ＰＬＣ 控制系統設計的基本步驟

ＰＬＣ 機械控制流程設計如圖２ 所示。ＰＬＣ 控制設計步驟如表２ 所列。

２ ＰＬＣ 技術在機械電氣控制裝置系統中的設計

將ＰＬＣ 技術用于機械電氣控制裝置，應首先明確其所采用的類型。由于ＰＬＣ 技術種類不同，其功能也各不相同，若要達到更高精度，則要根據ＰＬＣ 特性來選擇合適的控制器，以保證其性能最大化。將設計理念寫在圖紙上，通過圖紙來表達自己想法，再通過對這些想法進行分析與思考，來決定其他細節，從而作出相應的修改。目前，ＰＬＣ 技術中機械、電子設備主電路、控制電路、保護電路等應重點考慮［１］ 。

２．２ 順序控制

目前，大部分企業都是把ＰＬＣ 技術當作序列控制器來使用。比如，在火力發電廠除塵系統中，順序控制必不可少，而在發電的時候，影響最直接的就是電力系統自動控制。電力系統運行效率是衡量電力系統性能的重要指標。因此，在電力系統中ＰＬＣ 技術應用越來越受到重視。ＰＬＣ 技術應用，極大地降低了生產、人力成本，員工可在控制室內使用軟件進行控制與監視，既節省大量人力，又提高生產效率。

２．３ 通信網絡

在ＰＬＣ 控制系統設計中，通信網絡設計是非常關鍵的環節，它的整體連接要通過通信網絡來實現，從而達到對整個機械電氣控制裝置的控制與管理。ＰＬＣ通信網絡設計包括通信網絡、控制網絡。設計時，主從總線與各個層次子網都有不同配置，其中主從總線通信模式應按１：Ｎ 格式進行，而各個子網通信網絡則可分為３～４ 級，通過合理通信網路設計，實現對整個系統的控制與管理。

２．４ 接地設計

接地設計是機械電氣控制裝置中ＰＬＣ 技術的最后一步，其對整個系統穩定也有很大影響，所以應嚴格按照有關規范進行設計。在實際應用中，許多設計者往往忽視這一重要環節，如接地設計過于隨便，不但無法達到接地效果，而且會嚴重影響機械電氣控制系統穩定。首先，應嚴格遵守國家有關技術政策，確保電氣設備、人員安全以及經濟、可靠供電；其次，應結合工程規模、工程特點、地質特點與發展計劃，對機械電氣控制設備接地設計進行科學設計；最后，從節能角度出發，機械電氣控制設備接地設計要注意節約銅、有色金屬等。從多個角度出發，進行科學、合理、規范、安全的接地設計，確保ＰＬＣ 技術在機械電氣控制裝置上的使用［２］ 。

２．５ 控制系統

控制系統是由機械電氣控制系統、啟動系統、攔包機、導料擺板等組成，其結構是通過安裝在分料帶上的光電傳感器來識別煤炭進入分箱狀態，ＰＬＣ 系統負責控制煤炭進入分箱時間計算，最后通過相關軟件完成操作臺上開關控制。另外，系統可設定貨物重量，在出現交通堵塞情況下，可自動切斷電源，實現自我防護。實際選用時，通常選用日本ＯＭＲＯＮ 微型ＰＬＣ 控制器，設定Ｉ／０ 時，可設定輸出１６，２４，共計４０ 點。將ＰＬＣ 技術應用于機械電氣控制裝置中，需要采用下層ＰＬＣ 與上位計算機相結合的方式，合理、高效地安裝在系統中。控制室內分別安裝ＰＬＣ 主控制器，２ 個主控制器互不接觸，各自工作。３ 個ＰＬＣ 主程序分別負責采集３ 個控制室數據，最后將數據傳送至煤礦車間ＰＬＣ 主機上，由ＣＰＵ 將采集到的數據進行匯總、處理，然后將數據傳送至各ＰＬＣ 主機上，再由主機完成對組成集控系統各子系統控制，從而實現智能化、自動化、科學化工作［３］ 。

ＰＲＯＦＩＢＵＳ 是現場總線技術，主要應用于工廠自動化車間層面監測、現場設備層面數據通信與控制。該系統能夠實現分散數字化控制與現場通信，實現從現場設備到車間實時監測，為企業一體化、現場設備智能化提供切實可行的途徑。ＰＲＯＦＩＢＵＳ 是典型與遠程Ｉ／ Ｏ （ ＤｉｇｉｔａｌＩ／ Ｏ） 通信方式。可采用不同廠商ＰＲＯＦＩＢＵＳ 裝置。該裝置包括一般輸入輸出模塊，馬達控制器與ＰＬＣ。在ＰＲＯＦＩＢＵＳ 網絡中，一般由主站與幾個Ｉ／ Ｏ 從站組成，主站類型與編號是通過主站初始化來實現的，主站點持續地讀取與寫入站點數據。當ＤＰ 主站點在成功地配置ＤＰ 從站后，就將擁有一個從站設備。若有另外的主站裝置在網絡上，則其從站存取將會受限。ＷｉｎＣＣ 與ＰＬＣ 具有很強的通信能力，且具有良好的靈活性與高可靠性。

２．６ 開關量

在傳統自動開關控制中，一般都是采用電磁繼電器來實現，因為操作點較多，而且系統接線操作比較復雜， 所以其控制可靠性與穩定性都會受到各種外部因素影響，從而造成工作效率低下。對此，應在電氣自動控制系統中對繼電器進行改造或更換，從而嚴格控制工作過程中觸頭失效的概率。在完成設計后，利用斷路器對整個系統進行集中控制，并對系統中的故障部件進行改進，以提高其整體利用率。例如，在交通系統中，ＰＬＣ 設備控制技術４ 個皮帶輸送機都使用２ 個功率１６０ ｋＷ 與６６０ Ｖ 的電機，而該系統輸送能力是４００ｔ ／ 小時。采用開度控制，先起動最后一架皮帶輸送機，然后按一定順序進行起動。在運輸完成后，通過控制開關將皮帶輸送機前后順序停下來，使運輸過程中的控制效率大幅提高。考慮到未來生產發展與技術改善，ＰＬＣ 容量應該有合理范圍，通常為１０％～１５％。隨著技術進步，對控制系統需求將會越來越大。因此，在設計過程中應充分考慮未來發展與改進，應在ＰＬＣ 信號與輸入／ 輸出模塊選取上預留一定空間［４］ 。

２．７ 閉環控制

閉環控制是傳統ＰＬＣ 控制系統的重要組成部分，能在設備內部部件出現故障后，對其進行調整，從而保證生產持續進行。當泵類被用于系統時，有很多不同的起動方法。比如，在機器旁邊進行人工啟動，然后通過ＰＬＣ 控制，在ＰＬＣ 出現故障后，可通過閉環控制來保證水泵正常工作［５］ 。

２．８ 控制生產變量

控制生產變量就是對模擬量控制。由于生產過程中變數太多，所以沒有明確、切實可行的方法來進行預測。比如，無法控制這些變量，當積累到一定程度時，就會影響生產。因此，將ＰＬＣ 技術應用于機械電子控制設備系統，能夠合理地控制生產過程中的各種參數，實現從數字到模擬的轉換，從而達到控制變量的目的。

３ 結束語

ＰＬＣ 技術在機械電氣設備的不斷優化與發展中發揮了重要作用。該技術既能降低機械電子控制設備的工作失效的概率，又能提高其工作狀態下的穩定性。相關技術人員要積極探索與創新ＰＬＣ 技術在機械電氣控制裝置中的應用，以提高ＰＬＣ 技術的應用效果。

參考文獻：

［１］ 王軍．ＰＬＣ 技術在機械電氣控制裝置中的應用［Ｊ］．現代制造技術與裝備，２０２２，５８（１０）：２００?２０２＋２０９．

［２］ 張麗娟，顧添翼．ＰＬＣ 技術在機械電氣控制裝置中的應用［Ｊ］．黑龍江科學，２０２２，１３（１０）：５９?６１．

［３］ 朱翠霞，鄧榮琦．ＰＬＣ 技術在機械電氣控制裝置中的應用［Ｊ］．電子技術與軟件工程，２０２１（１７）：１１３?１１４．

［４］ 姚湘琳，楊豐，顏秉超．ＰＬＣ 技術在鉆機機械電氣控制裝置中的應用［Ｊ］．設備管理與維修，２０２１（１４）：１３４?１３５．

［５］ 張海英．ＰＬＣ 技術在機械電氣控制裝置中的應用［Ｊ］．電子技術與軟件工程，２０２１（１３）：１１５?１１６．

作者簡介：

孫兆冰（１９８０—），碩士，講師，研究方向： 機械設計。