PLC技術(shù)在機械電氣控制裝置中的應(yīng)用

石寶德，張士偉

（1.長春市園林綠化管理局文化廣場綠化管理處，吉林 長春 130061：2.長春市第一汽鍛造廠，吉林 長春 130011）

1 機械電氣控制概述

（1）研究現(xiàn)狀。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機控制技術(shù)也逐漸的運用到了工業(yè)當(dāng)中，進而工業(yè)控制計算機應(yīng)運而生，其技術(shù)、產(chǎn)品及應(yīng)用都得到了極大地提升。90年代以后，自動化技術(shù)也面臨著第三次偉大的飛躍。前兩次的技術(shù)飛躍分別是以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的模擬信號主導(dǎo)的電子裝置和自動化儀表盤，和以計算機高速運算為主的I/O功能模板主導(dǎo)的大型控制系統(tǒng)等。而第三次飛躍則是以現(xiàn)場總線技術(shù)的興起與發(fā)展為標(biāo)志，并以現(xiàn)代計算機、通信和控制技術(shù)合成為主導(dǎo)的控制系統(tǒng)。

在這些控制系統(tǒng)的發(fā)展過程中，可編程控制器（PLC）應(yīng)運而生。起源于70年代，并成功在汽車工業(yè)中投入使用；到了90年代，隨著PLC的處理速度、運算和控制功能的不斷商品化，使其不斷地向電氣—儀表—計算機控制一體化前進。到如今，以PLC為基礎(chǔ)的PID回路控制正廣泛運用于產(chǎn)品的連續(xù)生產(chǎn)和批量生產(chǎn)的過程中。不僅如此，基于PLC技術(shù)的DCS控制系統(tǒng)也在不斷的得到廣泛應(yīng)用。

（2）發(fā)展趨勢。PLC技術(shù)在FCS控制系統(tǒng)工作過程中，也在得到廣泛的應(yīng)用。作為新一代的控制系統(tǒng)，它不僅僅突破了DCS的專用通信網(wǎng)絡(luò)限制，另外，將其調(diào)整為行星的全分布式結(jié)構(gòu)，將控制功能完全安排到現(xiàn)場。因此可以說，控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要以開放化、分散化和數(shù)字化為顯著特征。同時作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，它能夠溝通生產(chǎn)現(xiàn)場和控制設(shè)備的聯(lián)系。在未來，基于PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)將不僅僅是一個基層系統(tǒng)，更是一種開放式、新型全分布式的控制系統(tǒng)；同時以智能傳感、控制、計算機、數(shù)字通訊等為主要內(nèi)容的綜合性的技術(shù)。它將成為自動化技術(shù)發(fā)展的熱點和前沿技術(shù)，在自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上和設(shè)備中都得到長遠的發(fā)展。

2 控制技術(shù)類型

到目前為止，基于PLC技術(shù)作用在產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用中，以集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）為主要控制系統(tǒng)形式。

（1）集散型控制系統(tǒng)DCS。DCS控制系統(tǒng)主要指控制危險性分散、管理和顯示集中。它通過計算機技術(shù)、控制技術(shù)和通訊技術(shù)等，利用一些特定網(wǎng)絡(luò)將生產(chǎn)部門包括現(xiàn)場控制站、監(jiān)測站等連接起來，并完成了分散控制集中操作管理的綜合控制系統(tǒng)。DCS主要由控制部分、顯示部分和通信總線組成，其中，通信總線將控制部分和顯示部分連接起來形成一個完整的控制系統(tǒng)整體。它的設(shè)計是以“危險分散、信息集中”為初衷，現(xiàn)代DCS控制系統(tǒng)是將信息高度集中化，同時將用戶對生產(chǎn)全過程的管理調(diào)度進行優(yōu)化。

（2）現(xiàn)場總線型控制系統(tǒng)FCS。FCS控制系統(tǒng)主要指將智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)中的包括數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)連接起來的通信網(wǎng)絡(luò)，能夠進行支持雙向、多節(jié)點和總線式的全數(shù)字通訊。它由最底層的infranet控制網(wǎng)、各控制節(jié)點和現(xiàn)場環(huán)境等幾部分組成，并構(gòu)成了一個完整的。徹底的分布式控制體系結(jié)構(gòu)，如今已成為了工業(yè)自動化領(lǐng)域廣為關(guān)注的焦點和熱點。

（3）類型確定。基于PLC技術(shù)為主導(dǎo)的控制系統(tǒng)要從多個方面進行論證的對比，而控制系統(tǒng)類型的對比是一切的基礎(chǔ)。FCS是在DCS基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，它代表著潮流與發(fā)展方向，盡管不如DCS成熟，但是其占據(jù)著成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、控制功能分散、靈活可靠等優(yōu)勢，同時具有互操作性，可以說，F(xiàn)CS必將替代DCS。

3 一種電氣控制裝置設(shè)計

（1）原理圖。根據(jù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和規(guī)模等方面的不同，有各式各樣的結(jié)構(gòu)原理圖，在設(shè)計初期，要對其進行辨認好解讀。首先要認清電路中的用電設(shè)備，包括電動機、電氣設(shè)備等；認清主電路的控制電器和保護電器；還要根據(jù)需要對電源進行檢查。原理圖主要有分析主電路；分析控制電路；分析信號；分析連鎖和保護環(huán)節(jié)等幾個要點。在設(shè)計過程中，要不斷的進行思考和總結(jié)。

（2）PLC系統(tǒng)設(shè)計與選擇。現(xiàn)以一種袋裝貨物分包器為例進行基于PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)設(shè)計。主要分為攔包機、導(dǎo)料擺板、氣動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等幾部分組成。其功能主要為：在分料皮帶上安置多組光電感應(yīng)器識別進包情況；并由PLC對進包距離進行時間換算；在操作臺上利用軟件實現(xiàn)開關(guān)控制，還能夠設(shè)定一次進包數(shù)目；出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象時候可自動斷電，能夠起到自我保護作用。因此，對I/O點數(shù)可控制在輸入24，輸出16，共40點，宜選取60為好。在PLC選型上可選擇日本OMRON小型PLC；隨之進行相應(yīng)程序和回路設(shè)計。

（3）通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。PLC通信網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，必不可少，它包含通信網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)兩種，共同完成控制任務(wù)。在各級子網(wǎng)配置過程中，可采用3—4級構(gòu)成；在高層子網(wǎng)配置通用協(xié)議；在底層或中層子網(wǎng)采用公司專用協(xié)議。并采取主從總線1：N通信方式。在通信系統(tǒng)的選取中，主要以PLCRS422總線上位連接系統(tǒng)為主。最后設(shè)定通信程序設(shè)計和人機界面監(jiān)控程序設(shè)計。

（4）接地設(shè)計。在這里，接地設(shè)計主要為了提高抗干擾能力和安全系數(shù)。但是電路和系統(tǒng)的任意接地，反而會導(dǎo)致工作的不穩(wěn)定，對此，要進行嚴格的討論和思考。此控制系統(tǒng)裝置中，由于是集中—分散式的控制系統(tǒng)，將控制電路板OA與OD進行直接短接，可有效地進行機體的阻抗，同時降低了振動對機器的影響。

4 結(jié)語

通過上述的列舉、分析與設(shè)計，將一種基于PLC的分包機控制系統(tǒng)設(shè)計出來，在正常運營的過程中，安全穩(wěn)定性能良好；工作效率也有了明顯的提升；節(jié)省了大量的人力和財力；失敗率在允許的范圍內(nèi)。通過這一實例的解說，說明了PLC技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍與前景都十分的寬廣。

[1]田宇.PLC遠程監(jiān)控運輸機械電氣控制系統(tǒng)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2002.

[2]馬洪波.淺談如何看懂生產(chǎn)機械電氣控制原理圖[J].科技傳播，2011，（3）.