電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)的分析研究

【摘要】隨著科技水平的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝的不斷提升，對(duì)控制系統(tǒng)的要求也相應(yīng)的提高。從以前的手工控制到自動(dòng)控制甚至將來(lái)的智能控制，都離不開PLC的貢獻(xiàn)，特別是電氣行業(yè)。PLC與電氣控制的融合應(yīng)用使得電氣行業(yè)的蓬勃發(fā)展。在今天經(jīng)濟(jì)一體化快速發(fā)展的趨勢(shì)之下，如何提高生產(chǎn)力，創(chuàng)造更多的國(guó)民產(chǎn)值成為國(guó)與國(guó)之間競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。在生產(chǎn)體系之中應(yīng)用各種先進(jìn)的技術(shù)和資源整合策略提高效率變得重要。基于PLC的電氣控制應(yīng)用技術(shù)在電氣行業(yè)的貢獻(xiàn)可圈可點(diǎn)。本文將結(jié)合實(shí)際的不同的項(xiàng)目案例分析PLC與電氣控制應(yīng)用技術(shù)的特點(diǎn)，作用和在未來(lái)的發(fā)展和前景。

【關(guān)鍵詞】 電氣控制 PLC 應(yīng)用技術(shù)

PLC （可編程邏輯控制器），是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，是應(yīng)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù) 、 通訊技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的通用控制器 。 PLC實(shí)質(zhì)是可以進(jìn)行儲(chǔ)存 、 邏輯運(yùn)算 、 控制程序 、 控制時(shí)間 、 記錄數(shù)據(jù)和進(jìn)行算術(shù)計(jì)算 ， 通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/ 輸出控制等的一種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程 。主要特點(diǎn)有體積小，重量輕；實(shí)用性普遍；抗干擾能力強(qiáng)；應(yīng)用簡(jiǎn)單普通；維護(hù)與改造方便等。

電氣控制 ， 是指電氣設(shè)備一次 、 二次控制回路 ， 分為高壓電氣設(shè)備與低壓電氣設(shè)備。其主要功能是設(shè)備運(yùn)行的可靠與安全 ，自動(dòng)控制，保護(hù)、控制 、監(jiān)視和測(cè)量等。

目前的PLC主要有以下幾方面的應(yīng)用：開關(guān)量的邏輯控制，工業(yè)過(guò)程控制，運(yùn)動(dòng)控制，數(shù)據(jù)處理，通信及聯(lián)網(wǎng)。

一、PLC的工作過(guò)程

（1）收集和輸入初始數(shù)據(jù)：在控制系統(tǒng)的軟件程序的控制下，通過(guò)執(zhí)行預(yù)編輯好的指令對(duì)輸入?yún)^(qū)域進(jìn)行掃描，進(jìn)行分析和判斷輸入?yún)^(qū)域所處的運(yùn)行狀態(tài)。

（2）程序?qū)μ囟üδ艿奶幚恚焊鶕?jù)用戶控制系統(tǒng)中設(shè)定的程序指令，按預(yù)先規(guī)定的規(guī)則進(jìn)行全面掃描，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)、指令要求等情況，作出實(shí)時(shí)分析或者邏輯性運(yùn)算。

（3）控制響應(yīng)過(guò)程：把收集執(zhí)行程序的相關(guān)分析結(jié)果和邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出到系統(tǒng)控制主機(jī)，再由主機(jī)向所有輸出點(diǎn)發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，從而控制相關(guān)設(shè)備。按照以上的步驟重新開始一遍，每一次就是一個(gè)工作周期。 在實(shí)際應(yīng)用中往往需要很多的設(shè)備的若干個(gè)過(guò)程的工作。

二、PLC應(yīng)用技術(shù)在電氣控制出現(xiàn)的問(wèn)題以及采取的措施

（一）經(jīng)常性控制出錯(cuò)，造成信號(hào)無(wú)法傳送給PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部

1、由于線路老化、機(jī)械拉扯、自然動(dòng)物的破壞等原因，導(dǎo)致輸送信號(hào)線產(chǎn)生故障，造成控制出差錯(cuò)。發(fā)生這種錯(cuò)誤，無(wú)法通過(guò)PLC控制系統(tǒng)完成對(duì)數(shù)據(jù)的抽取、加載與轉(zhuǎn)換。也不能正常接收PLC控制系統(tǒng)的一系列執(zhí)行指令。

2、現(xiàn)場(chǎng)的電動(dòng)閥、電磁開關(guān)等設(shè)備沒(méi)有關(guān)閉徹底、打開時(shí)沒(méi)有閉合充分，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集和傳輸故障，使PLC無(wú)法正常接收信息甚至接收錯(cuò)誤，導(dǎo)致錯(cuò)誤的控制運(yùn)作，出現(xiàn)系統(tǒng)不能正常工作，造成現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)無(wú)法傳送給PLC控制系統(tǒng)的控制出錯(cuò)；

3、由于觸點(diǎn)與接線的接觸不良導(dǎo)致的機(jī)械開關(guān)、現(xiàn)場(chǎng)變送器自身的故障。常常出現(xiàn)的情況有接線不牢固、觸電接觸出現(xiàn)損壞等，致使現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)無(wú)法將數(shù)據(jù)生成到數(shù)據(jù)中存儲(chǔ)后和將數(shù)據(jù)輸入PLC控制分析處理系統(tǒng)，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理的過(guò)程。影響系統(tǒng)的決策分析效率、信息查詢準(zhǔn)確度以及數(shù)據(jù)輸出及時(shí)性。

（二）執(zhí)行動(dòng)作出差錯(cuò)，造成指令無(wú)法執(zhí)行

1、主要原因如：電磁干擾、控制負(fù)載的接觸器的接觸性不嚴(yán)密、控制負(fù)載的接觸器故障，導(dǎo)致PLC發(fā)出的動(dòng)作執(zhí)行指令無(wú)法完整的傳輸?shù)綀?zhí)行端，控制系統(tǒng)應(yīng)用中無(wú)法按照預(yù)期的要求動(dòng)作完成。

2、機(jī)械開關(guān)、電動(dòng)閥自身故障。如：機(jī)械開關(guān)接觸不良、電動(dòng)閥松動(dòng)等，這些原因都會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)無(wú)法正常工作。其他如：控制變頻器因?yàn)樽陨碣|(zhì)量問(wèn)題或者外力造成的損壞等故障，導(dǎo)致變頻器所帶電動(dòng)機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行，最后使得系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。

三、相應(yīng)的解決措施

（一）加強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)中輸入信號(hào)的可靠性

必須確保所有選擇的各種控制系統(tǒng)中的設(shè)備以及相關(guān)零部件的可靠性以及耐用性，避免出現(xiàn)由于配件的原因而造成傳送信號(hào)線的故障。其他的措施包括對(duì)主界面功能模塊的更新和設(shè)計(jì)等。增加信號(hào)的可靠性是為了減少控制的出錯(cuò)。增加控制的靈敏度。

（二）改善PLC電氣控制系統(tǒng)的預(yù)警系統(tǒng)

在PLC控制系統(tǒng)中配置完善、可靠以及人性化、智能化，網(wǎng)絡(luò)一體化的故障預(yù)警、報(bào)警功能十分重要，預(yù)警系統(tǒng)針對(duì)執(zhí)行動(dòng)作，實(shí)時(shí)的對(duì)動(dòng)作的情況進(jìn)行監(jiān)控。防止指令出錯(cuò)給系統(tǒng)帶來(lái)的損失。

四、部分案例背景和實(shí)施

（一）基于PLC的機(jī)床的電氣控制

機(jī)床的電氣控制中PLC與CNC裝置相互獨(dú)立，兩個(gè)裝置信號(hào)在CNC內(nèi)部傳遞，PLC與機(jī)床電氣控制信號(hào)之間的傳送。主要是通過(guò)CNC與T/O接口實(shí)現(xiàn)以下的功能：PLC的初始化，急停，機(jī)車面板信號(hào)處理，坐標(biāo)軸Y，Z軸，液壓，工作夾卸，主軸使能控制，報(bào)警子程序。數(shù)控的機(jī)床工件自動(dòng)加緊、通信檢測(cè)自動(dòng)建立通信連接、機(jī)械手自動(dòng)換刀、刀位檢測(cè)、斷刀檢測(cè)等，數(shù)控機(jī)床的功能使監(jiān)控自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的生產(chǎn)率在很大程度上得到了提高。涉及機(jī)床的階段一般分為繪制圖紙及工藝、電氣安裝與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、用戶單位的驗(yàn)收.

（二）立體倉(cāng)庫(kù)的PLC電氣控制

立體倉(cāng)庫(kù)是物流的重要內(nèi)容，是倉(cāng)儲(chǔ)管理科學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。目前的立體倉(cāng)庫(kù)有升降橫移式，巷道堆垛式，垂直提升式，垂直循環(huán)式，圓形水平循環(huán)式。立體倉(cāng)庫(kù)的組成有PLC，堆垛機(jī)，計(jì)算機(jī)，貨架，出入庫(kù)輸送機(jī)，穿梭機(jī)等。其中PLC是李天一倉(cāng)庫(kù)電氣控制的核心。

立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)在電機(jī)控制上采用閉環(huán)控制，其組成由高速計(jì)數(shù)器FM350接收編碼器反饋的轉(zhuǎn)數(shù)，將數(shù)字信號(hào)發(fā)送給PLC，實(shí)現(xiàn)電機(jī)閉環(huán)控制。立體倉(cāng)庫(kù)的PLC電氣控制的應(yīng)用使得倉(cāng)庫(kù)貨物的出入庫(kù)效率提高，改善了傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)管理的現(xiàn)狀。使得傳統(tǒng)的管理模式得到了改變。

（三）PLC在紡紗系統(tǒng)中的電氣控制

作為主機(jī)的PLC在紡紗系統(tǒng)中各類電氣設(shè)備的控制，包括電機(jī)控制，人機(jī)界面處理，開關(guān)柜控制。另外PLC還要采集來(lái)自個(gè)紗錠控制器的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)輸入到人機(jī)界面中，提供給操作人員。從邏輯結(jié)構(gòu)上講，PLC和所有的紗錠控制器排成了邏輯環(huán)，其中PLC掌控著系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信管理和維護(hù)工作。PLC和個(gè)紗錠組成的電氣系統(tǒng)承擔(dān)了沙疵檢測(cè)，清除，數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)計(jì)等功能，便于管理維護(hù)和進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。與其他傳統(tǒng)的紗錠相比，PLC與紗錠多組成的電氣控制的紡紗系統(tǒng)具有運(yùn)行速度快，成本低，體積小，精度高，能耗少，組網(wǎng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且系統(tǒng)采用自定義的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，使得具有簡(jiǎn)單，靈活，高速率的特點(diǎn)。

（四）環(huán)形打孔銑平面的PLC電氣控制

Sinumerik802c base line集成了PLC，CNC，HMI，I/O于一身的系統(tǒng)主控單元。而PLC通過(guò)輸入輸出接入E1，與機(jī)床主的機(jī)床控制面板，驅(qū)動(dòng)繼電器，電磁閥，行程開關(guān)，保護(hù)開關(guān)相連并可靠的完成機(jī)床的各個(gè)動(dòng)作，CNC與PLC之間有專門的地址用于相互傳遞信息。

以上的各種PLC與電氣控制的應(yīng)用技術(shù)只是特定的一部分例子，在現(xiàn)實(shí)生活中有著成千上萬(wàn)的這樣的系統(tǒng)和項(xiàng)目應(yīng)用。這歸功與PLC的定制功能，它可以按照工業(yè)的各種不同的需求進(jìn)行不同的設(shè)定和搭配。使得系統(tǒng)具有強(qiáng)大的功能

五、結(jié)語(yǔ)

其可靠性高、 操作簡(jiǎn)單與維護(hù)方便，豐富的I/O接口模塊等特點(diǎn)使得在自動(dòng)化控制中廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)在PLC正朝著電氣控制，儀表控制，計(jì)算機(jī)控制一體化和網(wǎng)絡(luò)信息化的方向發(fā)展。在工業(yè)體系中隨處可見(jiàn)PLC的身影，如鋼鐵，石油，化工，建材，電力，機(jī)械制造，汽車，交通，運(yùn)輸?shù)?。尤其在電氣控制的?yīng)用中，兩者的恰當(dāng)融合和同步提升將會(huì)使得生產(chǎn)效率得到提高，促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步。

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