機械電氣控制裝置PLC技術(shù)的應(yīng)用分析

陳玄清

隨著科技發(fā)展的日漸強盛，許多不同的技術(shù)與學(xué)科開始互相交叉滲透，這就使得科學(xué)技術(shù)得到了空前的發(fā)展。在PLC技術(shù)持續(xù)發(fā)展的大環(huán)境之下，隨著機械企業(yè)自動化水平的逐步提高，企業(yè)無論是在產(chǎn)品質(zhì)量方面或是其整體的生產(chǎn)速率上都得到了極大的保障。在此基礎(chǔ)上，為了簡化機電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，采用PLC技術(shù)來對繼電器其邏輯處理功能進行優(yōu)化。由于PLC技術(shù)可以有效地簡化工業(yè)操作以及降低生產(chǎn)所需成本，還能夠降低機械設(shè)備的控制裝置在運行過程中發(fā)生危險的幾率[1]。結(jié)合各個方面的綜合考量，PLC技術(shù)在機械電氣控制裝置的生產(chǎn)系統(tǒng)中有著非常大的發(fā)展前景及應(yīng)用空間，為了將其進行進一步的強化優(yōu)化，要加強對PLC技術(shù)的研究推廣力度，以最大程度上發(fā)揮其在機電控制裝置中的決定作用。

1 PLC技術(shù)的概述

1.1 基本概念

PLC是一個電子系統(tǒng)裝置，以微處理器為核心進行數(shù)字運算的操作。它的設(shè)計初衷是專門為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用提供便利，PLC技術(shù)還可以融入到梯形圖的編程之中，這能夠使得許多復(fù)雜程序的信息處理水平得到顯著改善，還可以將從前高成本低質(zhì)量的信息技術(shù)進行整改，縮減生產(chǎn)成本，將生產(chǎn)模式改善為底本高質(zhì)的水平[2]。

1.2 主要特點

（1）安全性高，抗干擾能力較強，適用于環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場。

（2）以程序已經(jīng)定義的各個輔助型繼電器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械觸點繼電器，從而不需要考慮傳統(tǒng)的機械觸點繼電器原有的返回系數(shù)，為機械行業(yè)提供便利。

（3）有完善的功能，可用性強，與工業(yè)電氣控制裝置很容易聯(lián)結(jié)成整體，便于擴展各項功能。

（4）兼顧實用性與可操作性，PLC技術(shù)的編程采用的都是一些較為簡單的指令方式，不限于工業(yè)現(xiàn)場的電氣控制維修人員自身的習(xí)慣及技術(shù)，從而使用戶能夠更加直觀、形象地進行編程。

1.3 PLC技術(shù)的優(yōu)勢

（1）能夠高效的進行自我檢測

PLC技術(shù)是創(chuàng)新型的技術(shù)，與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相比較來看，這項技術(shù)可以更加方便快捷地對控制器進行程序編輯，再以數(shù)字的形式作出對輸出及輸入的控制，以此來完成對各行各業(yè)的輔助性操作[3-5]。在機電控制裝置的整體中，這項技術(shù)能夠保障整個工作流程順利進行，若出現(xiàn)故障能夠及時發(fā)出警報，并檢測出自身出現(xiàn)的問題，這就大大提高了機械工業(yè)的作業(yè)效率，并為其節(jié)省了成本。

（2）抗干擾能力較強

一般來說，機械電氣控制類裝置的運行效率降低，主要是由于其在運行的過程當中，十分容易受到外界環(huán)境變化的影響，從而對生產(chǎn)的效率造成阻滯作用，因而導(dǎo)致生產(chǎn)效能下降。但是PLC技術(shù)很好地緩解了這一問題，該技術(shù)的應(yīng)用是把許多的集成電路技術(shù)揉合在一起進行提煉，以微處理器為核心，可以有效抵抗外界的干擾，這對于機電控制裝置的運行性能和其自動化水平的提高都起著革命性的作用，推動了機械工業(yè)的發(fā)展。

2 機械電氣控制裝置基本概述

通常所說的機械電氣控制裝置也就是指電氣設(shè)備的二次控制。一般都是由六個環(huán)節(jié)構(gòu)成，分別為對電氣設(shè)備及電路提供保障的保護回路、由許多供電的電源供電電路、兼?zhèn)湫始捌骄峙涞氖謩蛹白詣踊芈?、可以將線路的工作情況顯示出來的信號回路、保障電氣設(shè)備運行安全及不間斷工作的閉鎖及自鎖回路、發(fā)生一些特殊狀況能夠進行緊急制動的制動停車回路[6]。機械電氣控制裝置可以自動控制電器設(shè)備整體的大電流與高壓，以及開關(guān)的閉合等，可以處理設(shè)備運行中出現(xiàn)的特殊情況，維護系統(tǒng)穩(wěn)定并實時反映出設(shè)備的運行狀況。

3 PLC技術(shù)在機械電氣控制裝置中的應(yīng)用

3.1 PLC技術(shù)在機電控制裝置中的控制形式

（1）DCS集散型控制系統(tǒng)

所謂的DCS集散控制型系統(tǒng)也就是把現(xiàn)場的控制站和檢查站等一些控制類系統(tǒng)運用特殊的電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來進行相互之間的鏈接，把電子科技與控制技術(shù)進行有效的結(jié)合，這樣不僅能夠兼顧裝置的集中操作和系統(tǒng)的分散性控制，還可以將在控制過程當中出現(xiàn)的危險性因素進行較為分散透徹的梳理，并綜合治理，這樣就能夠?qū)C械電氣控制裝置進行有效的調(diào)控及更加高效的管理?？偟膩碚f，DCS系統(tǒng)能夠集通訊、顯示、計算機、控制技術(shù)于一體，形成的較為便利完善的管理及控制類系統(tǒng)。

（2）FCS現(xiàn)場總線型控制系統(tǒng)

簡單來講，所謂的現(xiàn)場總線型控制系統(tǒng)就是把生產(chǎn)現(xiàn)場的控制系統(tǒng)之中所存在的數(shù)字式以及各個分支等不盡相同的結(jié)構(gòu)進行科學(xué)的結(jié)合，這樣不單單能夠?qū)崿F(xiàn)管理與控制的雙重結(jié)合，還能夠起到支持多節(jié)點與雙向總線型系統(tǒng)的作用。其往往是由于一些常見的外部環(huán)境所組成的，因此可以提供十分良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境給機電控制裝置，提供更加智能的實用功能，能夠使得許多項目完成自動生成，這樣就能夠顯著提高對于機電裝置的控制效果。與DCS系統(tǒng)相比較而言，它有著更好的可操作度，實際運用起來更為簡便靈活，又由于它對控制裝置進行了更進一步的分散，所以其安全性也相對更高。

3.2 PLC技術(shù)在機電控制裝置當中的實際應(yīng)用

（1）分析設(shè)計原理圖

若是要保障機電控制裝置其性能、質(zhì)量、功能等方面的高穩(wěn)定性，就一定要打好第一步原理圖設(shè)計的基礎(chǔ)。對原理圖的分析需要幾個環(huán)節(jié)，第一要掌握基本的電氣設(shè)備，如電動機等，在原理圖當中要做出相應(yīng)的明顯標示[7]。第二要將整體的電路圖描繪出來并進行二次檢查，及時發(fā)現(xiàn)錯誤的地方并加以改正，這樣能夠加深對電路各個環(huán)節(jié)的識別，可以清楚地了解各種控制電器及電路保護裝置的位置，這可以很好的保障機械電氣操作人員在進行實際施工時不會因為對電器放置地點不熟悉而造成損失。第三一定要確保電源正確地進行供電，保證電流能夠順暢的流通，以保持整個機電控制裝置的正常運行，這為控制裝置的后續(xù)工作提供了基礎(chǔ)的保障。最后要對控制裝置進行實時保護，為使電路不受到外界環(huán)境的影響，每一處控制電路裝置處都要裝有相對應(yīng)的保護設(shè)備。

（2）PLC技術(shù)在空氣壓縮機中的實際應(yīng)用

以往由單片機構(gòu)成的空氣壓縮機很難不受機器性能干擾，這就使得機械電氣裝置的工作效率得不到保障?，F(xiàn)如今，PLC技術(shù)應(yīng)用到空氣壓縮機中，與實際的生產(chǎn)作業(yè)相結(jié)合，將自動化與危機控制技術(shù)科學(xué)地結(jié)合起來，對壓縮機進行調(diào)整，這大大提高了空氣壓縮機的工作運行效率。不光如此，它還能夠通過微控制器對整個空氣壓縮機的作業(yè)環(huán)節(jié)進行全程監(jiān)控，以此來保障機器運行的安全，這對于機械電氣控制裝置的作業(yè)效率有很大的促進作用。

（3）在自動化生產(chǎn)線上的變量控制

在生產(chǎn)中對變量進行實時監(jiān)控與控制實質(zhì)上也就是對生產(chǎn)的模擬量進行一個全面監(jiān)管，因為在工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中都存在著很多的變量，然而利用人力是很難對其進行一個較為合理科學(xué)的方式進行預(yù)測的。如果不及時地進行生產(chǎn)變量的實時控制，長此以往堆積下來的問題就很有可能對工業(yè)生產(chǎn)帶來極大的不良影響[8]。為此，將PLC技術(shù)應(yīng)用到機械電氣控制裝置當中就解決了很大的問題，這項技術(shù)能夠?qū)ιa(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的變量進行合理適當?shù)目刂疲诖嘶A(chǔ)上，還能夠利用模擬化和數(shù)字化之間的鏈接轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)用控制器來進行相應(yīng)生產(chǎn)變量的控制。

（4）應(yīng)用于分散控制系統(tǒng)

在分散控制系統(tǒng)當中，因為在此系統(tǒng)中要對所處理對象進行分散處理，因此需要通過PLC技術(shù)的信號傳遞來進行網(wǎng)絡(luò)中的鏈接式連鎖反應(yīng)，以此來順利完成分散的控制任務(wù)。由于各個生產(chǎn)線之間都是通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)來進行直接關(guān)聯(lián)，因此通常情況下采用多生產(chǎn)線分散型控制。這種控制系統(tǒng)的優(yōu)勢在于各個生產(chǎn)線都是由不同PLC進行控制的，因此若是有一處出現(xiàn)了生產(chǎn)故障，不會對其他的生產(chǎn)線造成影響。為了更加高效地進行控制任務(wù)，要努力將PLC技術(shù)與過控技術(shù)進行有機結(jié)合。

3.2 PLC技術(shù)在機械電氣控制裝置中的具體應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)過程中會經(jīng)常應(yīng)用到機械手，它在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用具有十分重要的意義，譬如它在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用可以實現(xiàn)對物體的搬運、裝配及切割等作用。而PLC技術(shù)在接卸電氣控制裝置中的應(yīng)用還能夠在此基礎(chǔ)上加強對于線路的簡化，有效節(jié)約使用成本，從而最終提高工業(yè)生產(chǎn)的效率。

（1）控制要求

PLC技術(shù)在應(yīng)用的過程中，需要實現(xiàn)工件從左到右的搬運，而在其應(yīng)用的過程中機械手的重要作用在于驅(qū)動機械氣缸的運作，磁閥是控制氣缸的重要機械裝置。磁閥在控制氣缸的過程中，需要根據(jù)實際的需要向多個方向移動，如上、下、左、右等，磁閥在實際的控制過程中是雙線圈的；如果在磁閥控制的過程中實行斷電處理，這時如果磁閥是朝下降的方向展開控制，那么機械手也會停止響應(yīng)的下降動作，當然需要保持原有的工作狀態(tài)。電磁閥在控制機械手的過程中，機械手會跟隨電磁閥的通電情況而展開相應(yīng)的操作，如果電磁閥處于通電狀態(tài)，那么機械手會上升，如果電磁閥處于斷電狀態(tài)，機械手會停止響應(yīng)的操作。機械手在具體操作過程中如放松或者夾緊的過程中，是由電磁閥進行控制的，這時的電磁閥的狀態(tài)是單線圈的并且是二位的，當線圈處于通電狀態(tài)時，機械手則會相應(yīng)夾緊；當線圈處于斷電狀態(tài)時，機械手則會相應(yīng)放松。如果機械手向右移動并有向下下降的趨勢時，應(yīng)當注意對右邊工作臺展開相應(yīng)的檢查，只有在右邊工作臺沒有任何工件的情況下，機械手才能夠被允許下降，否則應(yīng)當停止下降的過程。具體的操作過程可以分為八個步驟：先從原點開始，接著是下降，在T秒時開始夾緊，夾緊后接著上升，上升后接著右移，在右移T秒后開始上升，上升到一定程度再左移至原點。

在機械手的控制過程中有時為了實際需要還需要注意調(diào)試和維護，在調(diào)試和維護的過程中應(yīng)當注意設(shè)置手動及自動轉(zhuǎn)換的開關(guān)以實現(xiàn)相應(yīng)的功能。如果轉(zhuǎn)換開關(guān)處于手動狀態(tài)時，通過設(shè)置相應(yīng)的按鈕可以實現(xiàn)如下操作，如上升、下降、左右移動以及放松及夾緊的控制過程。如果轉(zhuǎn)換開關(guān)處于自動的狀態(tài)時，這時可以讓機械手自動回歸原點再展開相應(yīng)的控制；在這種狀態(tài)下，當按下機械手的起動狀態(tài)時，機械手會根據(jù)工作的操作程序展開相應(yīng)的操作。

機械手處于起動狀態(tài)下，會自動完成接下來的一系列周期動作，這個周期不是循環(huán)的，完成一個周期后需要再次按下起動按鈕，才能夠讓機械手重復(fù)上述周期操作動作，直到完成后回歸原點整個操作過程才算完成。

（2）PLC控制程序的設(shè)計

控制程序的重要組成部分主要包括兩個方面，一是手動操作，二是自動操作，在自動操作過程中又包括三個部分的操作程序，分別是步進操作、單周期操作和連續(xù)操作的程序。

在控制程序的初始狀態(tài)下，其指令用IST顯示，而IST的功能編號又為FNC60，LST的指令與STL的指令同時進行時可以進行多種控制形式的操作，這時可以簡化相應(yīng)的操作程序的設(shè)計。

IST作為控制程序的初始狀態(tài)的相應(yīng)指令只有一次使用機會，在這種情況下，需要把其設(shè)置在控制程序最初開始的位置，而被該指令所控制的相應(yīng)電路則依次朝后設(shè)置。IST指令除了應(yīng)用于設(shè)置控制程序的初始狀態(tài)外，還對原始位置的條件展開相應(yīng)的控制。另外，在該指令中，還有S20和S27指令，S20指令的主要作用在于指定最小狀態(tài)時繼電器的元件號，而S27指令的主要作用則在于指定最大狀態(tài)時繼電器的元件號。因此在設(shè)置繼電器的元件號的過程中應(yīng)當根據(jù)既定的設(shè)計的相應(yīng)順序來設(shè)置。在IST指令中，還有源操作數(shù)，可以分別記為X、Y及M，而用X10來表示與控制程序工作相關(guān)的輸入繼電器的首元件。另外，X10還對X10～X026這八個不同的輸入繼電器展開相應(yīng)的指令。

在原點位置，傳感器在驅(qū)動狀態(tài)下，應(yīng)注意觀察輔助繼電器M8044的相應(yīng)指令是否在原點位置，只有在ON的狀態(tài)下，機械手的操作程序才被允許轉(zhuǎn)換。一般來說，會把繼電器M8000設(shè)定指令為FNC60作為控制系統(tǒng)設(shè)計的初始狀態(tài)。當IST指令設(shè)置完成后，控制系統(tǒng)的相應(yīng)控制步驟則會按照順序相應(yīng)的程序自動展開。

4 PLC技術(shù)的發(fā)展前景

眾所周知，現(xiàn)在已經(jīng)進入到信息現(xiàn)代化階段，隨之，機械電氣控制裝置的發(fā)展也越來越成熟。同時，PLC技術(shù)也越來越成熟，其應(yīng)用也特別廣泛，特別是在FCS控制系統(tǒng)出臺之后，更加把PCL技術(shù)的更多的功能投入到機械電氣行業(yè)之中，這不僅僅突破了常規(guī)的DSC控制系統(tǒng)在專用通信網(wǎng)絡(luò)方面上的控制，而且還實現(xiàn)了在全局化的通信網(wǎng)絡(luò)方面上的控制。并且，DCS控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上也遠不及FCS控制系統(tǒng)分布廣泛，F(xiàn)CS控制系統(tǒng)主對現(xiàn)場的控制與管理的功能主要是從行星全分布式的整體結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。從另一方面來說，PLC技術(shù)的控制管理特征是越來越趨勢于分散化、開放話和數(shù)字化的。總之，從未來發(fā)展的趨勢來說，PLC技術(shù)是一個新穎的、全面的、開放的、基層控制系統(tǒng)，同時，PLC技術(shù)也向著綜合性的發(fā)展。PLC技術(shù)是一項在機械電氣控制裝置中不能缺少的新興熱門的技術(shù)。

5 結(jié)束語

隨著我國的主要矛盾已經(jīng)發(fā)生的巨大變化，我國工業(yè)的發(fā)展已經(jīng)進入到一個新的階段，這不僅僅促進了電氣控制技術(shù)的巨大進步，而且也同時促進了PLC技術(shù)的不斷進步。總之一句話，PLC技術(shù)在機械電氣控制裝置中發(fā)揮著越來越重要的作用。