淺談機械自動化控制中的PLC技術

孫里洪

淺談機械自動化控制中的PLC技術

孫里洪

（河北東源羊絨制品股份有限公司，河北 石家莊 050071）

隨著中國社會經濟的不斷發展，工業技術也進入到了發展的頂峰時期，并取得了較大的成績。但是相較于西方發達國家，中國傳統工業技術水平還比較落后，科學技術含量無法達到發達國家的水平。在此背景下，相關專業人員需要對PLC技術在機電自動化控制技術中的應用進行分析，尤其是要重視PLC在中國制造業的應用，以PLC技術的有效利用，提升工業生產水平、生產質量和效率，加快中國工業進程發展。

機械自動化；控制技術；PLC；應用

1 前言

近幾年來，隨著中國社會的快速發展，工業化水平的提升，諸多機電設備也被應用在工業實際生產中。同時，自動化技術的快速發展，也推動了相關技術在機電控制領域的應用，尤其是PLC技術的應用，不僅能夠提升機電自動化的整體水平，還能夠在很大程度上促進中國工業的經濟發展，加快機電設備的生產。所以，對自動化技術在機電控制制造中的實際應用進行分析，具有極為重要的現實意義。

2 PLC技術的相關概述

從本質上來說，PLC技術就是可編程控制器，其自身的計算機技術就是最為基礎的表現。PLC技術是在計算機技術的基礎上所發展出來的，并且該技術的逐步成熟，為電子自動化創造出了一個專業性較強的自動化控制器。目前，PLC技術已經大量應用在機電自動化控制層面。要實現機電自動化控制，就必須要按照用戶的不同需求，根據規定的命令以及操作流程，以保障設備順利運行為前提，進行實際的處理，并通過軟件進行有效的控制。

2.1 PLC技術特點

PLC技術是結合了多種先進科學技術而產生的，該技術不僅有極強的抗干擾的能力，其自身的可靠性，也為自動控制功能的實現提供了保障。與傳統控制系統相比，以PLC技術為核心建立的控制系統，能夠以更加簡潔的方式完成各項操作，技術人員將擁有更多的精力去處理一些自動控制不易解決的難題。在實際應用期間，PLC自動控制系統充分利用了梯形圖編程的方式，整個系統的安裝與調試相對便捷，操作人員在掌握必要的理論、方法后，只需要通過簡單的學習，即可完成各項基本操作。

2.2 PLC技術應用的可行性分析

PLC技術是一種對數字進行運算的電子系統，目前基于PLC技術構建的控制系統，大多是針對中國工業領域所涉及的生產活動，所以需要考慮到的重點問題，就是利用可編程序儲存器來實現大量工業生產數據的保存和處理、運算等多種操作指令。除數字運算外，PLC技術還可以通過數字的傳輸，來實現對工業生產的全過程的控制，從而保障生產質量和生產效率，為工業生產過程控制提供技術支持。機電自動化控制通常包含了繼電器控制與PLC控制這兩種。在生產實踐中，繼電器控制的高故障率，讓技術人員看到了其在機電控制上的局限性，以繼電器控制系統完成機電的自動化控制已經不能滿足工業生產需要；與此同時，PLC技術展現出的優勢，彌補了繼電器控制系統的缺陷。

3 機械自動化技術

3.1 機械自動化的網絡化

隨著互聯網時代的到來，網絡得到了極大的發展和普及。這也促使企業的管理和企業機械自動化生產發生了很大的變化，機械設計更加科學合理，各種零部件的制造水平更高。同時，信息全球化可以使得各種機械自動化技術應用互相分享，這為機械自動化這個行業的交流和機械自動化企業提供了很好的學習平臺，可以促使工業機械企業得到進一步的發展。

3.2 機械自動化的虛擬化

目前有一種被稱為虛擬化的技術被運用與機械自動化技術中。它是通過電子計算機，模擬實際生產過程和檢驗產品的過程仿真操作系統。有了這個仿真化的作業工程，就可以檢驗產品的制作工藝是否最佳，優化各種工藝而且可以實現不浪費時間、不浪費原材料、不浪費人力，從而提高生產效率和產品質量。

4 機械自動化控制中的PLC技術應用

在PLC技術的發展初期，其并沒有在機電自動化控制中得到大量的應用，該技術能夠在機械自動化控制中得以應用是經過了長達十年的發展之后，因為該技術的自身性能和滿足機械自動化控制的相關要求后，才被逐漸應用在機械自動化控制中。隨著中國PLC技術的日趨成熟，該技術在機電自動化控制中的實際應用也越來越頻繁，其重要性也逐漸被凸顯，隨著先進科學技術的融入，PLC技術在機械自動化控制中的效能被完全展現出來，所以其也保障了中國工業生產的可持續發展。在PLC技術得到大范圍推廣的同時，該項技術與工業生產實際的良好契合以及技術本身具有的發展前景逐漸得到業內人士的重視。

4.1 PLC技術與空調變頻改造

中央空調系統一般由制冷機、冷卻水循環系統、風機盤管系統等部分組成，如圖1所示。由于技術方面的限制，早期中央空調的水系統主要采用傳統的控制方法。應用階段，中央空調系統的高額用電量以及各類故障的出現，使得不少企業開始探索空調系統的改造技術。從實際情況來看，中央空調PLC的節能現象，在根本上是基于空調水系統熱交換循環而產生的，在中央空調的運行過程中，冷卻水是一個較為關鍵的環節，通常而言，中央空調的水流調節方式是通過系統中相關閥門和擋板的開閉來進行控制的，因此會造成大量的電能在這個過程中損失掉，而通過進行PLC變頻改造之后，則能夠對電能實現節約效果，降低空調能耗。據測算，以傳統控制方式進行水系統的控制，在絕大多數時間內，空調系統真正需要的冷負荷要遠低于設計值，而水塔風機、冷卻水泵等處于滿負荷運行狀態，由此帶來了嚴重的能源浪費問題。結合運行工況監測結果與中央空調水系統工作原理，有技術人員提出了在原有系統的基礎上增加控制單元，通過PLC控制器、變頻器、傳感器以及溫差控制器等元器件的應用，實現變頻控制，并最終達到合理控制水系統運行狀況的目的。不僅如此，實踐表明，在原有繼電接觸器控制電路的基礎上增加變頻器控制電機，正常情況下，變頻器控制電機的運行狀態，整個系統處于節能運行狀態，可改善能源浪費問題。

圖1 中央空調系統示意圖

4.2 PLC與數控加工

數控加工在機械設計制造領域扮演者重要角色，技術本身具備的強大加工能力以及良好的適應性，給其大范圍應用奠定了基礎。PLC技術在數控機床上的運用原理和流程與常用的PLC差別不大，首先需要通過PLC順序掃描的方式，對輸入端口的數據進行讀入和存儲；其次，則是在執行階段以特定的順序進行掃描，從而讀入已經存儲的數據，在完成計算之后，進行數據的輸出和存儲；最后，PLC系統執行完相關命令之后，輸出映像寄存區的所有輸出繼電器的狀態，在輸出刷新階段轉存到輸出存儲其中，并以相應的方式進行輸出，進而實現對外部負載的有效驅動。從實際效果來看，PLC技術的應用，可簡化強電控制線路，提高產品加工精度，增加設備的柔性，保障數控機床的穩定運行。

但與此同時，PLC技術在數控領域的應用仍然需要解決兩項關鍵問題：①提升定位速度與保證定位精度之間的矛盾；②可變參數的在線修改。首先，對于步進電機，其轉速與控制脈沖頻率呈正相關，一旦電機以低脈沖頻率運行，其轉速也將處于較低數值，此時數控機床的定位將受到影響。而根據數控機床的性能需求，機床必須兼顧加工的精度與效率，定位速度過慢勢必會影響到加工的效率。

4.3 PLC與電梯系統

電梯是一種常見特種設備，其主要任務是完成人或物的垂直運輸，起停相對頻繁。一般電梯系統可分為升降機裝置系統、集選控制系統、電氣控制系統、故障檢測系統等部分。在上行、下行過程中，控制系統需要對多個指令進行處理，確保其按照預設程序運行。以電梯的選層為例，其功能實現主要依賴于信號的傳遞、脈沖信號的正確處理，此外，還需引進防亂層技術，自動校正錯誤參數，對計數混亂問題進行妥善處理。本質上，PLC控制電梯是以CPU微處理器進行運行過程中所需要進行的邏輯運算和數據處理，并利用PLC輸出單元進行控制信號的發出，從而實現對電梯的控制。在具體的應用過程中，主要是通過進行與之相應的PLC控制—能見電路的方式，來實現其余外部電路以數據的輸入和輸出端口進行通信，并通過PLC系統的控制器CPU來進行ROM中機器碼的執行，從而有效地進行輸入輸出數據的處理，最后將已經完成處理的數據利用端口傳輸到外圍電路，達到對電梯自動化控制的目的。PLC控制電梯系統原理示意如圖2所示。

圖2 PLC控制電梯系統原理示意圖

5 結語

在工業化進程下，自動控制裝置的研發與應用備受關注，PLC技術于機械自動化控制領域的應用，不僅提升了工業制造的效率與品質，也保障了控制系統的可靠性。與傳統控制方式相比，以PLC技術為核心搭建的控制平臺具有更加快速的響應速度，能夠在滿足正常控制需要的前提下，減少整個系統運行的能耗，且操作更加方便，穩定性強。從發展趨勢看，PLC技術在機械自動化控制裝置中的應用，可建立更加穩定、更具效率的控制系統，為企業帶來更大的經濟效益。同時，PLC技術與人工智能技術的結合，將為工業生產、制造領域的智能化發展創設條件，助力產業革新。

［1］郭福桂.淺析PLC技術在機械工程自動化中的應用［J］.工程技術（全文版），2016（6）：221.

［2］劉杰，賈宜民，李鋒，等.機械自動化控制中PLC技術的應用分析［J］.科技風，2019（12）：140-141.

2095－6835（2021）06－0116－02

TP273

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.06.045

孫里洪（1969—），男，河北張家口人，本科，工程師，研究方向為過程自動化。

〔編輯：丁琳〕