機械電氣控制裝置PLC技術的應用實踐研究

摘要：機械電氣控制裝置在科學技術水平提升過程中逐步實現了自動化、智能化發展，主要表現為將PLC技術應用到機械裝置運行控制過程中，大大提升了對機械電氣裝置的智能化控制水平，使機械化工藝與機械化生產有效結合。信息技術水平的提升在很大程度上推動了智能化設備與軟件技術的更新換代，在機械電氣控制裝置中引入PLC技術可有效提升電氣設備的運行效率。文章將對PLC技術特點進行分析，具體論述該技術在機械電氣控制裝置中的實踐應用。

關鍵詞：機械電氣控制裝置；PLC技術；應用實踐

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.02.013

中圖分類號：TP 3" " " " " " " "文獻標示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）02-00-04

Research on the Application of PLC Technology in Mechanical Electrical Control Device

MAO Hongliang

（Yichun Luming Mining Co. Ltd.， Yichun 152500， China）

Abstract： The mechanical and electrical control device has gradually realized the automation and intelligent development in the process of improving the scientific and technological level， which is mainly manifested in the application of PLC technology to the control of mechanical devices， greatly improving the intelligent control level of mechanical and electrical devices， and effectively combining the mechanical process and mechanical production. The improvement of information technology has largely promoted the upgrading of intelligent equipment and software technology. The introduction of PLC technology into mechanical electrical control devices can effectively improve the operating efficiency of electrical equipment. This paper will analyze the characteristics of PLC technology and specifically discuss the practical application of this technology in mechanical and electrical control devices.

Key words： mechanical and electrical control device; PLC technology; application practice

我國社會整體經濟形勢當前呈現出健康向上的發展趨勢，在此背景下的現代化工業生產訴求已經無法從以往陳舊、落后的傳統化機械生產模式中得到滿足，甚至連工業企業的戰略性持續發展都受到了一定影響。因此，要想在快節奏、高負荷的工業生產環境中追求企業的長遠發展，就要緊跟時代步伐對生產模式進行改革升級，以優化機械電氣控制裝置為突破口，通過引入PLC技術，從整體上提升機械設備運行的有序性和穩定性，助力企業主體收獲符合或超出預期的運營效益[1]。在順應我國安全生產主張的前提下，讓機械裝置運行效率得以提升，保證企業在預定工期范圍內保質保量地完成生產任務。

1" PLC技術概述

國內機械自動化技術從20世紀90年代開始進入高速發展階段，經歷過一段時間的飛速變革后，我國自動化技術相關的控制系統形式發展呈現多元化特征，這也標志著我國自動化技術實現了質的飛躍。在現階段，電氣工程領域的新型技術受關注度最高的就是PLC技術，這是一項兼具自動化特征和計算信息特征的技術，具有儲備相關數據信息的功能，可圍繞具體的需求有針對性地編寫相關程序并實現相應的運算，通過在輸入模塊和輸出模塊之間構建有效鏈接的方式來完成對機械電氣設備的控制[2]。PLC技術最初的應用目的是尋找可替代繼電器控制系統的技術。在相關技術持續完善過程中，機械電氣控制系統運用PLC技術使初級階段遇到的各種問題逐一得到解決，系統穩定性與可靠性明顯提升。數據采樣與輸入、信息輸入刷新和自動化程序控制等是PLC技術幾個主要的流程，通常都以數據掃描的方式完成采樣，然后將所得數據輸入、輸出、刷新。PLC控制系統結構如圖1所示。

2" PLC技術特點與優勢

2.1 具有良好兼容性

PLC技術可與其他多類技術有機融合，擁有良好的兼容性。優化升級機械電氣系統的關鍵就是充分利用了PLC技術的兼容性，以減少系統導線連接為目的，直接把系統自身機械電氣設備視為輔助繼電器，以此來提升控制系統運行、反應效率。此外，在諸多環節（如生產控制、信息預算和數據處理等方面）都能發揮積極促進作用，同時還能通過對外模塊進一步拓展而實現其他功能，表現出良好的可塑性和靈活性，所以被廣泛應用于工業生產領域中。

2.2 可有效提升運行效率

作為融合了計算機優勢和自動化特征的一種新型技術，PLC自然兼具了兩者的優點，可從流程上實現機械電氣系統安裝，提升安裝操作的快捷性和便利性。機械電氣設備自引入PLC技術后，相關命令的執行都直接通過軟件編程完成，最大程度地降低了工作強度，一方面解放了操作工人，另一方面讓機械電氣設備運轉效果更佳。

2.3 可進行故障檢測

就客觀層面而言，機械電氣控制系統的運行不可避免地會遇到各類故障。具備自我檢測功能的PLC控制系統能夠及時定位故障、發出警報并分析原因，根據軟件輸出的故障原因，將分析信息形成直觀的數據反饋給工作人員，使工作人員以此為參考采取針對性措施，妥善解決機械電氣設備故障，使其投入正常運營。

2.4 具有抗干擾性

相比之下，傳統機械電氣控制系統具有較為突出的設計缺陷，如易被外界因素干擾。人們在具體實踐應用中會選擇把PLC技術融合于集成技術，完成隔離模塊設計。集成化控制系統的海量信息存儲功能有助于實現機械電氣運行流程的優化操作，并賦予其強大的抗干擾能力。

2.5 助力機電一體化發展

PLC設備具有質量輕、體積小、安裝便捷、編程簡單等特點，在各類信息技術持續完善發展的進程中，PLC控制系統自身的運算速率會越來越高，在很大程度上推動了計算機技術與工業環境的融合，這是實現機電一體化發展的重要前提條件。

3" PLC技術在機械電氣控制裝置中的實踐應用

3.1 PLC技術在機械控制中的應用

機械設備控制在機械化生產領域中有著重要的地位，這樣的關鍵部分要通過具體實踐實現高質量的機械自動化控制，就要全方位考慮各類管控設備。在傳統模式中，大多都是一對一配電開關實現相關控制，管理流程煩瑣、干擾因素多、安全隱患較多。合理應用PLC技術能夠對機械電氣裝置完成自動化控制，最大程度地降控機械設備出現故障的概率，讓電氣控制操作環節得以簡化，擁有更高的安全性和生產效率[3]。自動化故障分析與診斷是PLC技術的重要功能，通過發揮這項功能為機械設備有序運行保駕護航，通過與傳統生產模式中的控制技術對比可知，PLC技術在機械控制中的應用沒有嚴格的節點變位時間要求和固定化的返回系數，可更好地完成數據處理，簡化操作流程，實現更高的線路傳輸效率。

3.2 PLC技術的總控與分控系統應用

總線控制系統（FCS）和分散控制系統（DCS）是PLC技術在機械電氣控制中的2種主要應用類型。

（1）FCS系統：基于PLC技術在現場構建通信網絡，讓現場各個設備均與PLC連接形成有效通信，以此實現面向多個設備的運行狀態控制與監控。在具體的系統運行環節中，充分利用現場總線技術能夠保證現成設備之間的網絡通信穩定性，基于網絡間的雙向性來完成PLC與電氣設備之間數據信息的順利傳輸，進而徹底地實現機械生產自動化，構建合理完整的數據網絡能夠強化計算機的控制能力，僅憑單片機就能完成智能化模式下的控制操作，有助于整個系統后期順利、穩定運行[4]。

（2）DCS系統：將微處理器恰當地嵌入儀表控制器，在各個控制環節充分發揮DCS系統的功能，在統一顯示的基礎上面向受控對象進行分別控制。相比于FCS系統，DCS系統能夠在同一時間分別控制多個生產線，最大限度地避免系統運行過程中可能受到的干擾因素。與此同時，DCS系統在具體的運行過程中還能發揮數據交互、遠程管控和信息分析處理等功能，整個控制流程有著很明顯的閉環特征，能夠大大提升工作效率。另外，在處理故障檢測工作時，考慮到多設備是相互獨立的運行的，所以采用分散控制，在出現故障的時候就能避免一些錯綜復雜的因素快速找到故障部位。

3.3 PLC技術在空氣壓縮器中的應用

我國工業生產中使用的一類重要設備就是空氣壓縮機，在控制方面幾乎都采用普通繼電器，表現為保護效率不高、運行監控效果不佳，給后期運營維護造成了極大的不便。以資源開采情況為例，在開采過程中運行的空氣壓縮機，其內部的工控機、單片機十分容易受到外界干擾因素影響，情況嚴重就會引發安全事故。現階段PLC技術已經廣泛地被應用于空氣壓縮機群組，以CPU為載體來完成相關信息數據的采集、接收、反饋和分析處理，其中還涉及壓力變送裝置、斷水裝置和氣溫變送裝置等，所有設備的運行狀態都通過顯示屏直觀地呈現出來。在相應的控制指令下達后，系統會自主按照指令執行調試內容，如信號檢測、高溫通斷、壓力檢測等，以此來保證空氣壓縮器設備穩定運行[5]。在空氣壓縮機的控制作業環節中引入PLC技術，可通過計算機技術來對壓縮機當下的運行參數和數據進行全面收集，經整理后實時地傳遞到PLC控制中心，實現統一處理、集中分析。

3.4 PLC技術在開關邏輯中的應用

要在機械電氣控制裝置中實現高質量的電氣控制，必不可少的一個操作就是實現多項開關同步，以此來使機械裝置順利運行提供基礎動力。將PLC技術應用于機械電氣控制裝置中有必要合理利用邏輯開關來發揮控制效果，以繼電保護器為例，通過引入PLC技術來替代原有的繼電保護效能，可提升開關邏輯管理水平，獲得更高的繼電保護器自動化效率，促進機械電氣裝置朝著多元化的方向發展[6]。以生產鉆探牙輪鉆機的機械電氣控制裝置為例，將專業鉆進控制系統設置于裝置內部，具體涉及離心式砂石泵出水、鉆機運行監測等，可以將智能化監控模式應用于鉆機運行環中，對設備運行情況做到動態化監測，一旦發現監測數據異常，可及時進行調整，確保設備運行安全。功能多樣化的控制系統可被普遍應用于多個不同的工作場景。

3.5 PLC技術在膠帶運輸機中的應用

膠帶運輸機是一種可連續、高效運轉的設備，借助電機的牽引力來轉動膠帶，運輸承載于膠帶上的物資物料，從而完成連續性的運輸作業。在膠帶運輸設備中引入PLC技術的三個主要應用體現就是采樣數據輸入、執行程序指令和安全控制輸出，受控設備的實際運行狀態將由傳感器進行數據采集，在此過程中，采樣和輸入是兩個單獨運行的環節，可有效避免各種生產因素影響采集。但值得注意的是，要保證數據輸入的正確性。在指令執行環節，幾乎都有上位機和觸摸屏等配套性設備被用于直觀反饋設備運行狀態、產生的數據、口令執行進度等。通過調用采集到的數值進行計算并對多種數值進行邏輯處理，采用多種控制算法，則會形成控制數據輸出。在控制輸出環節中，PLC控制器會不斷刷新控制邏輯和數值，執行機構會按控制邏輯動作，輸出的控制數據決定著控制對象的轉速、行程或扭矩等。

3.6 PLC技術在壓力式過濾器控制中的應用

壓力式過濾器被大范圍地應用于化工、鋼鐵、礦山、機械等領域，所有壓力式過濾器設備在常態運營中的過濾流程和狀態都是一致的，即2個進水閥處于開合狀態，3個反洗排水閥處于閉合狀態，如果過濾水泵進入運行狀態，則反洗水泵即可停止。在將PLC技術應用于壓力式過濾器設備中并發揮控制作用時，在前面的過濾器結束反洗時間后，緊跟其后的過濾器就會調整開關狀態，轉換到手動模式。這樣一來，在總周期時長固定無變化的情況下，系統將會自行設置并記錄一個反洗時間，整個系統在跟隨時序常態化運行的過程中具備低流量優先啟動反洗流程的功能。簡單來說，就是安裝于各個過濾器出水管道上方的電磁流量計會精準地檢測、記錄出水流量，并結合最小值進行自動評估，將分析信號傳送到PLC中心后就會得到及時響應。

3.7 PLC技術在設備監控中的應用

關于機械電氣控制裝置監控中的PLC技術應用，主要目的在于對生產狀態和各環節數據信息可進行整體掌控，讓生產設備轉入自動化模式。相關技術人員要安裝對應的傳感器，用于采集設備運行過程中的參數以及生產中產生的數據，并將其傳輸到控制中心，以便統一對數據進行處理分析，基于分析結果下達指令，對機械電氣控制裝置實行高度統一的調度、管理和運行控制。相關管理人員和技術操作人員只需借助顯示器就能獲取生產狀態和設備運行情況，發揮控制系統的智能化檢測、分析、控制與調整功能，確保電氣裝置始終處于安全穩定的運行狀態。除此以外，還可以在安全監測中合理應用PLC技術，預先排除安全隱患，準確定位故障部位并發出預警信息，為設備檢修人員提供可靠的參考信息。

4" 結束語

總之，在我國社會各生產領域運轉節奏越來越快的過程中，工業生產效率所面臨的挑戰自然就越來越大。所以，新時代背景下的工業企業要想實現健康長遠發展，就要及時更新發展理念，順應我國社會發展前景良好的技術改革趨勢，立足于內部機械運轉效率提升，在機械電氣控制裝置中引進先進的PLC技術，充分發揮該技術的多元優勢來提升機械設備控制的時效性、智能性和自動化程度，切實強化機械設備綜合管控水平，保證各項生產任務能夠高質量落地，為企業運營效益的增長助力。■

參考文獻

[1] 朱娟娟，張愛民．基于PLC的六自由度機械手控制系統設計[J]．建材技術與應用，2021（5）：49-51.

[2] 曹傳陽．電氣控制與PLC應用技術探析[J]．中國設備工程，2022（16）：193-195.

[3] 楊國亮．機械電氣控制裝置中的PLC技術分析[J]．數碼設計（上），2021，10（5）：98.

[4] 上官緯．關于現代電氣控制與PLC應用技術的思考[J]．機電產品開發與創新，2022，35（3）：133-135.

[5] 王繼臣．基于PLC技術在機械電氣控制裝置中的實踐與探究[J]．百科論壇電子雜志，2020（3）：901-902.

[6] 桂知進．工程機械電氣控制裝置中PLC技術的應用研究[J]．內燃機與配件，2020（12）：246-247.