探讨PLC在电气控制方面的应用

王晓明

【摘 要】本文对PLC进行了简要介绍，并分析了PLC的技术特点以及应用中的注意事项，最后探讨了PLC系统在工业电气控制方面的实际应用。

【关键词】PLC；技术；控制；应用

0.PLC概述

可编程控制器（Programmable Logic Controller，即PLC）是一种数字运算和操作的控制装置，它是代替传统继电器发展起来的，集计算机技术、通信技术、自动控制技术为一体的电子系统。PLC 的开发是为了实现工业环境下单台设备控制到整个工厂流程的自动化，其特点是体积小、编程简单、组装灵活、抗干扰能力高、可靠性强。随着硬件、软件设计和开发技术的进步，PLC 的编程过程变简单了，功能和系统的开放性却大大增强。现在，PLC 广泛应用于机械制造、造纸、化工、轻工、电力、冶金等领域，是现代工业控制的支柱之一，大大推进了机电一体化进程发展。

PLC实质上是一种专门用于工业控制的计算机，它的硬件结构与微型计算机基本上是一样的，其组成构件有：（1）电源：PLC的电源为整个系统提供工作电源，保证PLC各模块的集成电路能够正常工作，它在整个系统中有着非常重要的作用。（2）中央处理单元（CPU）：CPU是PLC的控制中枢和核心部分，每套PLC至少有一个CPU，其主要工作是进行逻辑和数学运算，对整个系统进行控制，起到协调工作的重要作用。（3）存储器：存储器可分为系统程序存储器和用户程序存储器，主要是用来存放系统的监控程序、用户程序、逻辑变量以及其他相关信息。（4）输入输出接口电路（I/O模块）：I/O模块是PLC与现场设备输入输出的接口电路连接通道。在工作时，可以按照I/O的点数来确定模块的规格及数量，但其最大数仍受限于PLC系统底板或机架的槽数。

1.PLC技术的特点

1.1配套齐全，功能完善，适用性强：PLC发展到今天，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制，CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

1.2系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造：PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造周期大为缩短，同时维护变得容易起来。更重要的是可以使同一设备经过改变程序改变生产过程。

1.3体积小，重量轻，能耗低：以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

2.PLC应用中应注意的问题

PLC是专门为工业生产服务的控制装置，通常不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。但是，当生产环境过于恶劣时，就不能保证plc的正常运行，因此在使用中应注意以下环境问题。

2.1温度：PLC要求环境温度在0-55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过55℃，要安装电风扇强迫通风。

2.2湿度：为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。

2.3震动：应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10-55hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。

2.4空气：避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。

3.PLC在电气控制方面的应用

以前的机床的电控很多都是采用继电器控制，这样就导致设备相对独立性很差，接线复杂且控制不及时，如果长期使用继电器控制也大大降低了设备的可靠性，造成控制故障。这时，就急需一种抗干扰强的且编程不复杂的控制系统，PLC扬长避短，不但可对数控机床的进刀、退刀、加工等加工工序及电机的旋转进行步进控制，这样就大大的提高了系统的可靠性和抗干扰性。

3.1控制系统总体方案。

随着可编程序控制器（PLC）技术的发展，实现了可以由数控机床中的可编程序控制器来完成各项复杂的任务，如控制开关、压力开关、继电器、行程开关、接触器和电磁阀等输出元件控制，它是由输人部分，逻辑部分和输出部分组成，其中，输入部分收集并保存被控制部分实际运行的数据，逻辑部分处理输入部分则是所取得的信息，其中输出部分提供正在被控制的许多装置中，哪几个设备需要实时操作处理。整个的控制系统一共是由CNC计算机数控系统和强电柜两部分组成，而其中CNC计算机数控系统是一专用的数控装置，它是由输入 /输出接口、CNC系统、驱动单元组成，是控制系统执行加工的核心，另一个强电柜则是由动力电路控制电路和可编程控制器PLC组成。

3.2基于P LC的数控机床电气控制方式的选择

数控机床电气控制方式的好坏，直接决定了控制系统的成败。所以要控制机床实现加工的高速高精度，系统的性能是起到至关重要的作用的。控制过程大体是，首先要依据预定要求和所要求的控制精度、被控对象的特征等限制进行了综合考虑，然后充分考虑系统的性能，价格比等因素，确定X、Y轴采用PC机。采用此种方式不但，PC机发挥了强大的文件处理功能、高速的数据处理功能，同时运动控制器则也体现了他的高的可靠性、高速性、高精度等优点，而光栅尺则为系统提供了高达1μm的精度。这样每一部分都起到了重要作用。

3.3 PLC 在组合机床电气控制系统中的应用

组合机床是针对某些特定工件，按特定工序进行批量加工的组合设备，该类设备的生产效率一般都非常高，同时机床结构也比较复杂，所以要求电气设计得非常稳定可靠。这其中利用PLC实现对组合机床的自动控制，无疑是今后的发展方向。

组合机床结构比较复杂，要求可靠性高。根据机床设计要求一般在粗镗II主轴上采用了双速交流电机，以满足加工端面的需要；而在各动力头与回转工作台之间还需要增加互锁电路，确保在机床加工时工作台是锁紧状态；在精镗I和精镗II的动力头上则是装有液压平旋盘，实现能够同时对工件进行镗孔及端面的精加工。因此该机床的电路设计比较复杂，需要的输入点和输出点比较多。一般，我们采用欧姆龙CPM2AE-60CDR型PLC作为机床的控制系统，这个控制器共有60个I/O点，其中36点输入，24点输出，此系统一般完全能够满足该机床的设计要求。

3.4数控机床的功能分析

这里介绍的是一拖四的机床，一共有X、Y轴和四个Z轴上的伺服电机，来进行定位；X、Y、Z轴可以联动，四个Z轴（下转第101页）（上接第110页）不但可以同时运动，也可以分开运动。此机床为了提高加工精度，工作台的X、Y轴运动，利用光栅尺实现全闭环控制，对工作台进行精确定位。X、Y轴则要进行两侧硬限位和软限位双重保护，以对Z轴下侧进行软硬限位。为了实现稳定加工，此系统具有高速的上下位机通讯功能，其中上位机可以随时对下位机进行控制，下位机也可以把各种信息传到上位机，2者相互作用。上位机是一台PC机（工控机），它主要负责从加工文件中读取需要数控机床加工流程中的钻孔的孔位和孔径信息，以及为用户提供友好的界面来设定加工参数，最后通过TCP/IP协议，把获得的数据传到运动控制器。该机床主轴转速最多高达16万r/min，实现了加工的高效率，并有冷却水泵对电机进行冷却，检测电机温度，实施实时保护。 [科]

【参考文献】

[1]魏雪松.浅谈工业自动化控制中PLC 的应用[J].民营科技，2008（12）.