PLC 技术在机械电气控制装置中的应用探讨

2014-08-30王文征WANGWenzheng刘宗辉LIUZonghui

价值工程 2014年24期

王文征WANG Wen-zheng；刘宗辉LIU Zong-hui

（①邢台市特种设备监督检验所，邢台 054000；②河北省特种设备监督检验院，石家庄 050091）

（①Xingtai Special Equipment Supervision and Inspection Institute，Xingtai 054000，China；②Hebei Special Equipment Supervision and Inspection Institute，Shijiazhuang 050091，China）

0 引言

传统的人工和机器劳动力已经难以满足当代生产方式的需求，超负荷工作不能从根本上解决生产力和生产关系的矛盾问题。从我国现阶段机械电气行业的发展情况看来，PLC 作为一项热门技术，在相关配置和技术含量上都达到了较高的标准，可以对机械电气控制装置实现实时保护，有利于企业生产和加工的有序进行，这对整个机械电气控制行业的发展产生了一定的促进作用。

1 机械电气控制概述

计算机技术的大力发展对工业化进程产生了深远的影响，随着该技术的广泛应用，适合工业发展的新型技术应运而生，使得工业生产和产品质量获得了大幅度地提升。自动化技术在九十年代前后发生三次巨变，从以微电子技术为基础的电子装置发展为从以计算机高速运算为主导的控制系统，最终整个行业在第三次变革中发生质的变化，实现以现代计算机通信和控制技术合成为主导的控制系统，促进了新兴行业的诞生和发展，为自动化技术增添活力。在机械电气控制行业不断发展的过程中，PLC 技术也实现了兴起至广泛应用的发展历程。汽车制造工业率先发展起了PLC 技术，随着该技术的功能更加适应商业化，电气一仪表一计算机控制一体化可以批量实行。PLC技术发展至今，已经形成了相对成熟的生产体系，被大量投放于产品的连续和批量生产中。到如今，以PLC 为基础的PID 回路控制正广泛运用于产品的连续生产和批量生产的过程中。此外，基于PLC 技术的DCS 控制系统和FCS系统也在不断地得到发展。

2 PLC 技术概述

2.1 PLC 组成 PLC 的中文全称为“可编程序控制器”，主要由CPU、存储器、I/O（输入/输出部件）、编程器等外部设备和电源组成。CPU 是PLC 的核心组成部分，其作用类似于人体中枢的生物功能，可以用扫描的方式接收现场输入装置的状态或数据，可以接收并存储从编程器输入的用户程序和数据、可以诊断电源和PC 内部的工作状态和语法错误和执行相关指令等；存储器是存放系统工作程序、模块化应用功能子程序、命令、解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数的装置，它不可以让用户直接存取，而是使用用户通过编程器输入的用户程序存放用户数据；I/O（输入/输出部件）是CPU 和现场I/O 装置或其他外部设备之间的连接部件，并且具有状态显示和I/O 接线端子排，执行相关的功能模块作用；编程器等外部设备是PLC 进行开发应用、监测运行和检查维护不可缺少的工具，通过键盘和显示器去检测PLC 内部状态和参数实现用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视，通过通讯端口与CPU 联系，实现与PLC 的人机对话，在安装使用了相关软件之后，还可以实现计算机的其他编程作用；电源分为内部和外部电源，开关稳压电源可以供内部电路使用，外部电源在供电切断时可以靠锂电池的作用继续供电。

2.2 PLC 的控制技术 PLC 技术在FCS 控制系统中发挥着重要的作用，它打破了单一技术控制系统的局面，实现多元化控制效果，满足大多数企业对于产业效果的追求。从FCS 技术的发展趋势来看，当前的现场总线控制系统FCS 可以实现机械电气控制装置的理想化运行，支持双向多节点和总线式的数字通讯模式，在使用的机械电气控制系统中实现高度集中的完整构成模式，对于满足企业多方位的生产需求具有重要意义。现场总线控制系统FCS技术突破了DCS 技术的专用通讯网络限制，结合行星的运转调整分布，使得全程的控制都在工作人员的预计之内，充分体现了现代机械电气控制技术的开放化、分散化和数字化的显著特征，形成新一代控制系统的总体风貌。现场总线控制系统FCS 技术在执行工作任务时，可以做到使用数字化技术的连接作用实现生产线和控制设备的及时沟通，减少了企业生产时间差造成的经济损失。现场总线控制系统FCS 技术的发展前景广阔，在未来，其不只是基础控制系统，还是一个充满现代化技术韵味的控制体系，采用自动化技术发展过程中的热点齐集智能传感、控制系统、计算机通讯技术为一体的综合性技术，在未来的工业投入中造福更多企业。集散型控制系统DCS 也是PLC 技术的重要组成部分，和FCS 技术相比各有优劣。集散型控制系统DCS 技术可以实现信息的高度集中，在企业生产过程中起着总览全局实时调度的优化作用。相比于传统的机械电气控制技术，集散型控制系统DCS 技术可以大量应用于集散型控制系统，在机械电气控制装置的整体运行过程中起着降低运行风险，分散控制，对于运行中的危险进行集中显示和处理，从很大程度上降低了机械电气装置运行的危险系数，增加了机械设备的寿命和运行成果。鉴于PLC 技术的发展必将实现多元化，DCS 技术和FCS 技术相比有着难以弥补的劣势，FCS 技术是从DCS 技术上发展起来的，虽然DCS 技术更加成熟，但是其成本比FCS 技术高，结构比较复杂且控制功能更加单一和专业化，相比于灵活可靠发展前景更加广阔的FCS 技术没有那么多被选择的优势，在未来的PLC 控制技术发展中必将弱于FCS 计划，以致于最终淘汰。

3 PLC 技术在机械电气控制装置中的应用

3.1 分析原理图原理图在PLC 技术的应用过程中起着指导性作用，引领PLC 技术在整个机械电气控制系统中的前进方向，所以在PLC 技术应用之前必须对原理图实行检查和分析，确保无误方可投入实施。原理图分析首先需要把握电路图中的基础电气设备，如电动机等，在电路图的关键位置一定要用鲜明的标记标注起来。在电路图的绘制检验过后发现没有纰漏之际便可以进行电路的识别环节，认清电路的控制电器和保护装置，避免相关工作人员在实际操作过程中找不着对应的器件，造成了不必要的损失。保护装置实现对机械电气装置中的任何一条电路的良好保护，除开必要舍弃的电路，任何电路装置处一般都设有保护装置。最后是要确保电源的供电无误，电源是机械电气装置的运行动力，保证电流的畅通对于以后工作的开展有着一定的积极作用。

3.2 PLC 控制系统的实例分析本段以煤炭分装器为例，分析PLC 控制系统在机械电气控制装置中的重要作用。分装器的构成比较简单，主要由拦包机、导料摆板、气动系统等几个大的部分组成，每个部分都有其固有的作用，实现煤炭分装器工作的专业功能。在煤炭分装器的分料皮带上装有多组光电感应器，结合PLC 控制系统对于煤炭进入分装箱的时间间断分算，实现煤炭分装操作台的机械电气控制。可见PLC 技术对于工业生产具有积极的作用，有效地避免了传统作业方法的固有漏洞，提高企业工业生产的总体水平和安全系数。与此同时，PLC 控制系统有着智能设置的功能，对于煤炭分装过程中的拥堵现象采取第一时间断开电源的设置，实现机械的整体保护，减少生产线上失误造成的经济损失。

3.3 PLC 控制系统的设计与选择 PLC 控制系统的设计涉及通信网络设计和接地设计两个方面。通信网络设计包含通信网络和控制网络两种，两种网络协调作用，共同完成任务。接地设计主要是从PLC 控制系统的抗干扰能力和安全系数两方面考虑，任意相接的地面和电路系统具有很高的不稳定性，需要进过慎重仔细地调查了解，将PLC 控制系统的装置设置为集中分散调整灵活的控制系统，将控制电路板OA 与OD 进行直接短接，以降低振动作用对于机械的不良影响。