机械电气控制装置PLC技术的应用分析

2018-02-17陈玄清

机电工程技术 2018年7期

陈玄清

随着科技发展的日渐强盛，许多不同的技术与学科开始互相交叉渗透，这就使得科学技术得到了空前的发展。在PLC技术持续发展的大环境之下，随着机械企业自动化水平的逐步提高，企业无论是在产品质量方面或是其整体的生产速率上都得到了极大的保障。在此基础上，为了简化机电一体化系统的结构，采用PLC技术来对继电器其逻辑处理功能进行优化。由于PLC技术可以有效地简化工业操作以及降低生产所需成本，还能够降低机械设备的控制装置在运行过程中发生危险的几率[1]。结合各个方面的综合考量，PLC技术在机械电气控制装置的生产系统中有着非常大的发展前景及应用空间，为了将其进行进一步的强化优化，要加强对PLC技术的研究推广力度，以最大程度上发挥其在机电控制装置中的决定作用。

1 PLC技术的概述

1.1 基本概念

PLC是一个电子系统装置，以微处理器为核心进行数字运算的操作。它的设计初衷是专门为工业现场应用提供便利，PLC技术还可以融入到梯形图的编程之中，这能够使得许多复杂程序的信息处理水平得到显著改善，还可以将从前高成本低质量的信息技术进行整改，缩减生产成本，将生产模式改善为底本高质的水平[2]。

1.2 主要特点

（1）安全性高，抗干扰能力较强，适用于环境复杂的工业现场。

（2）以程序已经定义的各个辅助型继电器来代替传统的机械触点继电器，从而不需要考虑传统的机械触点继电器原有的返回系数，为机械行业提供便利。

（3）有完善的功能，可用性强，与工业电气控制装置很容易联结成整体，便于扩展各项功能。

（4）兼顾实用性与可操作性，PLC技术的编程采用的都是一些较为简单的指令方式，不限于工业现场的电气控制维修人员自身的习惯及技术，从而使用户能够更加直观、形象地进行编程。

1.3 PLC技术的优势

（1）能够高效的进行自我检测

PLC技术是创新型的技术，与传统的继电接触控制技术相比较来看，这项技术可以更加方便快捷地对控制器进行程序编辑，再以数字的形式作出对输出及输入的控制，以此来完成对各行各业的辅助性操作[3-5]。在机电控制装置的整体中，这项技术能够保障整个工作流程顺利进行，若出现故障能够及时发出警报，并检测出自身出现的问题，这就大大提高了机械工业的作业效率，并为其节省了成本。

（2）抗干扰能力较强

一般来说，机械电气控制类装置的运行效率降低，主要是由于其在运行的过程当中，十分容易受到外界环境变化的影响，从而对生产的效率造成阻滞作用，因而导致生产效能下降。但是PLC技术很好地缓解了这一问题，该技术的应用是把许多的集成电路技术揉合在一起进行提炼，以微处理器为核心，可以有效抵抗外界的干扰，这对于机电控制装置的运行性能和其自动化水平的提高都起着革命性的作用，推动了机械工业的发展。

2 机械电气控制装置基本概述

通常所说的机械电气控制装置也就是指电气设备的二次控制。一般都是由六个环节构成，分别为对电气设备及电路提供保障的保护回路、由许多供电的电源供电电路、兼备效率及平均分配的手动及自动回路、可以将线路的工作情况显示出来的信号回路、保障电气设备运行安全及不间断工作的闭锁及自锁回路、发生一些特殊状况能够进行紧急制动的制动停车回路[6]。机械电气控制装置可以自动控制电器设备整体的大电流与高压，以及开关的闭合等，可以处理设备运行中出现的特殊情况，维护系统稳定并实时反映出设备的运行状况。

3 PLC技术在机械电气控制装置中的应用

3.1 PLC技术在机电控制装置中的控制形式

（1）DCS集散型控制系统

所谓的DCS集散控制型系统也就是把现场的控制站和检查站等一些控制类系统运用特殊的电子网络系统来进行相互之间的链接，把电子科技与控制技术进行有效的结合，这样不仅能够兼顾装置的集中操作和系统的分散性控制，还可以将在控制过程当中出现的危险性因素进行较为分散透彻的梳理，并综合治理，这样就能够对机械电气控制装置进行有效的调控及更加高效的管理。总的来说，DCS系统能够集通讯、显示、计算机、控制技术于一体，形成的较为便利完善的管理及控制类系统。

（2）FCS现场总线型控制系统

简单来讲，所谓的现场总线型控制系统就是把生产现场的控制系统之中所存在的数字式以及各个分支等不尽相同的结构进行科学的结合，这样不单单能够实现管理与控制的双重结合，还能够起到支持多节点与双向总线型系统的作用。其往往是由于一些常见的外部环境所组成的，因此可以提供十分良好的网络环境给机电控制装置，提供更加智能的实用功能，能够使得许多项目完成自动生成，这样就能够显著提高对于机电装置的控制效果。与DCS系统相比较而言，它有着更好的可操作度，实际运用起来更为简便灵活，又由于它对控制装置进行了更进一步的分散，所以其安全性也相对更高。

3.2 PLC技术在机电控制装置当中的实际应用

（1）分析设计原理图

若是要保障机电控制装置其性能、质量、功能等方面的高稳定性，就一定要打好第一步原理图设计的基础。对原理图的分析需要几个环节，第一要掌握基本的电气设备，如电动机等，在原理图当中要做出相应的明显标示[7]。第二要将整体的电路图描绘出来并进行二次检查，及时发现错误的地方并加以改正，这样能够加深对电路各个环节的识别，可以清楚地了解各种控制电器及电路保护装置的位置，这可以很好的保障机械电气操作人员在进行实际施工时不会因为对电器放置地点不熟悉而造成损失。第三一定要确保电源正确地进行供电，保证电流能够顺畅的流通，以保持整个机电控制装置的正常运行，这为控制装置的后续工作提供了基础的保障。最后要对控制装置进行实时保护，为使电路不受到外界环境的影响，每一处控制电路装置处都要装有相对应的保护设备。

（2）PLC技术在空气压缩机中的实际应用

以往由单片机构成的空气压缩机很难不受机器性能干扰，这就使得机械电气装置的工作效率得不到保障。现如今，PLC技术应用到空气压缩机中，与实际的生产作业相结合，将自动化与危机控制技术科学地结合起来，对压缩机进行调整，这大大提高了空气压缩机的工作运行效率。不光如此，它还能够通过微控制器对整个空气压缩机的作业环节进行全程监控，以此来保障机器运行的安全，这对于机械电气控制装置的作业效率有很大的促进作用。

（3）在自动化生产线上的变量控制

在生产中对变量进行实时监控与控制实质上也就是对生产的模拟量进行一个全面监管，因为在工业生产的各个环节中都存在着很多的变量，然而利用人力是很难对其进行一个较为合理科学的方式进行预测的。如果不及时地进行生产变量的实时控制，长此以往堆积下来的问题就很有可能对工业生产带来极大的不良影响[8]。为此，将PLC技术应用到机械电气控制装置当中就解决了很大的问题，这项技术能够对生产过程中各环节的变量进行合理适当的控制，在此基础上，还能够利用模拟化和数字化之间的链接转化，实现用控制器来进行相应生产变量的控制。

（4）应用于分散控制系统

在分散控制系统当中，因为在此系统中要对所处理对象进行分散处理，因此需要通过PLC技术的信号传递来进行网络中的链接式连锁反应，以此来顺利完成分散的控制任务。由于各个生产线之间都是通过网络数据来进行直接关联，因此通常情况下采用多生产线分散型控制。这种控制系统的优势在于各个生产线都是由不同PLC进行控制的，因此若是有一处出现了生产故障，不会对其他的生产线造成影响。为了更加高效地进行控制任务，要努力将PLC技术与过控技术进行有机结合。

3.2 PLC技术在机械电气控制装置中的具体应用

在工业生产过程中会经常应用到机械手，它在工业领域中的应用具有十分重要的意义，譬如它在工业领域中的应用可以实现对物体的搬运、装配及切割等作用。而PLC技术在接卸电气控制装置中的应用还能够在此基础上加强对于线路的简化，有效节约使用成本，从而最终提高工业生产的效率。

（1）控制要求

PLC技术在应用的过程中，需要实现工件从左到右的搬运，而在其应用的过程中机械手的重要作用在于驱动机械气缸的运作，磁阀是控制气缸的重要机械装置。磁阀在控制气缸的过程中，需要根据实际的需要向多个方向移动，如上、下、左、右等，磁阀在实际的控制过程中是双线圈的；如果在磁阀控制的过程中实行断电处理，这时如果磁阀是朝下降的方向展开控制，那么机械手也会停止响应的下降动作，当然需要保持原有的工作状态。电磁阀在控制机械手的过程中，机械手会跟随电磁阀的通电情况而展开相应的操作，如果电磁阀处于通电状态，那么机械手会上升，如果电磁阀处于断电状态，机械手会停止响应的操作。机械手在具体操作过程中如放松或者夹紧的过程中，是由电磁阀进行控制的，这时的电磁阀的状态是单线圈的并且是二位的，当线圈处于通电状态时，机械手则会相应夹紧；当线圈处于断电状态时，机械手则会相应放松。如果机械手向右移动并有向下下降的趋势时，应当注意对右边工作台展开相应的检查，只有在右边工作台没有任何工件的情况下，机械手才能够被允许下降，否则应当停止下降的过程。具体的操作过程可以分为八个步骤：先从原点开始，接着是下降，在T秒时开始夹紧，夹紧后接着上升，上升后接着右移，在右移T秒后开始上升，上升到一定程度再左移至原点。

在机械手的控制过程中有时为了实际需要还需要注意调试和维护，在调试和维护的过程中应当注意设置手动及自动转换的开关以实现相应的功能。如果转换开关处于手动状态时，通过设置相应的按钮可以实现如下操作，如上升、下降、左右移动以及放松及夹紧的控制过程。如果转换开关处于自动的状态时，这时可以让机械手自动回归原点再展开相应的控制；在这种状态下，当按下机械手的起动状态时，机械手会根据工作的操作程序展开相应的操作。

机械手处于起动状态下，会自动完成接下来的一系列周期动作，这个周期不是循环的，完成一个周期后需要再次按下起动按钮，才能够让机械手重复上述周期操作动作，直到完成后回归原点整个操作过程才算完成。

（2）PLC控制程序的设计

控制程序的重要组成部分主要包括两个方面，一是手动操作，二是自动操作，在自动操作过程中又包括三个部分的操作程序，分别是步进操作、单周期操作和连续操作的程序。

在控制程序的初始状态下，其指令用IST显示，而IST的功能编号又为FNC60，LST的指令与STL的指令同时进行时可以进行多种控制形式的操作，这时可以简化相应的操作程序的设计。

IST作为控制程序的初始状态的相应指令只有一次使用机会，在这种情况下，需要把其设置在控制程序最初开始的位置，而被该指令所控制的相应电路则依次朝后设置。IST指令除了应用于设置控制程序的初始状态外，还对原始位置的条件展开相应的控制。另外，在该指令中，还有S20和S27指令，S20指令的主要作用在于指定最小状态时继电器的元件号，而S27指令的主要作用则在于指定最大状态时继电器的元件号。因此在设置继电器的元件号的过程中应当根据既定的设计的相应顺序来设置。在IST指令中，还有源操作数，可以分别记为X、Y及M，而用X10来表示与控制程序工作相关的输入继电器的首元件。另外，X10还对X10～X026这八个不同的输入继电器展开相应的指令。

在原点位置，传感器在驱动状态下，应注意观察辅助继电器M8044的相应指令是否在原点位置，只有在ON的状态下，机械手的操作程序才被允许转换。一般来说，会把继电器M8000设定指令为FNC60作为控制系统设计的初始状态。当IST指令设置完成后，控制系统的相应控制步骤则会按照顺序相应的程序自动展开。

4 PLC技术的发展前景

众所周知，现在已经进入到信息现代化阶段，随之，机械电气控制装置的发展也越来越成熟。同时，PLC技术也越来越成熟，其应用也特别广泛，特别是在FCS控制系统出台之后，更加把PCL技术的更多的功能投入到机械电气行业之中，这不仅仅突破了常规的DSC控制系统在专用通信网络方面上的控制，而且还实现了在全局化的通信网络方面上的控制。并且，DCS控制系统在结构上也远不及FCS控制系统分布广泛，FCS控制系统主对现场的控制与管理的功能主要是从行星全分布式的整体结构来实现的。从另一方面来说，PLC技术的控制管理特征是越来越趋势于分散化、开放话和数字化的。总之，从未来发展的趋势来说，PLC技术是一个新颖的、全面的、开放的、基层控制系统，同时，PLC技术也向着综合性的发展。PLC技术是一项在机械电气控制装置中不能缺少的新兴热门的技术。