浅谈机械自动化控制中的PLC技术

孙里洪

浅谈机械自动化控制中的PLC技术

孙里洪

（河北东源羊绒制品股份有限公司，河北 石家庄 050071）

随着中国社会经济的不断发展，工业技术也进入到了发展的顶峰时期，并取得了较大的成绩。但是相较于西方发达国家，中国传统工业技术水平还比较落后，科学技术含量无法达到发达国家的水平。在此背景下，相关专业人员需要对PLC技术在机电自动化控制技术中的应用进行分析，尤其是要重视PLC在中国制造业的应用，以PLC技术的有效利用，提升工业生产水平、生产质量和效率，加快中国工业进程发展。

机械自动化；控制技术；PLC；应用

1 前言

近几年来，随着中国社会的快速发展，工业化水平的提升，诸多机电设备也被应用在工业实际生产中。同时，自动化技术的快速发展，也推动了相关技术在机电控制领域的应用，尤其是PLC技术的应用，不仅能够提升机电自动化的整体水平，还能够在很大程度上促进中国工业的经济发展，加快机电设备的生产。所以，对自动化技术在机电控制制造中的实际应用进行分析，具有极为重要的现实意义。

2 PLC技术的相关概述

从本质上来说，PLC技术就是可编程控制器，其自身的计算机技术就是最为基础的表现。PLC技术是在计算机技术的基础上所发展出来的，并且该技术的逐步成熟，为电子自动化创造出了一个专业性较强的自动化控制器。目前，PLC技术已经大量应用在机电自动化控制层面。要实现机电自动化控制，就必须要按照用户的不同需求，根据规定的命令以及操作流程，以保障设备顺利运行为前提，进行实际的处理，并通过软件进行有效的控制。

2.1 PLC技术特点

PLC技术是结合了多种先进科学技术而产生的，该技术不仅有极强的抗干扰的能力，其自身的可靠性，也为自动控制功能的实现提供了保障。与传统控制系统相比，以PLC技术为核心建立的控制系统，能够以更加简洁的方式完成各项操作，技术人员将拥有更多的精力去处理一些自动控制不易解决的难题。在实际应用期间，PLC自动控制系统充分利用了梯形图编程的方式，整个系统的安装与调试相对便捷，操作人员在掌握必要的理论、方法后，只需要通过简单的学习，即可完成各项基本操作。

2.2 PLC技术应用的可行性分析

PLC技术是一种对数字进行运算的电子系统，目前基于PLC技术构建的控制系统，大多是针对中国工业领域所涉及的生产活动，所以需要考虑到的重点问题，就是利用可编程序储存器来实现大量工业生产数据的保存和处理、运算等多种操作指令。除数字运算外，PLC技术还可以通过数字的传输，来实现对工业生产的全过程的控制，从而保障生产质量和生产效率，为工业生产过程控制提供技术支持。机电自动化控制通常包含了继电器控制与PLC控制这两种。在生产实践中，继电器控制的高故障率，让技术人员看到了其在机电控制上的局限性，以继电器控制系统完成机电的自动化控制已经不能满足工业生产需要；与此同时，PLC技术展现出的优势，弥补了继电器控制系统的缺陷。

3 机械自动化技术

3.1 机械自动化的网络化

随着互联网时代的到来，网络得到了极大的发展和普及。这也促使企业的管理和企业机械自动化生产发生了很大的变化，机械设计更加科学合理，各种零部件的制造水平更高。同时，信息全球化可以使得各种机械自动化技术应用互相分享，这为机械自动化这个行业的交流和机械自动化企业提供了很好的学习平台，可以促使工业机械企业得到进一步的发展。

3.2 机械自动化的虚拟化

目前有一种被称为虚拟化的技术被运用与机械自动化技术中。它是通过电子计算机，模拟实际生产过程和检验产品的过程仿真操作系统。有了这个仿真化的作业工程，就可以检验产品的制作工艺是否最佳，优化各种工艺而且可以实现不浪费时间、不浪费原材料、不浪费人力，从而提高生产效率和产品质量。

4 机械自动化控制中的PLC技术应用

在PLC技术的发展初期，其并没有在机电自动化控制中得到大量的应用，该技术能够在机械自动化控制中得以应用是经过了长达十年的发展之后，因为该技术的自身性能和满足机械自动化控制的相关要求后，才被逐渐应用在机械自动化控制中。随着中国PLC技术的日趋成熟，该技术在机电自动化控制中的实际应用也越来越频繁，其重要性也逐渐被凸显，随着先进科学技术的融入，PLC技术在机械自动化控制中的效能被完全展现出来，所以其也保障了中国工业生产的可持续发展。在PLC技术得到大范围推广的同时，该项技术与工业生产实际的良好契合以及技术本身具有的发展前景逐渐得到业内人士的重视。

4.1 PLC技术与空调变频改造

中央空调系统一般由制冷机、冷却水循环系统、风机盘管系统等部分组成，如图1所示。由于技术方面的限制，早期中央空调的水系统主要采用传统的控制方法。应用阶段，中央空调系统的高额用电量以及各类故障的出现，使得不少企业开始探索空调系统的改造技术。从实际情况来看，中央空调PLC的节能现象，在根本上是基于空调水系统热交换循环而产生的，在中央空调的运行过程中，冷却水是一个较为关键的环节，通常而言，中央空调的水流调节方式是通过系统中相关阀门和挡板的开闭来进行控制的，因此会造成大量的电能在这个过程中损失掉，而通过进行PLC变频改造之后，则能够对电能实现节约效果，降低空调能耗。据测算，以传统控制方式进行水系统的控制，在绝大多数时间内，空调系统真正需要的冷负荷要远低于设计值，而水塔风机、冷却水泵等处于满负荷运行状态，由此带来了严重的能源浪费问题。结合运行工况监测结果与中央空调水系统工作原理，有技术人员提出了在原有系统的基础上增加控制单元，通过PLC控制器、变频器、传感器以及温差控制器等元器件的应用，实现变频控制，并最终达到合理控制水系统运行状况的目的。不仅如此，实践表明，在原有继电接触器控制电路的基础上增加变频器控制电机，正常情况下，变频器控制电机的运行状态，整个系统处于节能运行状态，可改善能源浪费问题。

图1 中央空调系统示意图

4.2 PLC与数控加工

数控加工在机械设计制造领域扮演者重要角色，技术本身具备的强大加工能力以及良好的适应性，给其大范围应用奠定了基础。PLC技术在数控机床上的运用原理和流程与常用的PLC差别不大，首先需要通过PLC顺序扫描的方式，对输入端口的数据进行读入和存储；其次，则是在执行阶段以特定的顺序进行扫描，从而读入已经存储的数据，在完成计算之后，进行数据的输出和存储；最后，PLC系统执行完相关命令之后，输出映像寄存区的所有输出继电器的状态，在输出刷新阶段转存到输出存储其中，并以相应的方式进行输出，进而实现对外部负载的有效驱动。从实际效果来看，PLC技术的应用，可简化强电控制线路，提高产品加工精度，增加设备的柔性，保障数控机床的稳定运行。

但与此同时，PLC技术在数控领域的应用仍然需要解决两项关键问题：①提升定位速度与保证定位精度之间的矛盾；②可变参数的在线修改。首先，对于步进电机，其转速与控制脉冲频率呈正相关，一旦电机以低脉冲频率运行，其转速也将处于较低数值，此时数控机床的定位将受到影响。而根据数控机床的性能需求，机床必须兼顾加工的精度与效率，定位速度过慢势必会影响到加工的效率。

4.3 PLC与电梯系统

电梯是一种常见特种设备，其主要任务是完成人或物的垂直运输，起停相对频繁。一般电梯系统可分为升降机装置系统、集选控制系统、电气控制系统、故障检测系统等部分。在上行、下行过程中，控制系统需要对多个指令进行处理，确保其按照预设程序运行。以电梯的选层为例，其功能实现主要依赖于信号的传递、脉冲信号的正确处理，此外，还需引进防乱层技术，自动校正错误参数，对计数混乱问题进行妥善处理。本质上，PLC控制电梯是以CPU微处理器进行运行过程中所需要进行的逻辑运算和数据处理，并利用PLC输出单元进行控制信号的发出，从而实现对电梯的控制。在具体的应用过程中，主要是通过进行与之相应的PLC控制—能见电路的方式，来实现其余外部电路以数据的输入和输出端口进行通信，并通过PLC系统的控制器CPU来进行ROM中机器码的执行，从而有效地进行输入输出数据的处理，最后将已经完成处理的数据利用端口传输到外围电路，达到对电梯自动化控制的目的。PLC控制电梯系统原理示意如图2所示。

图2 PLC控制电梯系统原理示意图

5 结语

在工业化进程下，自动控制装置的研发与应用备受关注，PLC技术于机械自动化控制领域的应用，不仅提升了工业制造的效率与品质，也保障了控制系统的可靠性。与传统控制方式相比，以PLC技术为核心搭建的控制平台具有更加快速的响应速度，能够在满足正常控制需要的前提下，减少整个系统运行的能耗，且操作更加方便，稳定性强。从发展趋势看，PLC技术在机械自动化控制装置中的应用，可建立更加稳定、更具效率的控制系统，为企业带来更大的经济效益。同时，PLC技术与人工智能技术的结合，将为工业生产、制造领域的智能化发展创设条件，助力产业革新。

［1］郭福桂.浅析PLC技术在机械工程自动化中的应用［J］.工程技术（全文版），2016（6）：221.

［2］刘杰，贾宜民，李锋，等.机械自动化控制中PLC技术的应用分析［J］.科技风，2019（12）：140-141.

2095－6835（2021）06－0116－02

TP273

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.06.045

孙里洪（1969—），男，河北张家口人，本科，工程师，研究方向为过程自动化。

〔编辑：丁琳〕