PLC控制系统在自动化设备领域的应用探究

谭华杰

（深圳市华杰盛机械有限公司，广东深圳 518000）

随着科技的发展，PLC 技术快速发展并广泛运用于多种领域，企业在购入复杂的机械设备时，应由设备制造厂商的工作人员进行设备安装配置，确保设备可安全运行。投产后，随着使用时长的增加，设备磨损等多种因素可能会导致设备出现问题。若当设备出现问题时，只能停机等待设备制造厂商的工程师维修设备，这势必会影响工作效率。

1 PLC控制系统的现状

1.1 PLC概述

可编程控制器（PLC）是指微处理器技术、电子继电器控制技术、计算机通信技术、特殊运算处理技术、高处理速度和高度集成化的通用功能模块的组合。与计算机控制不同，采用PLC 的自动控制器可以采用编程语言完成信息运算、逻辑控制和程序设计等功能，然后利用PLC 控制器的I/O 单元、物理总线和物理外设，将由PLC 控制器的计算机处理单元所确定的处理指令收集并转化为执行指令，并通过逻辑程序驱动执行单元实现复杂的高速逻辑控制运算。通过将微分控制、PLC 动作控制等与智能化技术的结合，不仅大幅提高了电气自动化装置的工作效率，也同时推动了智能化装置的发展。

PLC 技术广泛应用于家电、航空、医疗、印染、食品包装等行业，促进了我国自动化产业的蓬勃发展。随着国产微电子技术的迅速发展，逐步将国产PLC技术应用于生产电气自动控制。PLC 技术具有可迅速检测的使用优点，能组建复杂电气系统，安全性较好，能在复杂的条件下稳定运行，可迅速处理误差问题，通过使用在以太网和路由设备上的分布式网络系统的能力，轻易实现对集成测控网络的监测。PLC 广泛应用可以减少企业管理成本，提升电气自动化行业的管理质量，达到平稳运营的目的。

1.2 PLC技术类型解析

现场总线控制系统（FCS）的重要功能是实现机电设备的智能化和自动化，FCS 密钥统一数值模型，利用多节点通信技术建立数字设备的内部环境。FCS的主要功用是使设备之间形成良好的网络服务关系，为机械设备的现代化生产提供基础，从而提升机械设备的生产效率。

分散控制系统（DCS）的功能是分散管理，将现场控制站等控制系统接入专用系统，将计算机技术与控制技术相结合，实现分散控制和集中控制技术，信息的集中有利于生产过程的实时调整和控制。DCS的主要目的是消除和散设备中的危害，集中管理，实现对机电设备的有效监控。DCS 主要由控制系统、显示装置和通信总线组成。通信总线是连接控制单元和显示单元，采用信息管理技术、自动控制技术和通信技术进行统一调度管理，将生产部控制中心和监控站接入专用网络。

1.3 PLC变频控制器

PLC 变频控制器采用现场总线技术模式代替常规模拟技术进行控制逆变器，将频率连接到profibus-DP 总线。利用实时性和稳定的数据传输机制，数据传输格式选择新的ppc-3数据段，波特率为387.5kb/s。系统进行新型优化：①利用很简单的布线方式，需要屏蔽中心的双绞线，同时还需要其他方法为了减少维修作业；②所提供的稳定性避免信号引起的抖动，由于是电磁和其他许多因素，所以与系统速度更可靠；③作为速度设定而使用开关值的系统相比，速度设定从离散值变更到连续值，容量选择需要用到频率转换器而且极为重要。对于负载、间歇负载、极间负载，额定电流较大，选择逆变器的容量也需要重视。频率转换器需要依靠最大工作电流来选择。根据异步电动机的实际动作中的最大电流选择频率转换器，综合研究了同样的频率转换器和售后服务的性能和价格比较后，选定了三菱企业的fr-e700和fr-a700系列频率转换器。另外，在频率转换器的选择中，选择3个频率转换器进行控制的理由是，当单独的频率转换器用于控制电机时，驱动可以同时在不同的方向上移动。如果使用一个频率转换器来控制3个电机，则驱动可以在不同的方向上移动。而且，减少了驱动的工作效率，在变频器和马达系列中，电容器常常关闭。

1.4 PLC在电气自动化控制中的优势

加速机械和电子的传输，PLC 技术、计算机技术和自动化技术的结合不仅功耗低，而且质量好，工作正常，这可以通过电气控制不断改进。PLC 技术具有预算数据和数据处理功能，适用于各种电气系统，适当处理各种电气控制系统的数据，优化机械生产工艺，有效地满足机器进度的某些要求。

2 PLC在自动化设备领域的应用

2.1 电气自动化控制中的应用

自动生产线的电气自动控制策略基于产品装配或加工过程、变速器控制要求、制造过程管理和控制要求流程。在自动生产线的计算过程中，根据相关的控制程序和控制顺序，考虑到成本和运行效果之间的关系，根据设计图纸，选择PLC 技术作为顺序控制系统，在正常情况下可以有效地解决这一问题。工业自动化过程模拟PLC 的PID 控制必须控制压力、电流、电压和温度。用PLC 采用模拟控制单元进行处理，识别数据将被分离。从0～65535的字节数由端口O 采集，4.20 Ma 或0.5 V 的模拟量由电路单元a、D 和D 转换，以计算数字大小和模拟大小之间的对应关系，调整分辨率，将采集数和分辨率的乘积为输入或输出参数，再采用运算转换为实际数值，并将其存储至指定注册表中的指定位置。当形成预定偏差值后，再进行PID 过程，从而将PLC 的端口控制至输出。因此通常，在自动控制器有模拟控制和切换功能的需要下，采用模拟控制器单元和PLC 的经济优势优于采用特定的PID 控制器单元。同时，运用这种方法还能够显著的改善系统资源的综合效率，以及控制系统组件的工作能力。当应用PLC 方法实现动态控制系统时，控制目标通常包括直流伺服电机、永磁铁交流伺服电机，以及步进电机等。在控制系统原理的指引下，工业电气自动控制系统的运动控制设备主要分为标准计算机总线、嵌入式运动控制器以及采用PLC 的工业运动控制器。目前，PLC 运动控制器主要广泛应用在制造业自动化领域。PLC 运动控制器通过运动控制参数规划运动模式，并对运动模式进行数学计算。计算结果是PLC 脉冲控制程序的重要组成部分。最后，通过脉冲电路输出方式驱动步进电机或伺服电机，使执行机沿直线方向转动，从而完成单轴运动，从而解决了多轴变速控制问题。

2.2 在目标指向系统中的运用

企业常用的是N80系列国产PLC 的小型工业自动化PLC，整个PLC 系统分为标准启动模块、混合启动模块和扩展模块。N80系列PLC 技术可以有效地控硬件结构，高效地完成目标输出、高速定位、系统组态设计与管理等功能。目标控制系统的基本工作机理与构造是，目标控制系统首先通过线性的轨道运动机构给点源目标，产生自动变化的放射性强度，然后产生自动闭环控制系统。还有各种目标监控装置，包括电子工控机、PLC 控制系统、辐射源控制子系统、激光传感投影控制系统、目标位置标志与指示子系统，以及直接控制。系统结构框图如图1所示。控制器的设计选择了将上位机与下位机结合起来的控制方法，首先上位机为工业计算机。经过线性运算的控制指令被发送至变送器。然后，下位机再通过向下位机器所接收到的工作状态反馈信号解算控制指令，从而驱动执行器实现内插动作，并使用了国外公司的PLC N80反馈状态信号。在运动单元的设计中，可以首先得到了显示系统和被检测部件之间的定位关系。预定控制系统主要处理了在目标光学系统与检测元件之间，调整并对准光轴方向平行的问题。运动单元主要由n80-m48dt 型PLC 控制器、步进电机控制器、执行电动机、空间位移测量、距离角检测系统和控制软件构成。线性运动与目标检测元件之间的空间位移都出现了改变。当测量装置与X 轴和Y 轴之间的距离设定且Z 轴之间的距离改变时，必须调节光学系统的光轴方位和高度。为此，有必要设置一个校正机构，利用在显示装置的运动线上的位置标记的方位和高度，来调节光学系统的光轴。光学系统光轴的空间方向功能通常由PLC 控制单元完成。通过设置，控制系统的主要技术指标，速率：每秒0.1；位精度：±0.02°，位偏差占位符≤0.1°等。频率控制器的设计，具有数字PID 控制器、内部模块可编程、外界影响较小、控制精度高等的优点。根据程序配置，DC e5v 的脉冲电压也可以通过变频率控制器实现控制，固态继电器（SSR）的触发控制端可以实现控制。也能够通过频率连接。此时，散热器启动工作，可以利用高精度PT100温度传感器检测散热片温度，反馈的温度和电流等信息，并将其和PLC 的内部温度参数加以对比，可以判断二者的温度区别。另外，可以确定用于温度控制固态继电器（SSR）输出电流的频率范围，并建立了闭合温度控制。根据温度控制范围为25～50℃，采用基于PLC 的自调整PID 控制方式，实现5℃H的稳定温度控制。测试软件有一个标准的Windows风格的视觉界面。主要有：显示区和控制区。菜单栏、工具栏和运动控制面板提供对象捕获控制，以执行一系列控制显示，在测试期间捕获图像和调整相机位置。此外，面板向以下计算机发送控制命令，以接收来自以下计算机的状态报告。测试软件界面美观，操作方便。

图2 系统结构框图

3 结束语

将PCL 控制应用于电气设备的自动控制后，FCS系统和DCS 适用于不同的条件和环境，节省了许多原始复杂的继电器逻辑，改进了机构，节省了成本和人力。这是为了提高电子控制的鲁棒性，实现控制系统的正常工作。另外，PLC 的应用与维修也非常简单。具有电气专业基础知识的技术人员能够进行正常运用与维修，它提供了PLC 仿真控制系统的诸多优势与特色。现阶段，电力智能化设备虽然发展得很快，但同时也面临着不少弊端。而PLC 控制技术的广泛应用则极大改变了这一问题，不但保障了工业机械设备的安全平稳工作，同时也极大地提高了控制系统效能。在未来，PLC 技术还将具有更大的发展空间和应用前景。同时电力智能化技术也将日益多地运用到现代科学技术中。因此对于提升制造业智能化程度，还必须开展更广泛的应用研究。