鐘峰

（懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 懷化 418000）

PLC技術(shù)在機(jī)械開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

鐘峰

（懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 懷化 418000）

由數(shù)字方式來(lái)完成操作的可編程邏輯控制器在工業(yè)控制系統(tǒng)中已顯示出其無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì),本文分析了PLC技術(shù)不僅可取代繼電器控制系統(tǒng)，還可進(jìn)行復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程控制和應(yīng)用于工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。其應(yīng)用的高可靠性和簡(jiǎn)潔性保障了機(jī)械開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

可編程控制器；機(jī)械；控制系統(tǒng)；自動(dòng)化

1 PLC及其概述

PLC是可編程邏輯控制器的簡(jiǎn)稱，它以微處理器為核心，具有控制功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)。它不僅可以取代繼電器控制系統(tǒng)，還可以進(jìn)行復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程控制和應(yīng)用于工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。與其它工業(yè)控制裝置相比具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

(1)控制方式靈活。在傳統(tǒng)工業(yè)控制裝置中繼電器的控制大多采用硬件接線方式，主要利用其機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合形成控制邏輯。其連線方式多而復(fù)雜，且體積和功耗都較大。而PLC采用存儲(chǔ)邏輯方式，將控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中。只需要改變其程序即可達(dá)到改變控制邏輯的目的。

(2)控制速度快。傳統(tǒng)繼電器控制邏輯主要依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，其工作頻率低，開(kāi)合動(dòng)作一般要用幾十毫秒。PLC由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，速度較快，且不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)等問(wèn)題。

(3)延時(shí)控制準(zhǔn)確。PLC采用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生。與靠時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制效果的繼電器控制系統(tǒng)比較，不易受環(huán)境溫度和濕度的影響，精度很高。

(4)實(shí)施周期短。用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)一項(xiàng)工程的控制，由于其設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試等必須依次進(jìn)行，所以周期往往較長(zhǎng)，且修改困難。而若用PLC來(lái)實(shí)施，在完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，施工與控制邏輯的設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，所以其周期較短，且修改方便。

(5)可靠性和可維護(hù)性強(qiáng)。由于繼電器控制系統(tǒng)采用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。其觸點(diǎn)的開(kāi)合也會(huì)受到電弧的損壞，還有機(jī)械磨損，因而壽命較短，可靠性和可維護(hù)性都差。PLC則采用了微電子技術(shù)，用大量無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)合動(dòng)作，其可靠性和維護(hù)性都較強(qiáng)。

2 PLC在控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)原則

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試等幾個(gè)方面。結(jié)合PLC控制系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要遵循以下幾點(diǎn)原則：

(1)充分原則。充分發(fā)揮PLC的控制功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制需求，這是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提。這就要求設(shè)計(jì)人員必須在設(shè)計(jì)前認(rèn)真分析生產(chǎn)工藝，掌握控制對(duì)象的基本情況與需求，并收集整理國(guó)內(nèi)外相關(guān)先進(jìn)的技術(shù)資料，擬定控制方案。

(2)簡(jiǎn)潔原則。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中工程的效益和成本都是該考慮的基礎(chǔ)問(wèn)題。這也要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用，又要保障其維護(hù)方便、成本低廉，不能盲目追求其自動(dòng)化的高指標(biāo)和高成本。

(3)安全性原則。系統(tǒng)的安全性是任何一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的核心要求。在方案選擇、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程中都要充分考慮最成熟、合理的技術(shù)，以確?？刂葡到y(tǒng)在正常情況下有效運(yùn)行的安全與可靠。同時(shí)還要考慮到斷電、按錯(cuò)按鈕等突發(fā)意外情況。

(4)可擴(kuò)展性原則?？紤]到生產(chǎn)發(fā)展和工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)，因此在選用設(shè)計(jì)PLC方案時(shí)，不論在I/O點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量等問(wèn)題上都要適當(dāng)考慮留有余地。

3 PLC在機(jī)械開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于PLC的高可靠性和應(yīng)用簡(jiǎn)潔性，使其能廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中，特別是在I/O開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，更顯示出了它的優(yōu)越性。

(1)確定I/O開(kāi)關(guān)量的點(diǎn)數(shù)。由于PLC的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，它主要通過(guò)I/O接口來(lái)與生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)聯(lián)系。所以，一定要首先根據(jù)工藝控制條件對(duì)I/O開(kāi)關(guān)量的要求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在確定量的基礎(chǔ)上預(yù)留出至少15%-20%的余量。同時(shí)，為了保證在緊急情況下(包括PLC發(fā)生故障時(shí))，能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源，所以可以設(shè)置一個(gè)交流接觸器KM。

(2)確定PLC存儲(chǔ)器的容量。PLC的存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)，一般有內(nèi)置式和外插式兩類(lèi)，存儲(chǔ)器容量選擇按如下方式進(jìn)行估算[2]：存儲(chǔ)器容量(指令字)=數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)×10+模擬量I/O點(diǎn)數(shù)×25+特殊量I/O點(diǎn)數(shù)×100。

(3)程序的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)械式自動(dòng)控制裝置大多具有單步、單周期、連續(xù)和回位等主要工作方式，一般用開(kāi)關(guān)SA進(jìn)行選擇。在程序的總體設(shè)計(jì)上，我們也可分為公用程序、自動(dòng)程序、手動(dòng)程序和回位程序等幾部分。其中自動(dòng)程序可包括單步、單周期和連續(xù)工作的程序。效果如圖1所示。

圖1 程序總體結(jié)構(gòu)圖

(4)各部分程序設(shè)計(jì)

A、公用程序。主要用于自動(dòng)程序和手動(dòng)程序相互切換的處理。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式時(shí)必須將初始步以外的各步對(duì)應(yīng)輔助繼電器復(fù)位，同時(shí)將表示連續(xù)工作狀態(tài)的繼電器復(fù)位，以避免出現(xiàn)可能同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)步的異常情況出現(xiàn)。效果如圖2所示。

圖2 公用程序

B、手動(dòng)程序。要根據(jù)設(shè)計(jì)需要將手動(dòng)控制對(duì)應(yīng)的按鈕一一規(guī)劃。為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，有時(shí)還要設(shè)置一些必要的聯(lián)鎖。如機(jī)械上行、下行與左右移動(dòng)之間的互鎖，上行、下行與左行、右行之間的限位等。

C、自動(dòng)程序。使用通用指令的編程方式設(shè)計(jì)出的自動(dòng)程序也可采用其它的編程方式進(jìn)行編程，只要能滿足總體設(shè)計(jì)需求即可。系統(tǒng)工作在連續(xù)、單周期(非單步)工作時(shí)，某些按鈕的常閉觸點(diǎn)接通，使相關(guān)繼電器處于ON狀態(tài)，串聯(lián)在各部電路中的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。

D、回位程序。在回位程序工作方式下，按下回位啟動(dòng)按鈕，回位控制繼電器狀態(tài)打開(kāi)后，機(jī)械的其它控制位將停止工作或回到上限位，達(dá)到原點(diǎn)復(fù)位條件。此時(shí)在公用程序中的初始步被置位，為進(jìn)入單周期、連續(xù)或單步工作方式做好準(zhǔn)備。

(5)程序綜合與模擬調(diào)試

由于在分部分程序設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了各部分之間的相互關(guān)系，因此只要將公用程序、手動(dòng)程序、自動(dòng)程序和回位程序按照機(jī)械程序的總體結(jié)構(gòu)綜合起來(lái)即可完成相應(yīng)機(jī)械控制系統(tǒng)的PLC程序。模擬調(diào)試時(shí)各部分程序可先分別調(diào)試，然后再進(jìn)行全部程序的調(diào)試，也可直接進(jìn)行全部程序的調(diào)試工作。PLC在機(jī)械開(kāi)關(guān)量控制中的參量可如下表所示。

表1 開(kāi)關(guān)量控制參量

4 結(jié)束語(yǔ)

為充分實(shí)現(xiàn)可編程控制器在機(jī)械應(yīng)用控制中的強(qiáng)大功能，還需對(duì)可編程控制器所控制的對(duì)象有全面的了解。雖說(shuō)PLC技術(shù)在機(jī)械控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，并且已發(fā)揮著不可替代的作用，但是目前仍然還存在著一些需要解決的問(wèn)題，這也要求我們繼續(xù)不斷學(xué)習(xí)最先進(jìn)的可編程控制技術(shù)，讓其在機(jī)械系統(tǒng)中的價(jià)值得到最大化的體現(xiàn)。

[1]徐德．可編程序控制器(可編程控制器)應(yīng)用技術(shù)[M]．濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社．2005．

[2]張桂香，張志軍．PLC的選型與系統(tǒng)配置[J]．微計(jì)算機(jī)信息，2005，21．

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[4]鄭文波．網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與控制系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新[J]．測(cè)控技術(shù)，2006，9．

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TheApplication of PLC in Mechanical Switch Quantity Control System

Zhong Feng
(Vocational and Technical College of Huaihua,Huaihua 418000,Hunan)

Digital programmable logic controller shows its unique advantages in industry control.This paper analyzes that the PLC technology not only can replace the relay control system,but also can complete complex production process control and be applied to factory automation network.The application of high reliability and simplicity ensures the implementation of mechanical switch quantity control system.

programmable controller;mechanics;control system;automation

TP241

：A

：1008-66609(2015)04-0063-03

鐘峰，男，湖南沅陵人，講師，工程師。研究方向:應(yīng)用電子，嵌入式技術(shù)，通信技術(shù)。