海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū) 唐元恒 張 玎 王占勇 劉振崗

PLC技術(shù)及其在機(jī)械電氣控制裝置中的分析

海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū) 唐元恒 張 玎 王占勇 劉振崗

計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為機(jī)械生產(chǎn)加工方式的改革創(chuàng)新提供了技術(shù)支撐，機(jī)電一體化已經(jīng)成為機(jī)械電氣控制系統(tǒng)必然發(fā)展方向。作為機(jī)電一體化中的核心技術(shù)，PLC技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，在提高機(jī)械電氣控制裝置工作性能和運(yùn)行能力方面，發(fā)揮著不可替代的作用。通過對(duì)PLC技術(shù)在及其在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用加以分析，可以確保其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的有效發(fā)揮，對(duì)推動(dòng)我國機(jī)電一體化發(fā)展和進(jìn)步意義重大。

PLC技術(shù)；機(jī)械電氣控制裝置；FCS；DCS；設(shè)計(jì)應(yīng)用

傳統(tǒng)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平較低，不僅無法保證系統(tǒng)控制的精準(zhǔn)化，影響機(jī)械生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，而且還需要大量的人力資源人工操作控制系統(tǒng)，人類工作強(qiáng)度較大。將PLC技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械電氣控制裝置中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)，對(duì)于提高系統(tǒng)控制水平和控制力度是非常重要的，加快了機(jī)械電子控制技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。并且，隨著對(duì)PLC技術(shù)研究的不斷深入，該項(xiàng)技術(shù)變得越來越成熟，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于整個(gè)機(jī)械電氣控制領(lǐng)域，其實(shí)用價(jià)值得到了充分體現(xiàn)。

1.PLC技術(shù)簡要介紹

要想實(shí)現(xiàn)PLC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的有效利用，確保其應(yīng)用價(jià)值的充分發(fā)揮，就需要先了解其基本組成以及主要特點(diǎn)。

1.1 PLC結(jié)構(gòu)組成

PLC的中文名稱為可編輯邏輯控制器，其實(shí)質(zhì)是一種計(jì)算機(jī)，通過在可編程存儲(chǔ)器中設(shè)定運(yùn)行程序和運(yùn)算邏輯，能夠自動(dòng)完成數(shù)據(jù)信號(hào)的采集、傳輸、分析，然后根據(jù)用戶發(fā)出的指令，對(duì)機(jī)械運(yùn)行方式和工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而完成整個(gè)生產(chǎn)加工過程。PLC結(jié)構(gòu)組成主要包括電源、中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊等幾部分，在這幾部分的相互配合下，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部連接設(shè)備的控制。

1.2 PLC技術(shù)特點(diǎn)

PLC技術(shù)優(yōu)點(diǎn)眾多，首先，可編程邏輯控制器的質(zhì)量較輕、體系較小，使用和維修都比較方便，而且還能夠根據(jù)機(jī)械特點(diǎn)，對(duì)邏輯編程進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)與不同類型系統(tǒng)的良好對(duì)接，適用范圍較廣。其次，可編程邏輯器功能強(qiáng)大、性能優(yōu)良，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)較為復(fù)雜系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，性能價(jià)格比要優(yōu)于繼電器。另外，PLC是借助計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制的，所用到的硬件元件數(shù)量較少，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，大大減少了系統(tǒng)運(yùn)行故障現(xiàn)象，運(yùn)行穩(wěn)定性較強(qiáng)。PLC技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn)，使得其在機(jī)械電氣控制裝置中具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[1]。

2.PLC技術(shù)在機(jī)械電力控制裝置中的應(yīng)用類型

根據(jù)控制技術(shù)特點(diǎn)的不同，可以將PLC技術(shù)在機(jī)械電力控制裝置中的應(yīng)用類型分為兩種，包括集中式控制系統(tǒng)和分布式控制系統(tǒng)兩種，要想實(shí)現(xiàn)PLC技術(shù)的有效應(yīng)用，需要對(duì)兩種應(yīng)用類型進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 集中式控制系統(tǒng)

集中式控制系統(tǒng)又叫做現(xiàn)場(chǎng)總線型控制系統(tǒng)，英文名稱簡稱為FCS，通過利用通信技術(shù)，將系統(tǒng)中組成中的所有硬件設(shè)施及軟件系統(tǒng)加以有效連接，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，能夠時(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)情況，進(jìn)而加以有效控制。FCS具有較高的開放程度，并且可以實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)操作，是當(dāng)前機(jī)械電氣控制中比較常見的系統(tǒng)形式?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、通信網(wǎng)絡(luò)及通信節(jié)點(diǎn)，都是FCS系統(tǒng)中的重要組成，在設(shè)計(jì)應(yīng)用FCS系統(tǒng)時(shí)，需要嚴(yán)格遵循總線標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)各種數(shù)字化智能設(shè)備加以科學(xué)配置，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息的采集、傳輸及處理。

2.2 分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)又叫做集散型控制系統(tǒng)，英文名稱簡稱為DCS，是從集中式控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。分布式控制系統(tǒng)通過構(gòu)建完善、全面的通信網(wǎng)絡(luò)，將所有設(shè)備及監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)加以連接，在管理中心對(duì)所有信息進(jìn)行統(tǒng)一處理，然后再根據(jù)各個(gè)設(shè)備的實(shí)際工作情況，結(jié)合信息處理結(jié)果，將運(yùn)行質(zhì)量反饋傳遞到各個(gè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的單獨(dú)控制，既能夠保證信息處理的高度集中化，又可以加強(qiáng)對(duì)所有運(yùn)行環(huán)節(jié)的管理力度，系統(tǒng)控制性能更加穩(wěn)定、可靠。DCS系統(tǒng)組成主要包括三個(gè)層級(jí)，分別為過程級(jí)、操作級(jí)和管理級(jí)，系統(tǒng)控制功能的發(fā)揮，需要依靠過程級(jí)來實(shí)現(xiàn)，包括過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場(chǎng)儀表等幾部分；而操作級(jí)的主要作用是，通過可視化操作界面完成具體操作動(dòng)作；管理級(jí)主要是指工廠管理信息系統(tǒng)，是DCS系統(tǒng)中更為先進(jìn)的技術(shù)。

3.PLC技術(shù)在機(jī)械電力控制裝置中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

在機(jī)械電力控制裝置中應(yīng)用PLC技術(shù)時(shí)，需要詳細(xì)的分析，才能確定最佳應(yīng)用方案，對(duì)系統(tǒng)起到更好的控制作用，確保PLC技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮。

3.1 科學(xué)選擇PLC技術(shù)應(yīng)用類型

因?yàn)镻LC技術(shù)包括FCS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)兩種應(yīng)用類型，兩種應(yīng)用類型有著不同的特點(diǎn)，適用范圍也存在一定的區(qū)別，所以，在機(jī)械電力控制裝置中應(yīng)用PLC技術(shù)時(shí)，需要選擇最為合適的一種應(yīng)用類型，進(jìn)而才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期應(yīng)用效果。在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)先對(duì)機(jī)械電力控制裝置的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行全面分析，明確系統(tǒng)控制具體需求，對(duì)PLC技術(shù)兩種應(yīng)用類型的具體應(yīng)用效果進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。然后在從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用成本、操作和維護(hù)難度、電能消耗情況等進(jìn)行綜合對(duì)比，選擇最為合適的一種?？傮w來說，F(xiàn)CS系統(tǒng)相比于DCS系統(tǒng)，在各方面都具有一定的優(yōu)勢(shì)，所以，F(xiàn)CS系統(tǒng)在機(jī)械電力控制裝置中的應(yīng)用更加廣泛。

3.2 深入分析PLC技術(shù)原理圖

在確定具體的應(yīng)用類型之后，就需要對(duì)其技術(shù)原理圖進(jìn)行全面、細(xì)致的分析。首先，需要將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖在圖紙上繪制出來，熟悉所有系統(tǒng)中所有設(shè)備及控制元件等裝置，并對(duì)工作原理及工作流程加以詳細(xì)描述，明確機(jī)械電力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。其次，結(jié)合機(jī)械電力裝置運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)考慮，注意系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的各處細(xì)節(jié)問題，制定科學(xué)設(shè)計(jì)方案，將不滿足控制需求，或者不符合實(shí)際情況的環(huán)節(jié)加以排除。最后，還需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行多次檢查核對(duì)，找出設(shè)計(jì)不合理的地方并加以調(diào)整修正，確保設(shè)計(jì)原理的科學(xué)性，提高設(shè)計(jì)方案的可操作性。

3.3 科學(xué)選擇系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)

系統(tǒng)技術(shù)的選擇與設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)PLC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中有效應(yīng)用的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)也是最為重要一步工作。只有選擇最為合適的系統(tǒng)技術(shù)，并嚴(yán)格按照系統(tǒng)原理圖及設(shè)計(jì)方案開展設(shè)計(jì)工作，才能確保控制系統(tǒng)工作性能的良好性，使機(jī)械電氣控制水平得到實(shí)質(zhì)性提高。

3.4 PLC技術(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

為了解PLC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的具體應(yīng)用，以選煤控制系統(tǒng)為例對(duì)其進(jìn)行分析。煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)主要由進(jìn)料系統(tǒng)和配料系統(tǒng)兩部分組成，其中配料系統(tǒng)的主要功能是對(duì)原料進(jìn)行篩選分類。為提高原料篩選分類效率和精準(zhǔn)度，可以在配料系統(tǒng)中應(yīng)用PLC技術(shù)，通過在系統(tǒng)中裝設(shè)PLC主機(jī)，對(duì)個(gè)系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的收集，然后再將得到的數(shù)據(jù)反饋傳輸?shù)絇LC主機(jī)上，利用CPU對(duì)信息進(jìn)行處理以及整合，再通過主機(jī)對(duì)構(gòu)成所有構(gòu)成集控系統(tǒng)的子系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化、科學(xué)化的進(jìn)行選煤工作。

4.結(jié)束語

機(jī)械生產(chǎn)加工控制要求的不斷提高，以及數(shù)字技術(shù)的不斷成熟和完善，都促進(jìn)了PLC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的廣泛應(yīng)用，機(jī)電一體化已經(jīng)成為機(jī)械生產(chǎn)加工的必然發(fā)展趨勢(shì)。通過對(duì)PLC技術(shù)的應(yīng)用類型，以及具體應(yīng)用策略進(jìn)行分析，可以為該項(xiàng)技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的有效應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)，對(duì)于其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值的充分發(fā)揮具有重要意義，可以有效改善機(jī)械電氣控制裝置的工作性能，增強(qiáng)對(duì)機(jī)械生產(chǎn)加工的控制力度。

[1]王均斌.PLC技術(shù)在機(jī)械電氣控制裝置中的應(yīng)用分析[J].山東工業(yè)技術(shù),2015(15:259-259.