王秀鋼

［摘 要］機械自動化控制是工業(yè)高速發(fā)展的要求，機械自動化控制不僅可以提高機械生產(chǎn)的效率，還能提高機械生產(chǎn)的安全性。在機械自動化發(fā)展過程中，控制單元過少、自動化功能簡單是一直困擾機械自動化控制行業(yè)的問題。PLC控制技術(shù)具備操作簡單、適用性強以及可實現(xiàn)復(fù)雜功能等優(yōu)點，在機械自動化控制中應(yīng)用，可以解決機械自動化控制中存在的問題?，F(xiàn)階段，PLC控制技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于機械自動化控制中，推動了機械自動化控制的發(fā)展。本文分析了PLC控制技術(shù)的內(nèi)容、工作原理和應(yīng)用優(yōu)勢，在此基礎(chǔ)上，剖析了PLC控制技術(shù)在機械自動化控制中的具體應(yīng)用。

［關(guān)鍵詞］PLC控制技術(shù)；機械自動化控制；應(yīng)用

［中圖分類號］TP2文獻標(biāo)志碼：A

將PLC控制技術(shù)應(yīng)用于機械自動化控制中，可以實現(xiàn)對機械整體運行過程的動態(tài)管理，PLC控制技術(shù)對機械運行的數(shù)據(jù)進行采樣、分析，然后輸出程序，控制機械的運行方式。當(dāng)機械的輸入條件發(fā)生改變時，PLC技術(shù)可以自動刷新輸出，從而達到自動控制機械運行的功能。隨著PLC自動控制技術(shù)的發(fā)展和在機械自動化控制中的進一步加強，目前的機械自動化控制已經(jīng)實現(xiàn)了高效率、低能耗、高精度的制造能力。

1 PLC控制技術(shù)概述及其原理

1.1 PLC控制技術(shù)概述

PLC是一種數(shù)字運算控制器，具有存儲和執(zhí)行控制指令的功能。PLC通常包含CPU、內(nèi)存、輸入接口、輸出接口、轉(zhuǎn)換器等模塊。最早的PLC只能實現(xiàn)邏輯控制的功能，隨著自動化技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，如今的PLC控制系統(tǒng)已經(jīng)可以實現(xiàn)時間控制、 模擬控制、多機協(xié)同控制等功能，在機械自動化控制中得到了進一步的運用。

1.2 PLC控制技術(shù)的原理

PLC控制技術(shù)采用循環(huán)掃描的工作原理，用戶程序按順序存儲在PLC中，處理器從第一個命令開始執(zhí)行程序，與最終機制相遇后返回第一個程序，完成一次循環(huán)掃描。在PLC的掃描過程中，核心是程序的輸入、執(zhí)行及輸出這三個階段，內(nèi)部處理和通信則是程序運行過程的助力，也是PLC掃描過程必不可少的兩個階段，PLC按照順序執(zhí)行這五個階段命令所花費的時間，就是一個掃描周期。PLC有停止和工作兩種狀態(tài)，只有在工作狀態(tài)下，PLC才會執(zhí)行按順序循環(huán)掃描的指令；在停止?fàn)顟B(tài)下，PLC只執(zhí)行內(nèi)部處理和通信的指令。輸入抽樣是PLC工作的第一階段，在輸入抽樣中，PLC將序列讀取系統(tǒng)所有端口的一般狀態(tài)，并將讀取的數(shù)據(jù)存儲到輸入顯示存儲器中［1］。第二階段是方案執(zhí)行階段，在程序運行期間，輸入顯示寄存器不接收外部的信息，在這個階段，即使輸入信號發(fā)生了變化，映射寄存器的內(nèi)容也保持不變，只有在下一個掃描周期才能讀取信息。第三個階段是程序執(zhí)行，PLC根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)PLC圖掃描原理，按從左到右然后往下的順序掃描，當(dāng)用戶程序處于I/O狀態(tài)時，PLC將讀取上一階段顯示寄存器中輸入端口的狀態(tài)，然后讀取輸出寄存器中對應(yīng)的顯示寄存器，遵循一定的邏輯對用戶輸入的程序進行計算，并將結(jié)果放入相應(yīng)設(shè)備的寄存器中，在程序執(zhí)行過程中，設(shè)備顯示的內(nèi)容也會隨之更改。最后一個階段是輸出處理，程序執(zhí)行完成后，將程序執(zhí)行的結(jié)果轉(zhuǎn)化為信號傳輸?shù)叫枰刂频脑O(shè)備上，實現(xiàn)對設(shè)備的控制。

2 在機械自動化控制中運用PLC控制技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 操作方便靈活

PLC具有良好的靈活性，特別是模塊式的PLC。模塊式PLC主要由CPU模塊、輸入/輸出模塊、能源模塊和具體的功能模塊組成。在機械自動化控制系統(tǒng)中運用模塊式PLC，可以根據(jù)系統(tǒng)不同的需求選用不同功能的PLC，對機械自動化控制系統(tǒng)的功能擴展有著重要的作用。不僅如此，模塊式的PLC還具備裝配方便、操作靈活的特點。

2.2 可以實現(xiàn)更為復(fù)雜的功能

在機械自動化控制系統(tǒng)中運用PLC控制技術(shù)，可以實時采集機械自動化系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行整理分析，提前識別機械運行異常，保證機械能夠持續(xù)有序地運行。此外，PLC還可以采集機械自動化系統(tǒng)運行期間的圖片或是視頻，并將相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷敵鲲@示器中，技術(shù)人員根據(jù)圖片或是視頻，可以直觀地了解和分析機械自動化系統(tǒng)的運行情況，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，技術(shù)人員可以調(diào)整機械自動化系統(tǒng)運行的參數(shù)，確保系統(tǒng)能夠運行順暢。此外，PLC具備良好的抗干擾性能，將這一性能運用到機械自動化控制系統(tǒng)中，可以降低外部因素對機械自動化系統(tǒng)運行的影響，提高機械設(shè)備運行的穩(wěn)定性［2］。

2.3 具有良好的適用性

PLC控制技術(shù)的適用性特點包括以下四個方面。第一，單機控制，常被用于一些功能簡單的機械自動化控制系統(tǒng)中，單機控制系統(tǒng)不需要與其它設(shè)備協(xié)同控制。第二，集中控制，適用于需要協(xié)同控制多個對象的機械自動化控制系統(tǒng)，由同一臺PLC完成對多個對象的控制。第三，遠程I/O控制，該系統(tǒng)主要用于龐大的機械自動化控制系統(tǒng)中，龐大的機械設(shè)備需要控制的對象多且分散。第四，分布式PLC控制系統(tǒng)主要用于多對象控制系統(tǒng)中，分布式PLC控制系統(tǒng)由多個PLC組成，PLC之間通過網(wǎng)絡(luò)進行連接，每臺PLC控制一個或相對集中的幾個對象，PLC和控制對象之間組成一個相對獨立的單元，網(wǎng)絡(luò)將這些單元連接在一起，構(gòu)成機械自動化控制的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這些單元可以由統(tǒng)一的控制中心管理或是調(diào)度。在機械自動化系統(tǒng)中，一些大型的自動化生產(chǎn)線或是柔性加工系統(tǒng)常會用到這種控制技術(shù)。

3 機械自動化控制的其他系統(tǒng)

在機械自動化控制系統(tǒng)中，除了PLC系統(tǒng)，常用的還有DCS控制系統(tǒng)和FCS控制系統(tǒng)。

3.1 DCS控制系統(tǒng)

DCS是一種集散型的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以分散控制自動化系統(tǒng)中的風(fēng)險元素，達到降低風(fēng)險、提高系統(tǒng)設(shè)備運行穩(wěn)定性的目的。DCS控制系統(tǒng)主要運用了PLC混合技術(shù)，將PLC控制技術(shù)和計算機技術(shù)結(jié)合在一起，收集設(shè)備運行的各項參數(shù)，并對數(shù)據(jù)進行整合與分析，通過數(shù)據(jù)判斷設(shè)備的運行狀態(tài)，然后對設(shè)備發(fā)布指令，調(diào)整設(shè)備的運行狀態(tài)，使設(shè)備始終處于最佳的運行狀態(tài)中，降低故障發(fā)生的概率。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，DCS系統(tǒng)的分散控制技術(shù)可以對設(shè)備故障的發(fā)生點進行快速定位，并對故障的原因進行初步的分析，方便技術(shù)人員技術(shù)處理故障，降低對設(shè)備運行的影響。

3.2 FCS控制系統(tǒng)

FCS控制系統(tǒng)是一種現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有雙向性的特點，控制現(xiàn)場的設(shè)備之間可以實現(xiàn)雙向數(shù)字通信。數(shù)字智能裝置是FSC控制系統(tǒng)的主要硬件支持。FSC控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)信息處理現(xiàn)場化，減少了信息傳輸?shù)臅r間，提高了數(shù)據(jù)處理的效率。將該系統(tǒng)應(yīng)用于機械自動化控制系統(tǒng)中，技術(shù)人員可以及時獲取有效的數(shù)據(jù)，更好地開展對機械設(shè)備的自動化管理工作［3］。

4 PLC控制技術(shù)在機械自動化控制中的應(yīng)用

4.1 在機械自動化系統(tǒng)中處理數(shù)據(jù)與通信

數(shù)據(jù)是機械自動化控制系統(tǒng)運行的重要依據(jù)，系統(tǒng)良好的數(shù)據(jù)處理功能，是實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備運行精準(zhǔn)度的保證。PLC控制技術(shù)具備良好的數(shù)據(jù)監(jiān)測、運算和處理功能，不僅可以采集機械設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，還能對采集的數(shù)據(jù)進行精準(zhǔn)的運算，既可以采取矩陣類型運算，也可以采取函數(shù)類型或是邏輯類型的運算。PLC將運算的結(jié)果傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，轉(zhuǎn)換后與系統(tǒng)存儲器內(nèi)預(yù)先設(shè)定的參考數(shù)據(jù)對比，進而對系統(tǒng)發(fā)出控制的指令，實現(xiàn)自動化控制的功能。PLC的通信功能可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速精準(zhǔn)傳輸，該功能與現(xiàn)代有線通信技術(shù)和無線通信技術(shù)相結(jié)合，則可以完善機械自動化系統(tǒng)的通信功能，確保系統(tǒng)的通信功能既能滿足機械自動化控制的需要，又能滿足管理人員對設(shè)備進行管理所需的通信要求。運用PLC技術(shù)的數(shù)據(jù)處理功能，系統(tǒng)可以及時識別機械設(shè)備的故障并對故障進行分析，同時啟動報警系統(tǒng)，通知系統(tǒng)管理人員。管理人員根據(jù)PLC的數(shù)據(jù)，及時處理故障。

4.2 對系統(tǒng)中設(shè)備運動和生產(chǎn)過程的控制

PLC技術(shù)可以實現(xiàn)對機械運動零部件的運動控制，這是機械自動化的基礎(chǔ)。PLC控制技術(shù)掌握機械自動化系統(tǒng)中各類型運動零部件的狀態(tài)，在實際的控制過程中，根據(jù)程序的輸出命令，控制零部件的運動軌跡，實現(xiàn)自動控制的功能。例如，在數(shù)控機床的控制系統(tǒng)中，利用PLC技術(shù)和位置傳感器，就可以控制數(shù)控機床的運行方向和機械手的運動軌跡。又如，在自動化生產(chǎn)線上，利用PLC技術(shù)的位置檢測功能，就可以控制零部件在傳送帶上的運行軌跡。在生產(chǎn)過程控制方面，利用PLC技術(shù)，可以實時監(jiān)測生產(chǎn)的全過程。PLC還可以監(jiān)測生產(chǎn)過程的可變參數(shù)，根據(jù)參數(shù)變化對設(shè)備發(fā)出調(diào)整的指令，提高設(shè)備運行的安全性［4］。石油化工行業(yè)經(jīng)常需要面對一些易燃易爆的氣體或是液體，在生產(chǎn)過程中，可以采用PLC控制技術(shù)監(jiān)測氣體或是液體的相關(guān)參數(shù)，如壓力參數(shù)等，系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)調(diào)整設(shè)備的運行參數(shù)和控制設(shè)備的運行動作，確保生產(chǎn)能夠安全運行。

4.3 在機械自動化系統(tǒng)中進行開關(guān)的編輯和控制

在機械自動化控制中，需要利用繼電器的功能完成開關(guān)狀態(tài)的設(shè)置。與傳統(tǒng)的需要人為控制繼電器的開關(guān)相比，PLC技術(shù)可以實現(xiàn)繼電器開關(guān)的自動化操作。利用PLC技術(shù)監(jiān)測生產(chǎn)線或是設(shè)備的運行狀況，根據(jù)設(shè)定的程序，當(dāng)檢測到生產(chǎn)線或是設(shè)備需要開時，PLC輸出“1”的信號，驅(qū)動控制模塊，繼電器接通；當(dāng)檢測到生產(chǎn)線或是設(shè)備需要停止時，PLC輸出“0”的信號，繼電器斷開。對一些特殊的設(shè)備，“0”和“1”的設(shè)定可以保護設(shè)備和設(shè)備操作人員的安全，當(dāng)PLC系統(tǒng)檢測到設(shè)備有異常狀況時，及時輸出“0”的控制信號，切斷設(shè)備的電源，暫停設(shè)備的運行，直到異常情況解決后，才輸出“1”的控制信號，接通設(shè)備的電源。

4.4 可以實現(xiàn)機械自動化系統(tǒng)的閉環(huán)控制

PLC的閉環(huán)控制技術(shù)，在泵類設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，特別對多個泵組成的泵組系統(tǒng)，PLC控制技術(shù)更具備優(yōu)勢。泵類設(shè)備在運行過程中對密封有較高的要求，傳統(tǒng)的泵組系統(tǒng)多采用分布式閉環(huán)控制系統(tǒng)，在對每一個設(shè)備都設(shè)置了獨立的密封結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，控制泵類設(shè)備的運行狀態(tài)。復(fù)雜的泵組系統(tǒng)給管理、維護和維修帶來了很大的困難。利用PLC技術(shù)對泵組系統(tǒng)進行控制，可以在不用給每個設(shè)備都設(shè)置獨立密封結(jié)構(gòu)的情況下實現(xiàn)閉環(huán)控制。PLC控制系統(tǒng)將泵組設(shè)備連接在一起，統(tǒng)一密封，同時對泵組的數(shù)據(jù)進行共享和管理。在實際的生產(chǎn)過程中，如果系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備出現(xiàn)了故障或是閉環(huán)控制失去了作用，控制系統(tǒng)可立刻檢測到相應(yīng)的情況并識別故障設(shè)備，切斷故障設(shè)備的電源。PLC控制技術(shù)還可以監(jiān)測閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備運行的各項參數(shù)，包括壓力、流量等，根據(jù)參數(shù)判斷設(shè)備的運行狀況，如果設(shè)備的運行狀況出現(xiàn)了問題，可及時做出調(diào)整，必要時可以切斷設(shè)備的電源［5］。

4.5 在機械自動化控制中用作順序控制

機械自動化生產(chǎn)過程必須按照程序設(shè)定的步驟進行，順序一旦出錯則無法完成生產(chǎn)。在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，一旦自動化生產(chǎn)流程的某個機械設(shè)備出現(xiàn)了問題，生產(chǎn)只能停止，待設(shè)備維修完成再重新運行，對生產(chǎn)效率影響較大。有時還會出現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)了故障，但是技術(shù)人員沒有及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題的現(xiàn)象。PLC控制技術(shù)可以對生產(chǎn)流程進行順序控制，實時監(jiān)測生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的運行情況，發(fā)生設(shè)備出現(xiàn)問題時，PLC計算后會調(diào)整運行參數(shù)，在不叫停生產(chǎn)線的情況下修復(fù)問題。PLC還可以對生產(chǎn)系統(tǒng)整體設(shè)備進行控制和分析，當(dāng)某個設(shè)備出現(xiàn)故障時，PLC從整體出發(fā)，通過調(diào)整設(shè)備的運行順序、變更設(shè)備的參數(shù)或是采取替換操作等功能，盡量保障生產(chǎn)線能夠持續(xù)運行。

4.6 PLC技術(shù)在機械自動化控制中的應(yīng)用發(fā)展方向

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用理論的完善，PLC控制技術(shù)在機械自動化控制中的應(yīng)用優(yōu)勢也越發(fā)明顯，隨著PLC技術(shù)在機械自動化控制系統(tǒng)中的深入應(yīng)用，未來在機械自動機控制中應(yīng)用PLC技術(shù)，需要關(guān)注以下幾點。第一，基于機械自動化控制的需求，對PLC技術(shù)進行深度的開發(fā)，形成一套為機械自動化控制所用的PLC控制技術(shù)體系。第二，制定PLC技術(shù)在機械自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用規(guī)范，建立相關(guān)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，使機械自動化行業(yè)能夠規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)地應(yīng)用PLC技術(shù)。第三，開發(fā)更多的PLC自動控制的標(biāo)準(zhǔn)模塊，提高標(biāo)準(zhǔn)模塊在機械自動化控制中的適應(yīng)性，使機械自動化控制可以實現(xiàn)更多模塊化的控制模式。第四，提高PLC模塊的抗干擾性能，使PLC模塊能夠適應(yīng)更惡劣的環(huán)境，并保持運行的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

機械自動化控制是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和方向。PLC控制技術(shù)通過其強大的運算功能和數(shù)據(jù)處理功能，對機械自動化控制系統(tǒng)進行整體或局部的監(jiān)測、控制，可以提高機械自動化生產(chǎn)的效率、提升產(chǎn)品的精密度、延長設(shè)備的使用壽命、降低生產(chǎn)過程中的能耗。目前PLC控制技術(shù)結(jié)合計算機技術(shù)，已經(jīng)可以實現(xiàn)多系統(tǒng)、遠距離的控制功能。隨著PLC技術(shù)和計算機技術(shù)的進一步發(fā)展，相信在不久的將來，PLC控制技術(shù)在機械自動化控制中，將會得到更廣泛的應(yīng)用，推動我國機械自動化控制技術(shù)的飛躍。

參考文獻

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