韓海

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，傳統(tǒng)的電氣自動化控制方式已不能適應(yīng)當(dāng)前的實際運用需要，基于PLC應(yīng)用技術(shù)的電氣控制技術(shù)應(yīng)運而生。本文結(jié)合數(shù)控機(jī)床闡述了基于PLC應(yīng)用技術(shù)的電氣控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：PLC應(yīng)用技術(shù) 電氣控制

一、PLC技術(shù)

PLC是可編程控制器的簡稱。1969年，美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司研制出世界上第一臺可編程控制器，它也是最早的工業(yè)電腦。自此以后，微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)不斷取得突破，使PLC的自動控制功能和處理速度都有了顯著提高。進(jìn)入2010年后，PLC技術(shù)還具有數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理、PID控制功能，可以對模擬量進(jìn)行控制。PLC技術(shù)在不久的將來會成為一種新型的工業(yè)自動控制標(biāo)準(zhǔn)裝置。PLC在通信能力和控制領(lǐng)域正朝著電氣控制和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。PLC控制器是由存儲器、輸入輸出接口和外圍設(shè)備、電源等主要裝置構(gòu)成。PLC技術(shù)具有控制程序靈活可變、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單易學(xué)、系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試都比較簡單易操作等優(yōu)點。隨著自動化控制電氣工程的需要越來越多樣化，這種技術(shù)可應(yīng)用于切斷機(jī)、自動照明系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和舞臺裝置等多個行業(yè)。將PLC技術(shù)融入電氣工程自動化控制中，可以實現(xiàn)電氣設(shè)備產(chǎn)品的儲存量和計算機(jī)反應(yīng)速度較快地相互融合。電氣控制應(yīng)最大限度地實現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械和工藝對電氣控制線路的基本要求。在工業(yè)生產(chǎn)線中，流程控制是工業(yè)控制中較為重要的一部分，

電氣控制系統(tǒng)經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，分別是接觸器控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)和可編程序控制器。近幾年，計算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)進(jìn)入人們的視線，但其發(fā)展還不夠成熟，尚未普遍投入生產(chǎn)。所以，可編程序控制電氣控制系統(tǒng)仍然是當(dāng)前被廣泛接受的控制系統(tǒng)。近幾年，數(shù)控機(jī)床正在進(jìn)入高速加工時代，未來PLC技術(shù)還會向著高性能、高速度和大容量、編程語言多樣化的方向發(fā)展。

二、基于PLC應(yīng)用技術(shù)的電氣控制

1.基于PLC技術(shù)的開關(guān)量控制

PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，其工作過程課按照一般內(nèi)部處理掃描階段。傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)使用的開關(guān)量控制為繼電器。繼電器是一種自動電氣開關(guān)，由感應(yīng)機(jī)構(gòu)、比較機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。在電氣控制中采用PLC技術(shù)控制往往在采集輸入信號時會用到繼電器，在輸出控制信號時也會用到繼電器。但它在進(jìn)行通斷控制時的反應(yīng)時間比較長，很難在較短的時間內(nèi)控制短路保護(hù)期間的通斷。一定數(shù)量的開關(guān)控制設(shè)備是電氣控制系統(tǒng)必不可少的配置。這些開關(guān)設(shè)備是否易于操控、工作是否合理對電氣控制的實施效果具有直接而重要的影響。利用PLC的自動化控制技術(shù)對PLC的芯片進(jìn)行編程可同時實現(xiàn)順序控制和邏輯控制，取代原來的繼電器。PLC技術(shù)應(yīng)用于電氣控制的實際效能表現(xiàn)在它在虛幻模擬的繼電器運行中充當(dāng)編程的存儲器。并且，PLC技術(shù)還可保證對于單臺生產(chǎn)設(shè)備的單獨控制，可根據(jù)生產(chǎn)實際要求靈活操控機(jī)床工作數(shù)量和工作時間，從而實現(xiàn)了自動化程序中每個組件的相對獨立性。PLC技術(shù)與數(shù)控機(jī)床之間可通過CNC輸入/輸出接口電路實現(xiàn)信號傳送，最常用的基本邏輯指令為基本位操作、置位和復(fù)位、定時、計數(shù)和比較等邏輯指令。

2.基于PLC技術(shù)的控制模擬量

電氣控制應(yīng)用在不同的生產(chǎn)領(lǐng)域，其各項參數(shù)都會有所不同，尤其是對溫度和濕度參數(shù)的調(diào)節(jié)和控制。如果溫度和濕度嚴(yán)重超過生產(chǎn)所需的要求，那么就會使電氣設(shè)備受到損害或者影響生產(chǎn)效率。以數(shù)控機(jī)床為例，數(shù)控機(jī)床的環(huán)境溫度應(yīng)在30℃以下，而相對濕度不應(yīng)超過80%。所以，在生產(chǎn)實踐中，自動化工業(yè)系統(tǒng)會出現(xiàn)種類多樣且不斷變化的模擬量，即連續(xù)變化的物理量。應(yīng)用PLC技術(shù)可以保證主要數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化可以及時被監(jiān)控和跟蹤，提高控制模擬量運行的效率，一定程度上解決了模擬量的分析和運算難度大的問題。運用PLC進(jìn)行模擬量控制，首先要用傳感器采集相關(guān)生產(chǎn)信息，并且將其變換為標(biāo)準(zhǔn)電信號，送到模擬量模塊，模擬量模塊再將標(biāo)準(zhǔn)電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。因為PLC具有強(qiáng)大的數(shù)字處理功能，所以，只要找到合適的算法，PLC利用經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量處理相關(guān)信息，并且將產(chǎn)生的控制信息返送回模擬量模塊，再以標(biāo)準(zhǔn)信號的形式傳給執(zhí)行器，執(zhí)行器對這些信號進(jìn)行放大和變換，就能實現(xiàn)生產(chǎn)要求。

3.PLC技術(shù)在運動控制和數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

運動控制的工作原理在于控制設(shè)備的配置中采用運動模塊來執(zhí)行指令，它可以靈活實現(xiàn)圓周運動和直線運動控制。PLC技術(shù)可以實現(xiàn)機(jī)床控制圓周運動或直線運動的特點，其控制的基本原理為：在控制設(shè)備的配置中需要選擇專用的運動控制模板塊控制，PLC自動化控制具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸和分析運算的實用統(tǒng)計功能。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，它可以準(zhǔn)確完成多項數(shù)據(jù)的處理工作，服務(wù)面較廣。當(dāng)前數(shù)據(jù)處理廣泛應(yīng)用于大型控制系統(tǒng)中，比如柔性制造系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)等。

以數(shù)控機(jī)床為例，數(shù)控機(jī)床的核心部分即數(shù)控裝置。它也是數(shù)控機(jī)床工作的控制中心。基于PLC的數(shù)控機(jī)床共有兩種類型，第一種類型是內(nèi)裝型的PLC，屬于CNC裝置，這種類型有利于數(shù)控機(jī)床順序控制的實現(xiàn)；另一種是獨立于CNC裝置的PLC，這種類型的機(jī)床軟硬件設(shè)施齊全、功能多樣，可以滿足多種要求的生產(chǎn)。數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床，它可以根據(jù)編好的程序加工零件。數(shù)控機(jī)床加工零件對加工精度的要求比較高，需要機(jī)床具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量。運用PLC技術(shù)適用于電氣工程中能夠使加工質(zhì)量保證在一定范圍之內(nèi)。PLC技術(shù)還可實現(xiàn)多坐標(biāo)的聯(lián)動，加工形狀較為復(fù)雜的零件，比如點位、循環(huán)、直線和圓弧進(jìn)給運動選擇，還包括坐標(biāo)方向和進(jìn)給速度等的選擇。在車床工作中，需要對零件進(jìn)行車削外圓、內(nèi)圓、端面、切斷、割槽和螺紋等。

3.電弧的產(chǎn)生和基于PLC的滅弧方法

電弧是在觸頭從閉合狀態(tài)向斷開狀態(tài)切換的過程中產(chǎn)生的。它是觸頭間氣體在強(qiáng)電場作用下產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，是一種帶電質(zhì)子的急流。電弧具有一定的危害。它不僅會使電器的壽命縮短，還會使切斷故障的時間延長，可能會使電弧附近的電氣絕緣材料燒壞，還可能形成電源短路事故。滅弧的常用原理有拉長電弧，降低電場強(qiáng)度；用電磁力使電弧在冷卻介質(zhì)中運動，降低弧柱周圍的溫度；還可以將電分成許多串聯(lián)的短弧，增加維持電弧所需的臨極電壓。而常用的方法有電動機(jī)滅弧、磁吹滅弧、滅弧罩和柵片滅弧等。

傳統(tǒng)的電氣設(shè)備往往將繼電器作為實現(xiàn)運行電路通斷的主要控制器，但是繼電器裝置的反應(yīng)速度比較慢，所以，巡檢人員即使發(fā)現(xiàn)程序錯誤也難以在發(fā)生前制動設(shè)備。但是PLC技術(shù)為系統(tǒng)運行電路的自動切換和及時制動提供了方便。PLC技術(shù)具有即時反饋的作用，將PLC技術(shù)應(yīng)用于電氣控制中，工作人員可根據(jù)PLC設(shè)備的反饋即時了解電氣設(shè)備的運行狀態(tài)。一旦了解到電氣設(shè)備的運行出現(xiàn)故障，工作人員就可根據(jù)反饋問題及時進(jìn)行維修。

三、PLC技術(shù)在電氣控制中應(yīng)用的建議

由于PLC技術(shù)發(fā)展還尚未達(dá)到最佳效果，所以，其在電氣控制中的應(yīng)用可能出現(xiàn)一些故障影響生產(chǎn)。比如，鑒于控制負(fù)載或電磁干擾的接觸器接觸不緊或發(fā)生故障，PLC技術(shù)在電氣控制工程中經(jīng)常會出現(xiàn)動作錯誤，使指令無法執(zhí)行。從控制方面來說，PLC應(yīng)用技術(shù)的電氣控制出現(xiàn)錯誤會使信號不完整，從而無法準(zhǔn)確無誤地傳送到PLC系統(tǒng)的內(nèi)部。這些問題都可能會對生產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響。這些問題也是我們亟需解決的問題。

首先，技術(shù)人員應(yīng)提高PLC控制系統(tǒng)中輸入信號的可靠性。具體來說，確保應(yīng)用于生產(chǎn)的各種控制系統(tǒng)中的設(shè)備和零部件的耐用性和可靠性，減少甚至消除由于配件問題造成信號線破損、短路或斷路等突發(fā)故障。因為主界面是PLC控制的主要部分，但也是較為容易出問題的部分，所以技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)實際需求對主界面的部分功能模塊進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，從而使主界面的功能可以滿足生產(chǎn)多種要求，提高生產(chǎn)效率。

其次，應(yīng)不斷完善PLC自動控制系統(tǒng)的預(yù)警系統(tǒng)。預(yù)警系統(tǒng)在PLC技術(shù)的操作使用中具有重要的作用。預(yù)警系統(tǒng)可以對PLC操控下的生產(chǎn)突發(fā)狀況和設(shè)備故障提出警報，從而讓生產(chǎn)人員即使調(diào)整機(jī)械設(shè)備。預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)逐步向智能化的方向發(fā)展，配備與之對應(yīng)的文字記錄和顯示系統(tǒng)。在將PLC技術(shù)融入到電控制工程中應(yīng)建立最符合要求的系統(tǒng)使用單位和系統(tǒng)設(shè)計單位之間的溝通制度，從而保證創(chuàng)作出的設(shè)計符合要求。

最后，具有一定的標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范相關(guān)行為的有效手段。基于PLC技術(shù)的自動化控制電氣工程應(yīng)當(dāng)盡快建立運用標(biāo)準(zhǔn)和具體規(guī)范要求，為信息化發(fā)展電氣控制快速形成一定規(guī)模奠定基礎(chǔ)，保障PLC技術(shù)的規(guī)范性應(yīng)用和統(tǒng)一應(yīng)用。將PLC技術(shù)應(yīng)用于電氣控制對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求也很高。操作人員和維修人員不僅要熟知機(jī)床的工作和維修技能，還要對PLC技術(shù)有所熟悉和靈活應(yīng)用。在數(shù)控機(jī)床中使用PLC的電氣系統(tǒng)可以使機(jī)床大主軸聲速和進(jìn)給量的范圍擴(kuò)大。關(guān)于PLC電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)當(dāng)將硬件設(shè)計和軟件設(shè)計結(jié)合，同時進(jìn)行，從而提高系統(tǒng)開發(fā)的效率、整體性和完整度。硬件設(shè)計要充分考慮設(shè)備、成本和器件的可靠性，而軟件設(shè)計既要考慮用戶的實際需求，又要盡量將指令的條數(shù)減到最少，而且可讀性較強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈博.基于PLC應(yīng)用技術(shù)的電氣控制分析研究[J]. 電子測試，2017（11）.

[2]張巨洲.對基于PLC的電氣控制技術(shù)應(yīng)用的幾點探討[J].電子制作，2017（19）.

[3]潘天賜.基于PLC的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)研究[J].數(shù)碼世界，2018（2）.

（作者單位：江蘇省武進(jìn)中等專業(yè)學(xué)校）