譚華杰

（深圳市華杰盛機(jī)械有限公司，廣東深圳 518000）

隨著科技的發(fā)展，PLC 技術(shù)快速發(fā)展并廣泛運(yùn)用于多種領(lǐng)域，企業(yè)在購(gòu)入復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備時(shí)，應(yīng)由設(shè)備制造廠商的工作人員進(jìn)行設(shè)備安裝配置，確保設(shè)備可安全運(yùn)行。投產(chǎn)后，隨著使用時(shí)長(zhǎng)的增加，設(shè)備磨損等多種因素可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)問題。若當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，只能停機(jī)等待設(shè)備制造廠商的工程師維修設(shè)備，這勢(shì)必會(huì)影響工作效率。

1 PLC控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀

1.1 PLC概述

可編程控制器（PLC）是指微處理器技術(shù)、電子繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、特殊運(yùn)算處理技術(shù)、高處理速度和高度集成化的通用功能模塊的組合。與計(jì)算機(jī)控制不同，采用PLC 的自動(dòng)控制器可以采用編程語言完成信息運(yùn)算、邏輯控制和程序設(shè)計(jì)等功能，然后利用PLC 控制器的I/O 單元、物理總線和物理外設(shè)，將由PLC 控制器的計(jì)算機(jī)處理單元所確定的處理指令收集并轉(zhuǎn)化為執(zhí)行指令，并通過邏輯程序驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的高速邏輯控制運(yùn)算。通過將微分控制、PLC 動(dòng)作控制等與智能化技術(shù)的結(jié)合，不僅大幅提高了電氣自動(dòng)化裝置的工作效率，也同時(shí)推動(dòng)了智能化裝置的發(fā)展。

PLC 技術(shù)廣泛應(yīng)用于家電、航空、醫(yī)療、印染、食品包裝等行業(yè)，促進(jìn)了我國(guó)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。隨著國(guó)產(chǎn)微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，逐步將國(guó)產(chǎn)PLC技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)電氣自動(dòng)控制。PLC 技術(shù)具有可迅速檢測(cè)的使用優(yōu)點(diǎn)，能組建復(fù)雜電氣系統(tǒng)，安全性較好，能在復(fù)雜的條件下穩(wěn)定運(yùn)行，可迅速處理誤差問題，通過使用在以太網(wǎng)和路由設(shè)備上的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能力，輕易實(shí)現(xiàn)對(duì)集成測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)。PLC 廣泛應(yīng)用可以減少企業(yè)管理成本，提升電氣自動(dòng)化行業(yè)的管理質(zhì)量，達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)的目的。

1.2 PLC技術(shù)類型解析

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的重要功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的智能化和自動(dòng)化，F(xiàn)CS 密鑰統(tǒng)一數(shù)值模型，利用多節(jié)點(diǎn)通信技術(shù)建立數(shù)字設(shè)備的內(nèi)部環(huán)境。FCS的主要功用是使設(shè)備之間形成良好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)關(guān)系，為機(jī)械設(shè)備的現(xiàn)代化生產(chǎn)提供基礎(chǔ)，從而提升機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)效率。

分散控制系統(tǒng)（DCS）的功能是分散管理，將現(xiàn)場(chǎng)控制站等控制系統(tǒng)接入專用系統(tǒng)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與控制技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中控制技術(shù)，信息的集中有利于生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)調(diào)整和控制。DCS的主要目的是消除和散設(shè)備中的危害，集中管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的有效監(jiān)控。DCS 主要由控制系統(tǒng)、顯示裝置和通信總線組成。通信總線是連接控制單元和顯示單元，采用信息管理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，將生產(chǎn)部控制中心和監(jiān)控站接入專用網(wǎng)絡(luò)。

1.3 PLC變頻控制器

PLC 變頻控制器采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)模式代替常規(guī)模擬技術(shù)進(jìn)行控制逆變器，將頻率連接到profibus-DP 總線。利用實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，數(shù)據(jù)傳輸格式選擇新的ppc-3數(shù)據(jù)段，波特率為387.5kb/s。系統(tǒng)進(jìn)行新型優(yōu)化：①利用很簡(jiǎn)單的布線方式，需要屏蔽中心的雙絞線，同時(shí)還需要其他方法為了減少維修作業(yè)；②所提供的穩(wěn)定性避免信號(hào)引起的抖動(dòng)，由于是電磁和其他許多因素，所以與系統(tǒng)速度更可靠；③作為速度設(shè)定而使用開關(guān)值的系統(tǒng)相比，速度設(shè)定從離散值變更到連續(xù)值，容量選擇需要用到頻率轉(zhuǎn)換器而且極為重要。對(duì)于負(fù)載、間歇負(fù)載、極間負(fù)載，額定電流較大，選擇逆變器的容量也需要重視。頻率轉(zhuǎn)換器需要依靠最大工作電流來選擇。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際動(dòng)作中的最大電流選擇頻率轉(zhuǎn)換器，綜合研究了同樣的頻率轉(zhuǎn)換器和售后服務(wù)的性能和價(jià)格比較后，選定了三菱企業(yè)的fr-e700和fr-a700系列頻率轉(zhuǎn)換器。另外，在頻率轉(zhuǎn)換器的選擇中，選擇3個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制的理由是，當(dāng)單獨(dú)的頻率轉(zhuǎn)換器用于控制電機(jī)時(shí)，驅(qū)動(dòng)可以同時(shí)在不同的方向上移動(dòng)。如果使用一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器來控制3個(gè)電機(jī)，則驅(qū)動(dòng)可以在不同的方向上移動(dòng)。而且，減少了驅(qū)動(dòng)的工作效率，在變頻器和馬達(dá)系列中，電容器常常關(guān)閉。

1.4 PLC在電氣自動(dòng)化控制中的優(yōu)勢(shì)

加速機(jī)械和電子的傳輸，PLC 技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合不僅功耗低，而且質(zhì)量好，工作正常，這可以通過電氣控制不斷改進(jìn)。PLC 技術(shù)具有預(yù)算數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理功能，適用于各種電氣系統(tǒng)，適當(dāng)處理各種電氣控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，優(yōu)化機(jī)械生產(chǎn)工藝，有效地滿足機(jī)器進(jìn)度的某些要求。

2 PLC在自動(dòng)化設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

自動(dòng)生產(chǎn)線的電氣自動(dòng)控制策略基于產(chǎn)品裝配或加工過程、變速器控制要求、制造過程管理和控制要求流程。在自動(dòng)生產(chǎn)線的計(jì)算過程中，根據(jù)相關(guān)的控制程序和控制順序，考慮到成本和運(yùn)行效果之間的關(guān)系，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，選擇PLC 技術(shù)作為順序控制系統(tǒng)，在正常情況下可以有效地解決這一問題。工業(yè)自動(dòng)化過程模擬PLC 的PID 控制必須控制壓力、電流、電壓和溫度。用PLC 采用模擬控制單元進(jìn)行處理，識(shí)別數(shù)據(jù)將被分離。從0～65535的字節(jié)數(shù)由端口O 采集，4.20 Ma 或0.5 V 的模擬量由電路單元a、D 和D 轉(zhuǎn)換，以計(jì)算數(shù)字大小和模擬大小之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，調(diào)整分辨率，將采集數(shù)和分辨率的乘積為輸入或輸出參數(shù)，再采用運(yùn)算轉(zhuǎn)換為實(shí)際數(shù)值，并將其存儲(chǔ)至指定注冊(cè)表中的指定位置。當(dāng)形成預(yù)定偏差值后，再進(jìn)行PID 過程，從而將PLC 的端口控制至輸出。因此通常，在自動(dòng)控制器有模擬控制和切換功能的需要下，采用模擬控制器單元和PLC 的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)優(yōu)于采用特定的PID 控制器單元。同時(shí)，運(yùn)用這種方法還能夠顯著的改善系統(tǒng)資源的綜合效率，以及控制系統(tǒng)組件的工作能力。當(dāng)應(yīng)用PLC 方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)時(shí)，控制目標(biāo)通常包括直流伺服電機(jī)、永磁鐵交流伺服電機(jī)，以及步進(jìn)電機(jī)等。在控制系統(tǒng)原理的指引下，工業(yè)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備主要分為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)總線、嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器以及采用PLC 的工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制器。目前，PLC 運(yùn)動(dòng)控制器主要廣泛應(yīng)用在制造業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。PLC 運(yùn)動(dòng)控制器通過運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)規(guī)劃運(yùn)動(dòng)模式，并對(duì)運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果是PLC 脈沖控制程序的重要組成部分。最后，通過脈沖電路輸出方式驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，使執(zhí)行機(jī)沿直線方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成單軸運(yùn)動(dòng)，從而解決了多軸變速控制問題。

2.2 在目標(biāo)指向系統(tǒng)中的運(yùn)用

企業(yè)常用的是N80系列國(guó)產(chǎn)PLC 的小型工業(yè)自動(dòng)化PLC，整個(gè)PLC 系統(tǒng)分為標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)模塊、混合啟動(dòng)模塊和擴(kuò)展模塊。N80系列PLC 技術(shù)可以有效地控硬件結(jié)構(gòu)，高效地完成目標(biāo)輸出、高速定位、系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)與管理等功能。目標(biāo)控制系統(tǒng)的基本工作機(jī)理與構(gòu)造是，目標(biāo)控制系統(tǒng)首先通過線性的軌道運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)給點(diǎn)源目標(biāo)，產(chǎn)生自動(dòng)變化的放射性強(qiáng)度，然后產(chǎn)生自動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)。還有各種目標(biāo)監(jiān)控裝置，包括電子工控機(jī)、PLC 控制系統(tǒng)、輻射源控制子系統(tǒng)、激光傳感投影控制系統(tǒng)、目標(biāo)位置標(biāo)志與指示子系統(tǒng)，以及直接控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)選擇了將上位機(jī)與下位機(jī)結(jié)合起來的控制方法，首先上位機(jī)為工業(yè)計(jì)算機(jī)。經(jīng)過線性運(yùn)算的控制指令被發(fā)送至變送器。然后，下位機(jī)再通過向下位機(jī)器所接收到的工作狀態(tài)反饋信號(hào)解算控制指令，從而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)內(nèi)插動(dòng)作，并使用了國(guó)外公司的PLC N80反饋狀態(tài)信號(hào)。在運(yùn)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)中，可以首先得到了顯示系統(tǒng)和被檢測(cè)部件之間的定位關(guān)系。預(yù)定控制系統(tǒng)主要處理了在目標(biāo)光學(xué)系統(tǒng)與檢測(cè)元件之間，調(diào)整并對(duì)準(zhǔn)光軸方向平行的問題。運(yùn)動(dòng)單元主要由n80-m48dt 型PLC 控制器、步進(jìn)電機(jī)控制器、執(zhí)行電動(dòng)機(jī)、空間位移測(cè)量、距離角檢測(cè)系統(tǒng)和控制軟件構(gòu)成。線性運(yùn)動(dòng)與目標(biāo)檢測(cè)元件之間的空間位移都出現(xiàn)了改變。當(dāng)測(cè)量裝置與X 軸和Y 軸之間的距離設(shè)定且Z 軸之間的距離改變時(shí)，必須調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的光軸方位和高度。為此，有必要設(shè)置一個(gè)校正機(jī)構(gòu)，利用在顯示裝置的運(yùn)動(dòng)線上的位置標(biāo)記的方位和高度，來調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的光軸。光學(xué)系統(tǒng)光軸的空間方向功能通常由PLC 控制單元完成。通過設(shè)置，控制系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)，速率：每秒0.1；位精度：±0.02°，位偏差占位符≤0.1°等。頻率控制器的設(shè)計(jì)，具有數(shù)字PID 控制器、內(nèi)部模塊可編程、外界影響較小、控制精度高等的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)程序配置，DC e5v 的脈沖電壓也可以通過變頻率控制器實(shí)現(xiàn)控制，固態(tài)繼電器（SSR）的觸發(fā)控制端可以實(shí)現(xiàn)控制。也能夠通過頻率連接。此時(shí)，散熱器啟動(dòng)工作，可以利用高精度PT100溫度傳感器檢測(cè)散熱片溫度，反饋的溫度和電流等信息，并將其和PLC 的內(nèi)部溫度參數(shù)加以對(duì)比，可以判斷二者的溫度區(qū)別。另外，可以確定用于溫度控制固態(tài)繼電器（SSR）輸出電流的頻率范圍，并建立了閉合溫度控制。根據(jù)溫度控制范圍為25～50℃，采用基于PLC 的自調(diào)整PID 控制方式，實(shí)現(xiàn)5℃H的穩(wěn)定溫度控制。測(cè)試軟件有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Windows風(fēng)格的視覺界面。主要有：顯示區(qū)和控制區(qū)。菜單欄、工具欄和運(yùn)動(dòng)控制面板提供對(duì)象捕獲控制，以執(zhí)行一系列控制顯示，在測(cè)試期間捕獲圖像和調(diào)整相機(jī)位置。此外，面板向以下計(jì)算機(jī)發(fā)送控制命令，以接收來自以下計(jì)算機(jī)的狀態(tài)報(bào)告。測(cè)試軟件界面美觀，操作方便。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 結(jié)束語

將PCL 控制應(yīng)用于電氣設(shè)備的自動(dòng)控制后，F(xiàn)CS系統(tǒng)和DCS 適用于不同的條件和環(huán)境，節(jié)省了許多原始復(fù)雜的繼電器邏輯，改進(jìn)了機(jī)構(gòu)，節(jié)省了成本和人力。這是為了提高電子控制的魯棒性，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的正常工作。另外，PLC 的應(yīng)用與維修也非常簡(jiǎn)單。具有電氣專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的技術(shù)人員能夠進(jìn)行正常運(yùn)用與維修，它提供了PLC 仿真控制系統(tǒng)的諸多優(yōu)勢(shì)與特色?，F(xiàn)階段，電力智能化設(shè)備雖然發(fā)展得很快，但同時(shí)也面臨著不少弊端。而PLC 控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用則極大改變了這一問題，不但保障了工業(yè)機(jī)械設(shè)備的安全平穩(wěn)工作，同時(shí)也極大地提高了控制系統(tǒng)效能。在未來，PLC 技術(shù)還將具有更大的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。同時(shí)電力智能化技術(shù)也將日益多地運(yùn)用到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中。因此對(duì)于提升制造業(yè)智能化程度，還必須開展更廣泛的應(yīng)用研究。