電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)研究

洪天星,陳慶協(xié)

（龍巖學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，福建 龍巖 364012）

電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)研究

洪天星,陳慶協(xié)

（龍巖學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，福建 龍巖 364012）

在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的浪潮之下，自動(dòng)化已經(jīng)成為各個(gè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì).PLC的應(yīng)用是電氣控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ).隨著電氣控制裝置性能要求的逐漸提升，PLC的應(yīng)用范圍更加廣泛.本文簡(jiǎn)要分析了電氣控制與PLC技術(shù)在各行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及發(fā)展前景，以供參考.

電氣控制；PLC；應(yīng)用；研究

1 前言

目前，機(jī)電一體化是我國(guó)工業(yè)中的機(jī)械領(lǐng)域主要研究方向，電氣控制技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中不斷被普及和應(yīng)用，并體現(xiàn)出很大的優(yōu)勢(shì)[1].PLC技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電氣控制自動(dòng)化，并促進(jìn)企業(yè)自動(dòng)化水平的提升，為企業(yè)的生產(chǎn)效率提供強(qiáng)有力的保障[2].隨著科技發(fā)展，電氣控制和PLC應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合愈加緊密，在煉鋼、電力行業(yè)等行業(yè)中發(fā)揮重要的作用，體現(xiàn)出卓越的技術(shù)優(yōu)勢(shì).文章中主要分析氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用.

2 電氣控制與PLC簡(jiǎn)述

2.1 電氣控制簡(jiǎn)述

電氣控制也就是電氣設(shè)備的控制回路.由于在不同的電氣設(shè)備中，控制要求都有所不同，因此在控制回路方面存在差異.從電氣設(shè)備本身來(lái)講，高壓和低壓的電氣設(shè)備所設(shè)計(jì)的控制回路存在很大的差異性.在電氣設(shè)備中，電氣控制主要功能作用是對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制、檢測(cè)等.具體來(lái)講，在電氣設(shè)備中，電氣控制要有以下幾方面的功能：（1）檢測(cè)系統(tǒng)功能.電氣控制系統(tǒng)在接受到控制的相關(guān)信號(hào)后，能夠進(jìn)行邏輯分析，并檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài).如果設(shè)備運(yùn)行不正常，電氣控制能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常，從而使設(shè)備運(yùn)行中存在的問(wèn)題能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解.（2）測(cè)量功能.電氣控制能夠分析和判斷設(shè)備上的各種儀表，如電壓、功率以及電流等等，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，以便判斷設(shè)備的運(yùn)行是否處于正常狀態(tài).（3）保護(hù)功能.在設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，電氣控制除了分析故障，找出故障原因以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備和線路的調(diào)整，常見(jiàn)的調(diào)整方法有跳閘、切換等，發(fā)揮對(duì)故障設(shè)備的保護(hù)作用，防止設(shè)備在發(fā)生故障后進(jìn)一步損壞.（4）自動(dòng)控制功能.電氣控制系統(tǒng)具備自動(dòng)控功能，能夠?qū)υO(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，如自我診斷、自我修復(fù)等等，極大減少人工作業(yè)量，提高設(shè)備工作效率.

2.2 PLC技術(shù)簡(jiǎn)述

PLC是一種轉(zhuǎn)為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的一種特殊計(jì)算機(jī)，其應(yīng)用到多種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，包括自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等等[3].從PLC的結(jié)構(gòu)上來(lái)看，其主要由CUP處理器、存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口、編程器等構(gòu)成.PLC的工作模式是循環(huán)掃描，完成輸入、輸出和程序處理.輸入也就是經(jīng)過(guò)輸入端子輸入數(shù)據(jù).程序處理也就是PLC能夠直接借助原本內(nèi)部的儲(chǔ)存程序，讀取各個(gè)軟器件，并執(zhí)行多項(xiàng)用戶指令，之后將運(yùn)行結(jié)果寫入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，例如包括定時(shí)、順序控制等.輸出主要是把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的ON/OFF狀態(tài)進(jìn)行輸出.總的來(lái)說(shuō)，PLC技術(shù)也就是一種可進(jìn)行編程的儲(chǔ)存器，其能夠利用存儲(chǔ)器中的程序執(zhí)行各項(xiàng)指令，并通過(guò)輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化控制.PLC技術(shù)應(yīng)用在電氣控制中，有一定的優(yōu)勢(shì)：（1）提高工業(yè)中機(jī)電一體化的水平，實(shí)現(xiàn)電氣控制自動(dòng)化.PLC作為一種具有編碼功能的特殊計(jì)算機(jī)，其綜合了自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，極大提高了電氣控制裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性.（2）有極強(qiáng)的抗干擾能力.將PLC技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械電氣控制裝置中，能夠較好地應(yīng)對(duì)外界環(huán)境的變化，在上述的基礎(chǔ)上確保生產(chǎn)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量以及效率.傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)性能比較落后，缺乏抗干擾性能，導(dǎo)致控制效果大打則扣.而PLC本身具備較強(qiáng)的抗干擾性能，將其置入電氣控制裝置中，能夠提高整個(gè)控制系統(tǒng)的抗干擾性能，提高電氣控制的穩(wěn)定性.（3）操作簡(jiǎn)便.PLC是一種相對(duì)簡(jiǎn)易的裝置，耗能少，使用簡(jiǎn)單，在維護(hù)方面也極為簡(jiǎn)便.當(dāng)電氣控制裝置發(fā)生故障時(shí)，PLC能夠檢測(cè)故障，分析故障原因和位置，并能夠報(bào)警，提高故障維修效率.

3 電氣控制裝置中的PLC技術(shù)運(yùn)用

3.1 集中控制系統(tǒng)中PLC技術(shù)的運(yùn)用

電氣設(shè)備中的控制裝置比較多，并占用較大的空間，控制裝置零散，操作復(fù)雜.電氣設(shè)備中的控制系統(tǒng)在應(yīng)用PLC后，能夠把所有的控制裝置集成到一個(gè)空間，使電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制[4].集中控制有利于節(jié)約電氣控制裝置的安裝空間，使控制更加簡(jiǎn)單，而且能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制.除此以外，PLC能夠監(jiān)控集成控制裝置，提高控制的效率.

3.2 數(shù)據(jù)處理控制中的PLC技術(shù)運(yùn)用

在電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)中，應(yīng)用PLC技術(shù)能夠?qū)Υ罅康臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理，如讀取、輸入、輸出、邏輯處理等等.數(shù)據(jù)處理將會(huì)直接影響電氣控制的性能.現(xiàn)階段的設(shè)備功能不斷完善，控制方面也有更高的要求.在電氣設(shè)備的控制過(guò)程中，將會(huì)涉及到大量數(shù)據(jù)的處理.相對(duì)于傳統(tǒng)的電氣控制，PLC的應(yīng)用可以提高數(shù)據(jù)處理的效率，是電氣控制更加完善，控制效率更高，體現(xiàn)出較高的數(shù)據(jù)處理能力和優(yōu)勢(shì).

3.3 開(kāi)關(guān)量控制中的PLC技術(shù)應(yīng)用

電氣設(shè)備的啟停需要通過(guò)開(kāi)關(guān)控制來(lái)實(shí)現(xiàn).PLC具有控制開(kāi)關(guān)量的功能，其發(fā)揮控制的機(jī)理是控制電磁繼電器的通斷.PLC本身綜合多種先進(jìn)的技術(shù)，在電氣開(kāi)關(guān)量控制方面顯示了多方面的優(yōu)勢(shì).（1）PLC線路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，日常維修十分簡(jiǎn)便.而且PLC綜合多種先進(jìn)技術(shù)，能夠根據(jù)需要通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備啟停的控制.例邏輯編程實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)的控制，能夠減少誤操作的發(fā)生.（2）PLC本身綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)等等，極大提高控制的準(zhǔn)確性，減少人工操作和時(shí)間，并能夠避免系統(tǒng)線路被篡改的現(xiàn)象，從而極大提高電氣設(shè)備控制的質(zhì)量.（3）PLC體現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)勢(shì)使其應(yīng)用更加廣發(fā)，目前來(lái)看，PLC不僅在電氣設(shè)備的控制中得到普及，在工業(yè)生產(chǎn)中的流水線控制也得到推廣，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品質(zhì)量提供強(qiáng)有力的保障.

4 電氣控制與PLC在各行各業(yè)中的應(yīng)用分析

4.1 數(shù)控機(jī)床的控制

在工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床的控制效率將影響到生產(chǎn)的質(zhì)量和效率.一般而言，機(jī)床電氣控制中，PLC和數(shù)控技術(shù)（CNC）是相互獨(dú)立的，在實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床電氣控制的過(guò)程中，PLC和CNC的信息傳遞主要依靠CNC進(jìn)行，而PLC和機(jī)床電氣控制信號(hào)則主要依靠T/O與CNC間的接口傳遞.PLC技術(shù)的運(yùn)用，能夠?qū)?shù)控機(jī)床的運(yùn)行進(jìn)行全方位、自動(dòng)化的監(jiān)控，提高生產(chǎn)率[5].而且能夠檢測(cè)機(jī)床故障，使數(shù)控機(jī)床維修得到及時(shí)維修，有利于維護(hù)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的穩(wěn)定性.

4.2 立體倉(cāng)庫(kù)中的控制

立體倉(cāng)庫(kù)對(duì)于物流而言十分重要，尤其是在立體倉(cāng)庫(kù)的管理方面.在物流中，立體倉(cāng)庫(kù)構(gòu)成中有PLC控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、輸送機(jī)等等.物流中的立體倉(cāng)庫(kù)類型較多，常見(jiàn)的有升降橫移、圓形水平循環(huán)等多種類型.從立體倉(cāng)庫(kù)的構(gòu)成上來(lái)看，其電氣控制主要依賴于PLC進(jìn)行.在電氣控制的設(shè)計(jì)方面，立體倉(cāng)庫(kù)主要采用閉環(huán)控制方法.該控制方法能夠?qū)αⅢw倉(cāng)庫(kù)中的各種物流數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，并將相關(guān)信號(hào)傳輸?shù)絇LC中，并由PLC進(jìn)行處理，并運(yùn)行相關(guān)指令，完成對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的控制.物流中的貨物管理會(huì)影響到工作效率，利用PLC可以明顯提高立體倉(cāng)庫(kù)的控制效率，并提高立體倉(cāng)庫(kù)整體的貨物出入庫(kù)效率.

4.3 紡紗系統(tǒng)中的控制

電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)在紡紗系統(tǒng)中得到普遍使用.在紡紗系統(tǒng)的人機(jī)交換控制方面，PLC電氣控制能夠收集紡紗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)皆O(shè)備中，在人機(jī)交換的界面中顯示出來(lái)，并由人工操作來(lái)選擇需要的功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人機(jī)交換的控制.PLC電氣控制能夠輔助和協(xié)作紡紗控制器，共同控制整個(gè)紡紗系統(tǒng)，完成對(duì)紡紗系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集工作、產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、產(chǎn)品檢測(cè)等等，減少人工作業(yè)量，提高生產(chǎn)率和企業(yè)效益[6].而且PLC本身能夠根據(jù)需要來(lái)設(shè)計(jì)編程控制，使用十分靈活，能夠滿足紡紗系統(tǒng)中各種控制功能的需求，提高紡紗系統(tǒng)的運(yùn)行速度.例如在轉(zhuǎn)杯式紡紗機(jī)自動(dòng)接頭電氣控制中，利用PLC技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)紗線捕捉、存儲(chǔ)、夾持、喂入等操作的自動(dòng)化控制，并能夠解決接觸紗卷制動(dòng)、清潔紡杯等工作，減少人工操作環(huán)節(jié)，降低企業(yè)人工成本的投入，從而為紡紗企業(yè)創(chuàng)造更大的利潤(rùn)空間.

4.4 煤礦系統(tǒng)中的控制

煤礦系統(tǒng)的電氣控制中，PLC技術(shù)的應(yīng)用十分普遍，如井下風(fēng)門、礦井提升機(jī)、設(shè)備集中控制等，其在煤礦系統(tǒng)的應(yīng)用中顯示出很大的優(yōu)勢(shì).現(xiàn)主要從煤礦系統(tǒng)電氣控制中的井下風(fēng)門、設(shè)備集中控制進(jìn)行分析.（1）井下風(fēng)門：在煤礦生產(chǎn)中，井下風(fēng)門兩側(cè)在運(yùn)行時(shí)存在氣壓差.風(fēng)門越大，則開(kāi)啟風(fēng)門時(shí)使用的壓力也比較大.在打開(kāi)風(fēng)門以后，風(fēng)門上的壓力會(huì)減少，并影響到風(fēng)門的進(jìn)一步打開(kāi).將PLC技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)門時(shí)，具體方法是在風(fēng)門上安裝小風(fēng)窗，并利用PLC來(lái)控制風(fēng)門的閉合.PLC能夠發(fā)出閉合風(fēng)門的相關(guān)指令，并將指令傳輸?shù)诫姶砰y，電磁閥就會(huì)改變運(yùn)動(dòng)的方向，并帶動(dòng)風(fēng)門上的活塞，使風(fēng)門自動(dòng)完全閉合，從而能夠完全控制風(fēng)門的閉合.（2）設(shè)備集中控制：煤礦系統(tǒng)在正常運(yùn)營(yíng)中，通常需要多種機(jī)械設(shè)備來(lái)完成煤礦的生產(chǎn)工作，常見(jiàn)的有刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)、帶式輸送機(jī)等等.煤礦系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)需要對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行集中控制，提高生產(chǎn)的安全性和生產(chǎn)效率.煤礦系統(tǒng)電氣控制中，其能夠?qū)?shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的啟停狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行相關(guān)參數(shù)等方面的控制，從而實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采、煤礦地面分篩、煤礦運(yùn)輸?shù)确矫娴目刂?除此以外，在安全生產(chǎn)方面，PLC對(duì)開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，以便分析現(xiàn)場(chǎng)中的安全狀況，預(yù)警各種事故的發(fā)生，提高煤礦綜采的安全性.

5 結(jié)束語(yǔ)

PLC作為一項(xiàng)先進(jìn)的控制技術(shù)，其具有廣大的應(yīng)用前景.從目前來(lái)看，PLC的應(yīng)用逐漸從從工業(yè)的電氣控制擴(kuò)展到其它行業(yè)的電氣控制.目前，關(guān)于電氣控制和PLS的研究中，越來(lái)越多的新性電氣自動(dòng)化產(chǎn)品出現(xiàn)，并投入市場(chǎng)中，極大促進(jìn)了電氣控制的發(fā)展和更新，使電氣控制更加完善.而且電控制系統(tǒng)不斷完善，與PLC的聯(lián)系愈加緊密，兩者逐漸的實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化的發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的電氣控制系統(tǒng)中，有利于促進(jìn)我國(guó)電氣控制研究領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展.

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1673-260X（2017）06-0015-02

2017-03-11

福建省科技計(jì)劃引導(dǎo)性項(xiàng)目《基于沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵控制技術(shù)的研究》(2015H0028)