试论基于PLC应用技术的电气控制分析

韩海

摘 要：随着科学技术的日新月异，传统的电气自动化控制方式已不能适应当前的实际运用需要，基于PLC应用技术的电气控制技术应运而生。本文结合数控机床阐述了基于PLC應用技术的电气控制技术。

关键词：PLC应用技术 电气控制

一、PLC技术

PLC是可编程控制器的简称。1969年，美国数据设备公司研制出世界上第一台可编程控制器，它也是最早的工业电脑。自此以后，微电子技术和计算机技术不断取得突破，使PLC的自动控制功能和处理速度都有了显著提高。进入2010年后，PLC技术还具有数据通信、数据处理、PID控制功能，可以对模拟量进行控制。PLC技术在不久的将来会成为一种新型的工业自动控制标准装置。PLC在通信能力和控制领域正朝着电气控制和网络化的方向发展。PLC控制器是由存储器、输入输出接口和外围设备、电源等主要装置构成。PLC技术具有控制程序灵活可变、抗干扰能力强、编程简单易学、系统的设计、安装和调试都比较简单易操作等优点。随着自动化控制电气工程的需要越来越多样化，这种技术可应用于切断机、自动照明系统、空气调节系统和舞台装置等多个行业。将PLC技术融入电气工程自动化控制中，可以实现电气设备产品的储存量和计算机反应速度较快地相互融合。电气控制应最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的基本要求。在工业生产线中，流程控制是工业控制中较为重要的一部分，

电气控制系统经历了三个发展阶段，分别是接触器控制系统、连续控制系统及自动控制系统和可编程序控制器。近几年，计算机数字控制系统进入人们的视线，但其发展还不够成熟，尚未普遍投入生产。所以，可编程序控制电气控制系统仍然是当前被广泛接受的控制系统。近几年，数控机床正在进入高速加工时代，未来PLC技术还会向着高性能、高速度和大容量、编程语言多样化的方向发展。

二、基于PLC应用技术的电气控制

1.基于PLC技术的开关量控制

PLC采用循环扫描的工作方式，其工作过程课按照一般内部处理扫描阶段。传统电气控制系统使用的开关量控制为继电器。继电器是一种自动电气开关，由感应机构、比较机构和执行机构三部分组成。在电气控制中采用PLC技术控制往往在采集输入信号时会用到继电器，在输出控制信号时也会用到继电器。但它在进行通断控制时的反应时间比较长，很难在较短的时间内控制短路保护期间的通断。一定数量的开关控制设备是电气控制系统必不可少的配置。这些开关设备是否易于操控、工作是否合理对电气控制的实施效果具有直接而重要的影响。利用PLC的自动化控制技术对PLC的芯片进行编程可同时实现顺序控制和逻辑控制，取代原来的继电器。PLC技术应用于电气控制的实际效能表现在它在虚幻模拟的继电器运行中充当编程的存储器。并且，PLC技术还可保证对于单台生产设备的单独控制，可根据生产实际要求灵活操控机床工作数量和工作时间，从而实现了自动化程序中每个组件的相对独立性。PLC技术与数控机床之间可通过CNC输入/输出接口电路实现信号传送，最常用的基本逻辑指令为基本位操作、置位和复位、定时、计数和比较等逻辑指令。

2.基于PLC技术的控制模拟量

电气控制应用在不同的生产领域，其各项参数都会有所不同，尤其是对温度和湿度参数的调节和控制。如果温度和湿度严重超过生产所需的要求，那么就会使电气设备受到损害或者影响生产效率。以数控机床为例，数控机床的环境温度应在30℃以下，而相对湿度不应超过80%。所以，在生产实践中，自动化工业系统会出现种类多样且不断变化的模拟量，即连续变化的物理量。应用PLC技术可以保证主要数据的转化可以及时被监控和跟踪，提高控制模拟量运行的效率，一定程度上解决了模拟量的分析和运算难度大的问题。运用PLC进行模拟量控制，首先要用传感器采集相关生产信息，并且将其变换为标准电信号，送到模拟量模块，模拟量模块再将标准电信号转换成数字量。因为PLC具有强大的数字处理功能，所以，只要找到合适的算法，PLC利用经转换后的数字量处理相关信息，并且将产生的控制信息返送回模拟量模块，再以标准信号的形式传给执行器，执行器对这些信号进行放大和变换，就能实现生产要求。

3.PLC技术在运动控制和数据处理中的应用

运动控制的工作原理在于控制设备的配置中采用运动模块来执行指令，它可以灵活实现圆周运动和直线运动控制。PLC技术可以实现机床控制圆周运动或直线运动的特点，其控制的基本原理为：在控制设备的配置中需要选择专用的运动控制模板块控制，PLC自动化控制具有数据转换、数据传输和分析运算的实用统计功能。在进行数据处理时，它可以准确完成多项数据的处理工作，服务面较广。当前数据处理广泛应用于大型控制系统中，比如柔性制造系统、过程控制系统等。

以数控机床为例，数控机床的核心部分即数控装置。它也是数控机床工作的控制中心。基于PLC的数控机床共有两种类型，第一种类型是内装型的PLC，属于CNC装置，这种类型有利于数控机床顺序控制的实现；另一种是独立于CNC装置的PLC，这种类型的机床软硬件设施齐全、功能多样，可以满足多种要求的生产。数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，它可以根据编好的程序加工零件。数控机床加工零件对加工精度的要求比较高，需要机床具有稳定的加工质量。运用PLC技术适用于电气工程中能够使加工质量保证在一定范围之内。PLC技术还可实现多坐标的联动，加工形状较为复杂的零件，比如点位、循环、直线和圆弧进给运动选择，还包括坐标方向和进给速度等的选择。在车床工作中，需要对零件进行车削外圆、内圆、端面、切断、割槽和螺纹等。

3.电弧的产生和基于PLC的灭弧方法

电弧是在触头从闭合状态向断开状态切换的过程中产生的。它是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象，是一种带电质子的急流。电弧具有一定的危害。它不仅会使电器的寿命缩短，还会使切断故障的时间延长，可能会使电弧附近的电气绝缘材料烧坏，还可能形成电源短路事故。灭弧的常用原理有拉长电弧，降低电场强度；用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低弧柱周围的温度；还可以将电分成许多串联的短弧，增加维持电弧所需的临极电压。而常用的方法有电动机灭弧、磁吹灭弧、灭弧罩和栅片灭弧等。

传统的电气设备往往将继电器作为实现运行电路通断的主要控制器，但是继电器装置的反应速度比较慢，所以，巡检人员即使发现程序错误也难以在发生前制动设备。但是PLC技术为系统运行电路的自动切换和及时制动提供了方便。PLC技术具有即时反馈的作用，将PLC技术应用于电气控制中，工作人员可根据PLC设备的反馈即时了解电气设备的运行状态。一旦了解到电气设备的运行出现故障，工作人员就可根据反馈问题及时进行维修。

三、PLC技术在电气控制中应用的建议

由于PLC技术发展还尚未达到最佳效果，所以，其在电气控制中的应用可能出现一些故障影响生产。比如，鉴于控制负载或电磁干扰的接触器接触不紧或发生故障，PLC技术在电气控制工程中经常会出现动作错误，使指令无法执行。从控制方面来说，PLC应用技术的电气控制出现错误会使信号不完整，从而无法准确无误地传送到PLC系统的内部。这些问题都可能会对生产产生负面影响。这些问题也是我们亟需解决的问题。

首先，技术人员应提高PLC控制系统中输入信号的可靠性。具体来说，确保应用于生产的各种控制系统中的设备和零部件的耐用性和可靠性，减少甚至消除由于配件问题造成信号线破损、短路或断路等突发故障。因為主界面是PLC控制的主要部分，但也是较为容易出问题的部分，所以技术人员应该根据生产实际需求对主界面的部分功能模块进行优化改进，从而使主界面的功能可以满足生产多种要求，提高生产效率。

其次，应不断完善PLC自动控制系统的预警系统。预警系统在PLC技术的操作使用中具有重要的作用。预警系统可以对PLC操控下的生产突发状况和设备故障提出警报，从而让生产人员即使调整机械设备。预警系统应逐步向智能化的方向发展，配备与之对应的文字记录和显示系统。在将PLC技术融入到电控制工程中应建立最符合要求的系统使用单位和系统设计单位之间的沟通制度，从而保证创作出的设计符合要求。

最后，具有一定的标准是规范相关行为的有效手段。基于PLC技术的自动化控制电气工程应当尽快建立运用标准和具体规范要求，为信息化发展电气控制快速形成一定规模奠定基础，保障PLC技术的规范性应用和统一应用。将PLC技术应用于电气控制对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求也很高。操作人员和维修人员不仅要熟知机床的工作和维修技能，还要对PLC技术有所熟悉和灵活应用。在数控机床中使用PLC的电气系统可以使机床大主轴声速和进给量的范围扩大。关于PLC电气控制系统的设计应当将硬件设计和软件设计结合，同时进行，从而提高系统开发的效率、整体性和完整度。硬件设计要充分考虑设备、成本和器件的可靠性，而软件设计既要考虑用户的实际需求，又要尽量将指令的条数减到最少，而且可读性较强。

参考文献：

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[2]张巨洲.对基于PLC的电气控制技术应用的几点探讨[J].电子制作，2017（19）.

[3]潘天赐.基于PLC的数控机床电气控制系统研究[J].数码世界，2018（2）.

（作者单位：江苏省武进中等专业学校）