PLC技术在电气设备自动化控制中的应用

陈素霞，倪艳凤

（1.新乡市天兴机械设备有限公司，河南新乡 453000；2.河南工学院 工程技术教育中心，河南新乡 453003）

引言

随着现代科学技术的不断发展，我国的企业生产也逐渐引用了多种类型的自动化控制系统来提高工作效率。从20世纪70年代起，大规模的集成电路和微型电子计算机逐渐在工业的机械化生产中实现应用，促进了我国工业现代化发展水平的全面提高。21世纪之后，数字化与信息化技术在全社会的推广中实现普及，我国的工业生产设备在电机技术、电子技术以及计算机控制技术发展的带动下实现工业生产设备的系统优化，PLC技术也在科学技术发展的带动下实现了广泛应用，提高了我国电气设备的自动化水平。

1 PLC技术的应用优势分析

1.1 编程控制，可靠性强

PLC控制技术是一种基于数据测算所形成的操作应用系统，其主要是基于一定编程来进行系统化的操作，从而在操作中实现系统化的控制，可靠性较强。例如在电气数控车床的控制系统中，原始的数据状态通过信号传输的形式输入控制系统中，并通过控制系统内部的程序化运作来实现系统指令的操作与处理，通过精准化的数据来保证程序运作的可靠性。这就能够基于电气工业机床等机械设备的器械指标来进行数据的输入，从而降低因数据状态不符合器械要求而产生器械损坏的风险，提高工业产品生产的精确程度。

1.2 功能完善，故障较少

PLC技术具备逻辑运算、数据处理、人机互动、即时记录等方面的应用功能，其能够将多样化的功能融为一个整体，从而通过系统化的运作来进行整个工业生产线的控制。这种工业设备在运作的过程中，由于应用了大量软继电器等抗干扰的部件，能够在系统化的操作中对于外界的干扰及时进行隔离与阻断，并且在整个工业设备发生异常的时候，能够通过外部设置的预警系统来对于异常信息进行辨别与比对，并提示中央控制器及时进行故障的处理与维护，从而使得整个运作系统的故障率降低，实现其长期可持续运转[1]。

1.3 流程简化，操作便捷

PLC技术能够按照一定的编程来进行自动化的操作，在一个完整的控制系统中，其在开关量控制、模拟量控制、运动控制、数据处理、通信与联网操作等方面设有专用的数据接口，这就能够使其在系统化的操作与控制中实现整个流水线的正常操作。虽然PLC技术在运作过程中可能会受到空间辐射以及系统外调节变量的影响，但是其用高速的运转节拍能够实现一次性的系统化精确操作，并且按照规定的参数标准完成整个工业零件的生产与加工，从而减少之前的手动操作所形成的数据误差，保证系统性信息的正常输入与输出。可以说，PLC技术能够在简化的流程中完成系统化操作，便捷又高效。

2 PLC技术在电气设备自动化控制中的应用

在PLC的操作流程中，其程序语言能够按照不同的符号以及图形来进行表达，例如梯形图、语句表、逻辑符号图以及高级编程语言等形式都是重要的表达方式，这些表达方式能够在整个工作流程中实现数据的呈现以及数据的解读。而在这个数据解读的过程中，PLC技术能够实现在顺序控制、闭环控制以及运动控制中的全面应用，且需要经过输入采样阶段、用户程序执行阶段以及输出刷新阶段来完成整个工作的流程。具体如图1所示。

图1 PLC控制流程

2.1 开关量的逻辑控制

在传统的电气设备控制中，主要采用的是继电器电路来操作与控制整个系统，但是其控制仅限于小规模、操作难度系数低的控制系统，对于大规模的、复杂的控制系统的应用程度则较低。随着我国经济建设水平的不断提高，工业生产的规模也在不断扩大，这就需要通过一种自动化水平高的系统来进行系统化的操作与控制。开关量的逻辑控制能够基于一种顺序控制系统来进行操作，能够应用于多个设备相连接的流水线操作。例如在电气设备的组合式机床的应用中，其能够按照一定的逻辑属性以数据通过译码的形式将数控装置的信号反送到各个关键的操作节点中，通过自动化的处理来实现复杂而精密产品的加工，从而通过一种数字化的系统性控制来进行整体的操作，提高劳动生产率。

2.2 模拟量数字量控制

整个电气设备在自动化运作过程中，会受到运作环境的温度、压力、流量、速度等方面因素的影响，这些因素作为一种外界的模拟量，需要实现模拟量与数字量的系统化转化来进行后期的数字化操作与控制，并且基于一定的转换模式来进行整个编程系统的数据分析与统计[2]。而模拟量多是非电量，而PLC只能处理数字量、电量，所以它们之间的转换要有传感器，把模拟量转换成数字量。这就需要在程序运作中经过变送器，把非标准的电量变成标准的电信号。例如在0～10 V的电压、12 000分辨率时被转换为0-1770Hex(0-6000)，12 000分辨率时被转换为0-2EE0Hex(0-12000)。在0～20 mA的电流时，在6000分辨率时被转换为0-1770Hex(0-6000)。在整个模拟量与数字量转化与控制的过程中，系统化的操作能够将基本的数据进行数字信号的转化，从而转化为程序能够识别的信号系统，以此来完善整个控制系统的运行。

2.3 圆周、直线运动控制

PLC控制器能够通过系统化的操作与控制来实现圆周运动与直线运动的控制。例如在数据采集阶段，PLC控制系统能够以电子扫描方式依次输入相应的机械状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应单元内，输入数据之后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中相应单元PLC控制系统也将按由上而下的顺序依次扫描[3]。在用户程序执行阶段，该系统在扫描每一条梯形图时，会先扫描梯形图左边由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算；然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态，或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态。这种运作模式能够应用于可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，且世界上各主要PLC控制器生产厂家的产品几乎都有运动控制功能，这些产品广泛应用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

2.4 系统闭环过程控制

系统性的闭环过程控制是PLC技术在电气自动化应用过程中一项技术性的补充，其能够通过自动、现场控制等形式来进行整个闭环的系统化操作，这也就能够使PLC控制系统在运作的过程中得到常规的控制系统的补偿，保障整个闭环过程控制的安全性。通常，电子调节单元、电液执行单元和转述测量单元是整个PLC应用系统的三个部分，这三个部分能够在整个系统化的运作中充当调节器的作用，从而在调节的过程中基于一定的机器运作规律来进行相应的系统化操作，保障其控制的合理性与可操作性。在目前我国电气闭环控制系统的运作中，整个系统的运作能够将泵机的工作时间控制在合理的大范围之内，从而通过具体运作时间的调整来减少对于泵机设备的损耗，避免长时间的运作对泵机产生损坏。

2.5 通信数据处理控制

整个PLC系统控制器在运作过程中，能够基于数据的采集与整理来进行数据编号，并且通过相应的符号质量来进行信号的发送与传输。在这个过程中，首先是数据的自动化处理阶段。例如在PLC脉冲量的计算中，数控机床的角度控制能够通过系统化的控制来明确电机的细分数，从而通过计算来获得步进电机转一圈所需要的总脉冲数。然后确定步进电机滚轮直径，计算滚轮周长，以此来计算每一脉冲运行距离，最后才能计算设定距离所要运行的脉冲数。其次，要实现电气设备的智能化通信，PLC系统需要通过多个通信接口的连接来进行信号的传输与接收。比如数控机床的加工精度一般可达0.05～0.1 mm，其主要是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一脉冲信号，则机床移动部件移动一脉冲当量(一般为0.001 mm)，而且机床进给传动链的反向间隙与丝杆螺距平均误差可由数控装置进行补偿[4]。可以说，通信数据的处理与分析，正是PLC系统化操作中自动化、数据化、智能化的表现。

3 结束语

综上所述，可靠性强、操作简便的PLC自动化技术能够在我国的电气设备中实现充分应用，其能够运用内部控制系统的优化来实现整个系统的正常运作，促使我国电气设备内部控制系统的优化与提高，并且其能够基于一定的工作原理与方法来完善电气控制系统中的硬件设备与软件系统，从而在数控系统的运作中建设高效的数控自动化运作系统，全面增强我国电气自动化的应用水平。