探讨PLC控制技术在机械自动化控制中的应用

王秀钢

［摘 要］机械自动化控制是工业高速发展的要求，机械自动化控制不仅可以提高机械生产的效率，还能提高机械生产的安全性。在机械自动化发展过程中，控制单元过少、自动化功能简单是一直困扰机械自动化控制行业的问题。PLC控制技术具备操作简单、适用性强以及可实现复杂功能等优点，在机械自动化控制中应用，可以解决机械自动化控制中存在的问题。现阶段，PLC控制技术已被广泛应用于机械自动化控制中，推动了机械自动化控制的发展。本文分析了PLC控制技术的内容、工作原理和应用优势，在此基础上，剖析了PLC控制技术在机械自动化控制中的具体应用。

［关键词］PLC控制技术；机械自动化控制；应用

［中图分类号］TP2文献标志码：A

将PLC控制技术应用于机械自动化控制中，可以实现对机械整体运行过程的动态管理，PLC控制技术对机械运行的数据进行采样、分析，然后输出程序，控制机械的运行方式。当机械的输入条件发生改变时，PLC技术可以自动刷新输出，从而达到自动控制机械运行的功能。随着PLC自动控制技术的发展和在机械自动化控制中的进一步加强，目前的机械自动化控制已经实现了高效率、低能耗、高精度的制造能力。

1 PLC控制技术概述及其原理

1.1 PLC控制技术概述

PLC是一种数字运算控制器，具有存储和执行控制指令的功能。PLC通常包含CPU、内存、输入接口、输出接口、转换器等模块。最早的PLC只能实现逻辑控制的功能，随着自动化技术和计算机技术的不断发展，如今的PLC控制系统已经可以实现时间控制、 模拟控制、多机协同控制等功能，在机械自动化控制中得到了进一步的运用。

1.2 PLC控制技术的原理

PLC控制技术采用循环扫描的工作原理，用户程序按顺序存储在PLC中，处理器从第一个命令开始执行程序，与最终机制相遇后返回第一个程序，完成一次循环扫描。在PLC的扫描过程中，核心是程序的输入、执行及输出这三个阶段，内部处理和通信则是程序运行过程的助力，也是PLC扫描过程必不可少的两个阶段，PLC按照顺序执行这五个阶段命令所花费的时间，就是一个扫描周期。PLC有停止和工作两种状态，只有在工作状态下，PLC才会执行按顺序循环扫描的指令；在停止状态下，PLC只执行内部处理和通信的指令。输入抽样是PLC工作的第一阶段，在输入抽样中，PLC将序列读取系统所有端口的一般状态，并将读取的数据存储到输入显示存储器中［1］。第二阶段是方案执行阶段，在程序运行期间，输入显示寄存器不接收外部的信息，在这个阶段，即使输入信号发生了变化，映射寄存器的内容也保持不变，只有在下一个扫描周期才能读取信息。第三个阶段是程序执行，PLC根据标准PLC图扫描原理，按从左到右然后往下的顺序扫描，当用户程序处于I/O状态时，PLC将读取上一阶段显示寄存器中输入端口的状态，然后读取输出寄存器中对应的显示寄存器，遵循一定的逻辑对用户输入的程序进行计算，并将结果放入相应设备的寄存器中，在程序执行过程中，设备显示的内容也会随之更改。最后一个阶段是输出处理，程序执行完成后，将程序执行的结果转化为信号传输到需要控制的设备上，实现对设备的控制。

2 在机械自动化控制中运用PLC控制技术的优势

2.1 操作方便灵活

PLC具有良好的靈活性，特别是模块式的PLC。模块式PLC主要由CPU模块、输入/输出模块、能源模块和具体的功能模块组成。在机械自动化控制系统中运用模块式PLC，可以根据系统不同的需求选用不同功能的PLC，对机械自动化控制系统的功能扩展有着重要的作用。不仅如此，模块式的PLC还具备装配方便、操作灵活的特点。

2.2 可以实现更为复杂的功能

在机械自动化控制系统中运用PLC控制技术，可以实时采集机械自动化系统的运行数据，并对数据进行整理分析，提前识别机械运行异常，保证机械能够持续有序地运行。此外，PLC还可以采集机械自动化系统运行期间的图片或是视频，并将相关的数据传输到输出显示器中，技术人员根据图片或是视频，可以直观地了解和分析机械自动化系统的运行情况，根据这些数据，技术人员可以调整机械自动化系统运行的参数，确保系统能够运行顺畅。此外，PLC具备良好的抗干扰性能，将这一性能运用到机械自动化控制系统中，可以降低外部因素对机械自动化系统运行的影响，提高机械设备运行的稳定性［2］。

2.3 具有良好的适用性

PLC控制技术的适用性特点包括以下四个方面。第一，单机控制，常被用于一些功能简单的机械自动化控制系统中，单机控制系统不需要与其它设备协同控制。第二，集中控制，适用于需要协同控制多个对象的机械自动化控制系统，由同一台PLC完成对多个对象的控制。第三，远程I/O控制，该系统主要用于庞大的机械自动化控制系统中，庞大的机械设备需要控制的对象多且分散。第四，分布式PLC控制系统主要用于多对象控制系统中，分布式PLC控制系统由多个PLC组成，PLC之间通过网络进行连接，每台PLC控制一个或相对集中的几个对象，PLC和控制对象之间组成一个相对独立的单元，网络将这些单元连接在一起，构成机械自动化控制的网络系统，这些单元可以由统一的控制中心管理或是调度。在机械自动化系统中，一些大型的自动化生产线或是柔性加工系统常会用到这种控制技术。

3 机械自动化控制的其他系统

在机械自动化控制系统中，除了PLC系统，常用的还有DCS控制系统和FCS控制系统。

3.1 DCS控制系统

DCS是一种集散型的控制系统，该系统可以分散控制自动化系统中的风险元素，达到降低风险、提高系统设备运行稳定性的目的。DCS控制系统主要运用了PLC混合技术，将PLC控制技术和计算机技术结合在一起，收集设备运行的各项参数，并对数据进行整合与分析，通过数据判断设备的运行状态，然后对设备发布指令，调整设备的运行状态，使设备始终处于最佳的运行状态中，降低故障发生的概率。当设备发生故障时，DCS系统的分散控制技术可以对设备故障的发生点进行快速定位，并对故障的原因进行初步的分析，方便技术人员技术处理故障，降低对设备运行的影响。

3.2 FCS控制系统

FCS控制系统是一种现场总线控制系统，该系统具有双向性的特点，控制现场的设备之间可以实现双向数字通信。数字智能装置是FSC控制系统的主要硬件支持。FSC控制系统可以实现信息处理现场化，减少了信息传输的时间，提高了数据处理的效率。将该系统应用于机械自动化控制系统中，技术人员可以及时获取有效的数据，更好地开展对机械设备的自动化管理工作［3］。

4 PLC控制技术在机械自动化控制中的应用

4.1 在机械自动化系统中处理数据与通信

数据是机械自动化控制系统运行的重要依据，系统良好的数据处理功能，是实现系统设备运行精准度的保证。PLC控制技术具备良好的数据监测、运算和处理功能，不仅可以采集机械设备的运行数据，还能对采集的数据进行精准的运算，既可以采取矩阵类型运算，也可以采取函数类型或是逻辑类型的运算。PLC将运算的结果传输到控制系统中，转换后与系统存储器内预先设定的参考数据对比，进而对系统发出控制的指令，实现自动化控制的功能。PLC的通信功能可以实现数据的快速精准传输，该功能与现代有线通信技术和无线通信技术相结合，则可以完善机械自动化系统的通信功能，确保系统的通信功能既能满足机械自动化控制的需要，又能满足管理人员对设备进行管理所需的通信要求。运用PLC技术的数据处理功能，系统可以及时识别机械设备的故障并对故障进行分析，同时启动报警系统，通知系统管理人员。管理人员根据PLC的数据，及时处理故障。

4.2 对系统中设备运动和生产过程的控制

PLC技术可以实现对机械运动零部件的运动控制，这是机械自动化的基础。PLC控制技术掌握机械自动化系统中各类型运动零部件的状态，在实际的控制过程中，根据程序的输出命令，控制零部件的运动轨迹，实现自动控制的功能。例如，在数控机床的控制系统中，利用PLC技术和位置传感器，就可以控制数控机床的运行方向和机械手的运动轨迹。又如，在自动化生产线上，利用PLC技术的位置检测功能，就可以控制零部件在传送带上的运行轨迹。在生产过程控制方面，利用PLC技术，可以实时监测生产的全过程。PLC还可以监测生产过程的可变参数，根据参数变化对设备发出调整的指令，提高设备运行的安全性［4］。石油化工行业经常需要面对一些易燃易爆的气体或是液体，在生产过程中，可以采用PLC控制技术监测气体或是液体的相关参数，如压力参数等，系统根据参数调整设备的运行参数和控制设备的运行动作，确保生产能够安全运行。

4.3 在机械自动化系统中进行开关的编辑和控制

在机械自动化控制中，需要利用继电器的功能完成开关状态的设置。与传统的需要人为控制继电器的开关相比，PLC技术可以实现继电器开关的自动化操作。利用PLC技术监测生产线或是设备的运行状况，根据设定的程序，当检测到生产线或是设备需要开时，PLC输出“1”的信号，驱动控制模块，继电器接通；当检测到生产线或是设备需要停止时，PLC输出“0”的信号，继电器断开。对一些特殊的设备，“0”和“1”的设定可以保护设备和设备操作人员的安全，当PLC系统检测到设备有异常状况时，及时输出“0”的控制信号，切断设备的电源，暂停设备的运行，直到异常情况解决后，才输出“1”的控制信号，接通设备的电源。

4.4 可以实现机械自动化系统的闭环控制

PLC的闭环控制技术，在泵类设备中得到了广泛的应用，特别对多个泵组成的泵组系统，PLC控制技术更具备优势。泵类设备在运行过程中对密封有较高的要求，传统的泵组系统多采用分布式闭环控制系统，在对每一个设备都设置了独立的密封结构的基础上，控制泵类设备的运行状态。复杂的泵组系统给管理、维护和维修带来了很大的困难。利用PLC技术对泵组系统进行控制，可以在不用给每个设备都设置独立密封结构的情况下实现闭环控制。PLC控制系统将泵组设备连接在一起，统一密封，同时对泵组的数据进行共享和管理。在实际的生产过程中，如果系统内的设备出现了故障或是闭环控制失去了作用，控制系统可立刻检测到相应的情况并识别故障设备，切断故障设备的电源。PLC控制技术还可以监测闭环系统内设备运行的各项参数，包括压力、流量等，根据参数判断设备的运行状况，如果设备的运行状况出现了问题，可及时做出调整，必要时可以切断设备的电源［5］。

4.5 在机械自动化控制中用作顺序控制

机械自动化生产过程必须按照程序设定的步骤进行，顺序一旦出错则无法完成生产。在传统的控制系统中，一旦自动化生产流程的某个机械设备出现了问题，生产只能停止，待设备维修完成再重新运行，对生产效率影响较大。有时还会出现设备出现了故障，但是技术人员没有及时发现并采取措施，导致产品质量出现问题的现象。PLC控制技术可以对生产流程进行顺序控制，实时监测生产系统设备的运行情况，发生设备出现问题时，PLC计算后会调整运行参数，在不叫停生产线的情况下修复问题。PLC还可以对生产系统整体设备进行控制和分析，当某个设备出现故障时，PLC从整体出发，通过调整设备的运行顺序、变更设备的参数或是采取替换操作等功能，尽量保障生产线能够持续运行。

4.6 PLC技术在机械自动化控制中的应用发展方向

随着PLC技术的发展和应用理论的完善，PLC控制技术在机械自动化控制中的应用优势也越发明显，随着PLC技术在机械自动化控制系统中的深入应用，未来在机械自动机控制中应用PLC技术，需要关注以下几点。第一，基于机械自动化控制的需求，对PLC技术进行深度的开发，形成一套为机械自动化控制所用的PLC控制技术体系。第二，制定PLC技术在机械自动化领域中的应用规范，建立相关的应用标准，使机械自动化行业能够规范、标准地应用PLC技术。第三，开发更多的PLC自动控制的标准模块，提高标准模块在机械自动化控制中的适应性，使机械自动化控制可以实现更多模块化的控制模式。第四，提高PLC模块的抗干扰性能，使PLC模块能够适应更恶劣的环境，并保持运行的稳定性。

5 结语

机械自动化控制是现代工业发展的基础和方向。PLC控制技术通过其强大的运算功能和数据处理功能，对机械自动化控制系统进行整体或局部的监测、控制，可以提高机械自动化生产的效率、提升产品的精密度、延长设备的使用寿命、降低生产过程中的能耗。目前PLC控制技术结合计算机技术，已经可以实现多系统、远距离的控制功能。随着PLC技术和计算机技术的进一步发展，相信在不久的将来，PLC控制技术在机械自动化控制中，将会得到更广泛的应用，推动我国机械自动化控制技术的飞跃。

参考文献

［1］宋阳. PLC技术在机械电气自動化控制中的应用［J］. 造纸装备及材料，2022，51（11）：43-45.

［2］陶丹丹. 探究PLC技术在机械电气自动化控制中的应用［J］. 机械设计，2021，38（10）：160-161.

［3］李强. 机械自动化控制中PLC技术的应用探讨［J］. 电子世界，2021（11）：13-14.

［4］王超. 机械自动化控制系统中PLC控制技术的应用分析［J］. 现代工业经济和信息化，2021，11（5）：80-81，108.

［5］聂小娟. 机械自动化控制系统中PLC控制技术的应用分析［J］. 南方农机，2020，51（24）：148，158.