基于PLC的机械设备电气自动化控制研究_陆顺高.pdf

装备及自动化 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸装备及材料32基于 PLC 的机械设备电气自动化控制研究陆顺高江苏省宝应中等专业学校，江苏 扬州 225800摘要：机械设备发展的过程中，自动化水平对于其是否能够发挥作用，具有十分重要的意义。文章针对机械设备电气自动化控制中 PLC 设备的应用优势进行分析，并在此基础上对 PLC 在机械设备电气自动化控制领域中的应用方式进行思考，最后在机械设备电气自动化控制系统的设计过程中，合理利用 PLC 技术，为机械设备的自动化、智能化运行打下基础。关键词：PLC；机械设备；电气自动化；机械控制分类号：TP2731 PLC 在机械设备电气自动化控制的应用优势1.1 能够应对控制原理更复杂的环境机械设备电气自动化控制的过程中，早期使用基础的继电器系统进行控制，虽然可靠性较高，且便于维护，但继电器的控制原理比较简单，多用于简单机械设备的电气控制过程中。例如，在机器手臂移动控制、加工的过程中，电气自动化需要检测设备的移动距离，然后在控制机械手臂的过程中，控制手臂多个关节的电机、继电器，控制原理变得更加复杂，对控制精度的要求也越来越高。同时，伴随现代机械技术的快速发展，机器设备的结构更加复杂，电气控制系统的功能越来越多，因此机械设备的电气控制原理变得更加复杂，继电器系统的控制难以满足机械设备电气自动化发展的需求，同时也会增加机械设备控制系统的体积，阻碍了机械设备的应用范围扩大1。因此，在 PLC 控制器具有简单易操作、编程简易易学、体积较小等工作特点的加持下，在电气自动化中应用 PLC控制器的情况越来越常见。1.2 控制手段更加可靠现代机械设备的结构更加复杂，功能也更加完善，特别是在高精度、高科技水平的产品加工、生产过程中，控制手段的可靠性可以确保相应的产品能够高效、高质量地生产。同时，在电气自动化和智能化技术的发展过程中，电气控制的大多数内容通过事前编程的方式实现，从而避免因手动操作等问题导致控制出现延迟、失误的现象，极大地提升了电气控制的效率和可靠性。特别是在电气控制设备的安装、连接过程中，传统的继电器控制系统接线复杂、安装难度较高，利用 PLC 等设备可以通过芯片集成的软开关，利用事先编辑的程序逻辑有效地控制机械设备的电气系统，相关芯片已经集成了继电器、信号收集、定时控制众多功能2。因此在安装的过程中不需要额外的布线，从而降低了传统电气控制系统的接线、安装难度，并通过改动程序调整控制系统、控制标准，为机械设备的稳定、高效运行打下了基础。1.3 控制操作更加简便PLC 系统在实现控制功能的过程中，可以利用电脑连接 PLC 设计和调整控制程序。同时，利用相应的可视化编程工具就可以实现控制程序的编程，使用小型触摸液晶屏或者专业的计算机显示器都可以调整控制程序。同时，在编程的过程中，编程人员也不需要进行非常系统、专业的培训，利用编程工具集成的机械设备电路回路的编程素材系统，可以进一步降低编程的难度3。一方面，编程软件中模拟的控制程序原理与机械设备基本控制原理相同，借助软件中的控制元件、程序的资料库，能够通过简单的调取，实现相应的功能，从而达到简化编程、控制流程的效果；另一方面，PLC程序的模拟运行避免了线路连接、开关等区域的触点，同时在编程的过程中，也不需要直接运行机械设备，从而避免了编程问题造成的机械设备损坏现象。在实际运行的过程中，需要调试程序，提升软件控制的可操作性，使机械设备的控制更便于操作，为设备的高水平运行提供了良好的基础。作者简介：陆顺高，男，本科，中学一级教师，研究方向为电工电子。文章编号：2096-3092（2023）01-0032-03造纸装备及材料 第 52 卷 总第 214 期 2023 年 1 月 装备及自动化332 PLC 技术在机械设备电气自动化控制中的应用2.1 软开关控制在机械设备的开关控制过程中，通过向 PLC 设备中导入控制程序，实现特定开关控制效果，按照一定的逻辑顺序或者根据控制要求执行设备的运行动作，是 PLC 技术在机械设备电气自动化中的主要应用方向。例如，在顺序软开关控制的过程中，根据程序预定的动作，PLC 设备会发出相应的功能指令，从而完成相关的开关动作，以保障设备的正常运行。而在完成开关动作后，设备反馈的电信号还可以用于下一个开关控制的过程。PLC 设备识别反馈的电信号，判断上一次开关控制是否正常执行；在正常执行后，可以发出下一步的控制指令。在检测到异常的情况下，可以进一步调整开关控制，选择停止设备运转或者检查工作状态，以避免对设备带来不良影响4。例如，在车床加工工件的过程中，加工的工件在运输到加工区域后，需要控制机械设备执行加工动作，若在执行的过程中反馈的信号有异常，则需要调整工件的位置，然后进一步检测相关信号，在确定反馈信号正常的情况下，才能继续加工工件。2.2 闭环控制PLC 的可编程特点使其可以在控制的过程中，通过模拟控制环境的方式建立闭环控制系统，并在控制的过程中及时收集相关的数据，并反馈到控制程序中进行分析。在控制的过程中，通过收集机械设备中的各项运行要素，将其作为控制机械设备的判断数据，从而在闭环控制的过程中保持机械设备的高效、稳定、安全运行5。例如，控制机械设备运行中的电流、电压、温度等条件，分析预设值与实际检测值之间的差异，从而判断设备的工作状态是否正常。分析机械设备运行的健康状态，并在相关数值超出正常运行标准的情况下，预设的纠偏指令可以避免机械设备的运行超出既定的目标，从而避免机械设备在运行过程中因多方面原因导致的老化加快、故障等问题，有效地提升机械设备的可靠性。2.3 逻辑控制PLC 设备最大的特点是其在逻辑控制、数据处理方面的优势，既可以根据机械设备的运行要求实现对机械设备定时、顺序等多方面的控制，又可以根据控制的结果、设备的运行条件等方式判断、改变机械设备的运行模式。在此基础上，还可以根据机械设备实际运行的要求，进一步使用更复杂的控制逻辑，使机械设备能够实现更加复杂的运行要求。例如，在机械设备运行轨迹、加工状态的检测过程中，通过传感器收集机械设备的运行动态数据，可以根据工件的形态来调整控制手段，从而调整工件的加工过程，并进一步减少在加工过程中可能出现的故障和误差现象。同时，在逻辑控制的过程中，基于PLC 的编程，可以通过智能化的控制手段，提升逻辑控制的合理性与可靠性。例如，在数控机床精加工的过程中，智能控制技术可以精准分析当前工件的加工情况，并通过与设计数值进行对比，细化工件的加工方式，进一步提升加工的精度6。2.4 信息采集信息的采集与处理，对于提升机械设备的自动化水平、智能化水平具有重要的意义。在对机器设备运行过程进行全面、动态跟踪的情况下，可以使 PLC 控制器根据客观的数据参数调整机械设备的控制策略。充分了解机械设备实际的运行状态，并将相关的状态反馈到 PLC 设备和人机交互窗口中，如显示屏、触摸屏等设备，使操作人员能够通过手动调整或者 PLC 设备自动调整的方式保障机械设备工作的效果。例如，在故障检测的过程中，PLC 控制系统通过收集机械设备电压、电流、温度等方面的数据，对系统展开动态监控，及时发现影响机械设备正常运行的数据，并对出现的异常情况进行报警。然后在反馈信息采集过程中，收集各项机械设备数据，比如机械设备不同电机运行过程中的电压、电流，以便维护人员快速找到故障点。通过有效的故障自诊断和故障报警，提升数据的处理速度，从而为故障的诊断工作提供良好的支持7。3 基于 PLC 的机械设备电气自动化控制系统的实现3.1 PLC 设备和系统的选型现阶段机械设备在使用 PLC 设备的过程中，主要采用集中和分布控制两种，也可以结合两种不同的控制方式来实现对机械设备的多方面管理。集中控制可以通过远程管理的方式确保机械设备按照预定状态运行；分布式控制则通常用于本地自动化控制管理。在集中控制的过程中，需要设置 PLC 设备与上级设备之间的关系，确保设备之间的通讯互联 装备及自动化 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸装备及材料34情况，同时保证系统结构的简洁性，使控制系统即使在某一方面出现故障的情况下，也可以通过切断该部分的通信来避免受损范围的扩大8。而在分布式控制的过程中，可以根据机械设备的功能和控制要求，将电气自动化控制内容分成若干个独立的单元，并根据其独立的控制策略展开电气自动化控制，不会影响系统功能的正常运行。同时，在使用通讯端口反馈数据的过程中，可以保证不同控制端口的运行故障数据能够用于机械设备的生产以及维护过程中。3.2 PLC 硬件系统的设计为了提升机械设备应用的性价比，在设计硬件系统的过程中，必须考虑系统的类型、控制的要求、控制指令体系的处理速度、硬件设备的购置成本等多方面的因素，进行合理设计。在机械设备较为先进的情况下，可以采用模块化的硬件系统，增加机械设备的硬件端口，在使用和维护的过程中根据实际需求选择对应的功能模块，从而不断扩充硬件控制系统的控制能力。在 PLC 控制器的选择过程中，还需要确保 PLC控制器的功能较为全面，能够满足各种机械设备的控制要求，尽可能保证 PLC 控制器的型号规格统一，从而减少系统兼容、维护、备件采购等方面的难度。而在传感器的采购过程中，必须根据实际的控制要求和类型进行合理的选择。同时，还需要根据传感器的运行环境，采取有效的防护措施，例如，电流、电压传感器的安装过程中，需要采取抗干扰措施。流量、温度等检测的过程中，需要做好设备的防腐蚀处理。通过有效的防护，避免环境问题导致的检测误差现象。3.3 PLC 软件系统的设计软件系统设计的过程中，首先需要了解机械设备的生产与控制要求，并进一步绘制系统结构图，完善每一个流程、功能，并添加时序，从而确保机械设备电气自动化的控制要求能够在控制程序中完整实现。其次，软件系统的设计通常可以采用 PLC 设备厂家提供的开发工具进行编程，合理利用厂家提供的开发工具，使用在工具中集成的机械、电气设备信息库，通过可视化编程的方式来保障编程的准确性，降低编程难度。并通过各项指令，保证程序满足自动化控制的要求。在编程的过程中，还需要对各项语句的功能进行简单的注释，以避免在后期维护过程中产生的相关问题。此外，在程序调试运行的过程中，还需要根据设定的输入信号，实时观察输出信号的变化，并判断其在不同条件下的程序工作情况，可以通过模拟运行的方式及时处理程序中的冲突或者错误，从而提升程序的可靠性。3.4 附加功能的调整与设计PLC 设备在机械设备中的应用，会进一步增加机械设备的控制范围，因此会采用大量的集成电路来保障相关功能得以实现。而机械设备运行的不同环境，需要在此基础上进一步对集成电路进行扩展，使其能够满足设备运行的具体条件。例如，在机械设备运行受电磁干扰较为严重的区域下，为了避免设备失控，需要采取有效的抗干扰措施。此外，在常见的通信模块设计过程中，需要根据机械设备的控制要求，对其通信方式进行有效控制，同时还需要设计相关的通信安全保护措施，以避免非法通信接入机械设备。此外，机械设备加工功能扩展的过程中，也可以进一步调整 PLC 的控制程序，通过模块化的方式调用该加工模式，从而使机械设备能够广泛应用在各种工件的加工过程中。4 结束语PLC 设备在当前工业控制中发挥了十分重要的作用。PLC 设备的体积较小、应用成本较低、可靠性较高，可以用于机械设备的多种控制环境中，而可编程的技术优势使 PLC 设备的应用场景更加全面。因此，在机械设备电气自动化发展的过程中，必须重视 PLC 技术的有效应用，合理利用 PLC 技术的优势，在确保控制系统安全、稳定、高效运行的同时，进一步提升机械设备的生产加工能力，为机械设备的智能化发展提供良好的基础。参考文献1 宋阳.PLC技术在机械电气自动化控制中的应用J.造纸装备及材料,2022,51(11):43-45.2 韩莎莎.基于PLC的机械设备电气自动化控制分析J.造纸装备及材料,2022,51(9):19-21.3 李佳鹏.汽车灯罩自动化生产线控制系统的设计与应用D.北京:北京化工大学,2020.