PLC技术在机电自动化控制系统中的应用_朱科平.pdf

第 50 卷第 2 期 农业工程与装备 2023 年 4 月Vol.50 No.2 AGRICULTURAL ENGINEERING AND EQUIPMENTApr.2023 PLC 技术在机电自动化控制系统中的应用 朱科平，曾闰平，江 鹏，邹春根，丁雯霞(江西新余国科科技股份有限公司，江西 新余 338000)摘 要：机电自动化控制系统由于具有可提升设备运行效率、简化设备操作流程、保证设备稳定运行等优点，被广泛应用于国防军工、机械制造、农业生产等领域之中。通过分析 PLC 技术的应用优势，进一步拓展其在机电自动化控制系统中的应用场景，对于推动我国工业的自动化、智能化发展具有重要意义。关 键 词：PLC 技术；机电自动化控制系统；应用探究 中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：20968736(2023)02003502 The application of PLC technology in electromechanical automation control system ZHU Keping,ZENG Runping,JIANG Peng,ZOU Chungen,DING Wenxia(Jiangxi Xinyu Guoke Technology Co.,Ltd.,Xinyu,Jiangxi 338000,China)【Abstract】Mechanical and electrical automation control systems are widely used in industries such as national defense and military industry,mechanical manufacturing,and agricultural production due to their advantages of improving equipment operation efficiency,simplifying equipment operation processes,and ensuring stable operation of equipment.By analyzing the application advantages of PLC technology and further expanding its application scenarios in electromechanical automation control systems,it is of great significance for promoting the automation and intelligent development of Chinas industry.【Keywords】PLC technology;mechanical and electrical automation control system;application exploration 机电自动化控制系统在工业的发展过程发挥出了至关重要的作用，大幅度提升了设备的运行效率与运行精度，为工业革命奠定了坚实的基础。早期的机电控制系统由继电器组件和各种仪表组成，继电器组件主要用以实现数字和逻辑控制，仪表用于实现模拟回路控制。随着科技的发展，工业产品更新换代的速度越来越快，原来的继电器组件需要频繁的更新才能满足生产需求，极其影响生产效率。PLC 技术是可编程序控制器(Programmable Logic Controller)的简称，美国数字设备公司为了解决早期机电控制系统的弊端，于 1969 年研制了世界上第一台可编程逻辑控制器，用于通用汽车有限公司生产流水线自动控制系统的升级。该控制器采 作者简介：朱科平(1970)，男，湖南娄底人，大学本科，工程师，主要研究方向为机电一体化。用插件式结构，具有编程简单、升级方便、体积小、可靠性高等优势，迅速成为机电设备的常用控制装置之一。经过五十多年的发展，PLC 技术以传统顺序控制器为基础，不断融合各种先进技术，已成为工业自动化控制的主流技术之一1。1 PLC 技术在机电自动化控制系统中的应用优势 1.1 兼容性能突出 PLC 技术诞生的初衷就是基于逻辑运算处理建立 PLC 模块体系，配合内存设备、电源设备、I/O模块单元共同完成设备信息和数据的处理，以提高控制系统整体的运行效率2。PLC 技术的兼容性能优势体现在以下几个方面：一是逻辑、运算、驱动等功能的集成支持多种 I/O 模块类型，可根据控制系统 36 农业工程与装备 2023 年 4 月 需要快速完成升级，随时进行编程；二是基于单一的学科平台开发，便于控制系统模块的分布式操作，添加插件和功能时方便快捷；三是具有模块化、开放式的结构，适用于工厂生产自动化生产流水线的优化升级，便于维修拆装；四是编程语言通俗易懂，可缩短开发、设计、调试时间，甚至能在不拆机的情况下完成控制方案的升级。1.2 抗干扰性能强 PLC 技术有软件和硬件两种应用形式，具备很强的抗干扰性能。一是控制系统一般采用分段式结构，对系统的电源变压器进行了有效隔离，在拓展变压器容量的同时，降低了电源与电网产生的干扰；二是引入硬件过滤器处理信号源与信号线之间产生的信号差，避免了外部信号的干扰；三是在共模干扰位置一般装有共模扼流圈，在差模干扰位置一般装有滤波元件，两者之间形成的输入滤波电路有效隔离了电磁辐射的干扰；四是在控制系统中使用中间继电器实现 I/O 模块传输通道信号的转换，促使屏蔽层的两端接地，屏蔽了外界干扰；五是在线路中安装有定时器，在保证信号传输的同时，弱化了干扰信号对输出信号的影响；六是技术人员还可以通过设置互锁保护程序、使用数字滤波器、提升软件容错率等多种方式，强化自动化控制系统的抗干扰能力。2 PLC 技术在机电自动化控制系统中的应用 2.1 开关量控制 PLC 技术在开关量逻辑控制领域的应用非常广泛，在控制系统中将可编程存储器作为软件型虚拟继电器，以时间、组合、计数、实时、延时、随机等逻辑实现开关量控制。近年来随着 PLC 技术的不断成熟，结合互联网技术可大幅拓展开关量进出点的控制范围，还可以任务树状图的形式完成仿真模拟设计和系统运行检测。PLC 软件程序编写简单，具有软触点多、可靠性强的优势，非常符合工业生产线中多工况、多变化的开关量控制需求。设计人员可根据冶金、机械、轻工、化工、纺织等行业的生产需求，编写多套或多组控制程序，在优化机电自动化控制系统性能的同时，简化设备的结构和线路，有效提高开关量的自动化控制水平。2.2 顺序控制 顺序控制是设备各执行机构在生产过程中按照预先设定的工艺顺序、转换条件，实现生产过程的自动化控制。对于生产设备的机电自动化控制系统而言，受控设备某一环节生产动作的执行取决于控制系统对上一步骤完成信号的接收，因此每个步骤之间必须保持高度关联，即便出现操作失误或者信号元件故障，也不会影响设备的操作顺序。功能表图(状态转移图)是描述控制系统控制过程、功能、特性的重要工具，也是一种通用的技术语言，由连接条件、转换条件、操作指令等组成。应用 PLC 程序完成功能表图的绘制，可使控制系统以步进式的顺序控制电路和发出操作指令，提升各个生产环节衔接的稳定性。2.3 闭环控制 传统的机电设备自动化程度不高，大多采用手动方式启停，不但会影响设备运行的安全性和可靠性，而且容易引发故障，将 PLC 技术应用于闭环控制可以有效解决以上问题。闭环控制可分为单闭环控制和多闭环控制，包含了智能控制、电机调速、循环控制多种形式，闭环控制中变量信息的采集和处理尤为关键，因此一般通过应用 PLC 技术构建多个单闭环控制系统实现设备的同步控制。例如，PLC技术可以及时反映单闭环控制系统的连续运行状态，当设备的运行状态突然发生明显变化时，传感器会将电流信号转换为模拟信号后反馈至系统，再由系统模拟电流强度完成信号输出，输出模块会将异常信号转换成正常的电流信号，实现闭环控制3。2.4 模拟量控制 工业生产过程中的电流、电压、温度、压力、转速、扭矩等关键参数会随时间不断发生变化，在控制领域中这些随时变化的物理量也被称为模拟量。机电自动化控制系统通过各种类型的变送器、传感器完成外部信号的采集(模拟量的输入)，由于控制系统只能接收和计算数字量，因此只能通过（下转第 39 页）第 50 卷第 2 期 赵永燕 绿色设计在机械设计制造中的应用 39 3 结语 我国是工业大国，也是资源消耗大国，目前工业生产中大量的资源高度依赖进口。工业生产粗放的发展模式导致资源利用率不高，产生了大量的废气、废料、废水，不但影响了生态环境，还对经济发展造成了阻碍。全面推动绿色设计在机械制造行业中的应用，对传统工业机械设备进行优化和升级，使机械设备具备节能减排、便于拆装、可循环使用等属性，不但可改变我国工业过度依赖资源消耗、依赖低成本竞争、依赖高能耗高排放的发展模式，缓解经济发展与环境保护之间的矛盾，还可有效提高资源的利用率，解决能源紧缺、环境污染等问题，实现经济效益、生态效益、社会效益三者的协同发展。参考文献 1 朱静.新时期机械设计与制造中的绿色设计法探析J.内燃机与配件,2021(6):174-175.2 邹文.机械设计与制造中的绿色设计法探讨J.现代物业(中旬刊),2019(7):42.3 李志春,张路得.基于绿色设计的多功能童车设计研究J.包装工程,2017,38(20):169-173.责任编辑：阳湘晖 英文编辑：吴志立 （上接第 36 页）A/D 转换器将模拟量转换成数字量，经系统分析运算后，再由 D/A 转换器转换成模拟量完成输出。在整个模拟量控制的过程中，信号转换的速度和精度直接影响着控制效果。PLC 技术有强大的数字处理功能，不但能够对数字进行加减乘除等基础运算，而且还可完成开方、浮点、插值等高级运算，可有效提高信号转换的速度和精度，还可同时实现开关量控制 4。3 PLC 技术在机电自动化控制系统中应用的发展趋势 近年来，随着工业的自动化、智能化发展，通用性的 PLC 技术和产品已经难以满足多元化的生产需求。随着智能工厂的普及、物联网的发展，工业物联网的应用已成为大势所趋，未来 PLC 技术在物联网等方面的相关应用将更受用户青睐。IT 与 OT 技术的融合发展，对机电控制系统终端设备的通信功能提出了更高的要求，未来 PLC 技术不但要实现控制器之间的通信，还要实现控制器与其它智能设备的通信，因此进一步提升设备的兼容性、稳定性，完成设备的微型化、集成化、智能化升级，将是 PLC 技术未来主要的应用方向5。4 结语 PLC 技术由于具有应用灵活、维护简便、可靠性高、抗干扰性能强等优势被广泛应于机电自动化控制系统中。随着工业的自动化、智能化发展，通用性的 PLC 技术和产品已经难以满足多元化的生产需求，充分结合先进科学技术的优势，进一步拓展PLC 技术在机电自动化控制系统中的应用场景，对于推动我国工业的自动化、智能化发展有重要意义。参考文献 1 唐培伟,李昕.PLC 技术在机电自动化控制中的应用探究J.内燃机与配件,2021(22):226-227.2 杨云舟.PLC 技术在自动化控制中的应用分析J.集成电路应用,2021,38(11):54-55.3 赵永涛.传感器技术在机电自动化控制中的应用J.时代汽车,2021(22):171-172.4 李学鹏.PLC 技术在电气工程自动化控制中的应用J.数字通信世界,2021(11):39-40.5 张涛.PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用分析J.中国设备工程,2021(20):210-211.责任编辑：阳湘晖 英文编辑：吴志立