PLC在电气自动化控制中的应用研究.pdf

造纸装备及材料 第 53 卷 总第 226 期 2024 年 1 月 装备及自动化63PLC 在电气自动化控制中的应用研究杜剑华，张 强，李盛伟广西柳钢环保股份有限公司，广西 柳州 545001摘要：基于目前的机械发展和电气自动化发展趋势，有必要切实加强电气设备的自动化水平，提升电气设备自动化控制系统的运行水平，保障控制效果的同时提升社会自身的发展水平，激发社会发展活力。文章结合上述背景，介绍了 PLC 的内涵、结构和应用条件，并提出了 PLC 在电气自动化控制中的应用路径，供相关人员参考。关键词：PLC；电气自动化控制；数控系统分类号：TM76PLC 具备灵活多变且可编程的特点，是现代工业生产中不可或缺的关键技术。PLC 即可编程逻辑控制器，通过编程实现对设备的控制和监测，具有高度灵活性和可定制性1。引入 PLC 可以提升设备控制效果，减少人力和物力资源消耗，从而提高生产效率和降低生产成本。同时，远程操作还可以实现设备的远程维护和故障排除，减少了停机时间，进一步提高了整体工业生产效率2。PLC 具备较强的抗干扰能力，能够强化继电器的逻辑和自动控制效果。传统的继电器控制系统容易受到电磁干扰和外界因素的影响，而 PLC通过数字信号处理和快速响应能力，能够有效抵抗干扰，提高系统的可靠性和稳定性3。1 PLC 概述PLC 是一种广泛应用于电子系统的可编程控制技术，它通过数字运算的方式实现对电气设备的操作。在 PLC 应用中，可编程内存是一个非常关键的功能，用来储存各类指令，并能同时执行逻辑操作、序列控制和计数等多个指令4。PLC 的使用领域十分广阔，能够全方位地对电力自动装置进行监控，保证企业的安全、有效运行。从结构上来看，PLC 与计算机存在一些相似之处。它通常包括电源、中央处理器（CPU）、存储器、功能模块和输入输出（I/O）板等固定式模块结构。其中，电源是 PLC 的核心组件，失去电源将导致 PLC 无法正常运行5。CPU 板包含运算器、控制器、寄存器等重要组件，负责对存储器中的指令进行解析和执行。除了固定式模块结构，PLC 另一种模块组合方式为组合式模块结构，该结构包括机架、底板、电源、存储器、CPU 模块和 I/O 模块等部分。这种结构更加灵活，可以根据实际需求进行组合和扩展6。PLC 的具体结构如图 1 所示。PLC 的应用条件如下：（1）确保 PLC 与周边线路的顺畅连接，充分了解指令装置、执行装置和信号装置等周边线路的构成。PLC 的输出端主要负责接收和校验相关信息与数据，确保数据的准确性和可靠性。（2）通过应用程序实现各事件间的关联性，采用编程语言编写，并将其存储在计算机内存中7。在实际运用中，PLC 可以根据工控系统的特定条件，有目的地装配各种不同的功能模块。从而完成对整个系统的监控；还可以利用可编程控制器实现速度调节，根据企业的实际情况调整设备的性能，以满足企业的要求8。2 PLC 在电气自动化控制中的应用路径2.1 实现闭环控制在闭环控制中合理使用 PLC，不但可以在数控系统中及时、精准地传递各类命令，而且可以完成数值向封闭数据模型的转变。在数控机床（CNC）闭环温度控制工作中借助 PLC 的作用，能够收集各种设备的实时温度状态信息，并且将相关信息转变为电压值呈现在电子屏幕中，为相关人员了解设备温度情况提供方便9。其中，由于系统的温度、电压、电流等参数随时可能发生变化，在 PLC 的支持下可以快速完成电流模拟量与电压模拟量的转变，之后利用相关数据形成数据模块。在系统闭环控制工作中，包含人工操作系统和机作者简介：杜剑华，男，本科，工程师，研究方向为电气节能环保技术。文章编号：2096-3092（2024）01-0063-03 装备及自动化 2024 年 第 1 期 总第 226 期 造纸装备及材料64器启动系统，在合理运用 PLC 的情况下，可以更好地增强两个系统的控制效果。通过 PLC 实现对正在使用的电气设备的访问，精确评估其可实施性，确保其与实际电网的实际情况相符10。2.2 实现开关量自动控制在电气自动化中应用 PLC，可以达到最佳的投切调节，克服常规的缺点，减轻整个工作负荷与工作的难度，并与互联网相连接组成一个网络的开关量控制系统。同时，为减少开关操作过程中可能出现的安全隐患，增强整体程序的时序性和逻辑性。PLC 能够充分使电气自动化控制系统更加完美，当工人向系统中输入开关控制命令时，系统能够立刻作出反应，并对所收到的命令进行分析、处理，使其能够在最短时间内满足作业命令的需求，提高了信息传递的可靠性11。2.3 优化数控系统2.3.1 控制形式目前，嵌入式是较为常见的 PLC 控制形式。嵌入式 PLC 属于一种集成技术形式，其将数控（NC）技术和 PLC 相互结合，可有效实现数据通信，加快内部总线数据传输的效率，提升整体系统信息传输的速度。并且采取 PLC 和 NC 技术可实现 CPU 独立运行的目标，保障整个数控机床运行的稳定性12。2.3.2 数据交换通过 PLC 实现数控机床的数据交互，可以有效控制电气设备，提升设备的精确度。在数控机床中运用PLC，不仅可以提升生产效率，还可以增强产品的品质和稳定性。为了确保数据交换的稳定性和通用性，数控机床采用了不同的接口。这些接口可以与 PLC 和 CNC 相连接，实现数据的传输和交换。通过这种方式，数控机床可以实现与其他设备的联动，提高整个生产线的效率。数控机床的数据交换如图 2 所示。数控机床中的不同模块接口，可以有效提高数据交换的效率。这些接口可以将各个模块之间的数据传输速度提升到最大，确保数据的准确性和实时性。同时，这些接口还可以实现可编程控制的目标，使数控机床根据不同的需求进行自动化控制。基于界面的沟通模式是数控机床中的一个重要特点。通过界面，操作人员可以进行定制化的设置，以满足不同的生产需求。这种定制化设置可以提升数控系统的应用价值，使数控机床在不同的工作场景中更加灵活和高效13。2.3.3 功能模块在 CNC 系统中，通过采用 PLC 进行各个功能模块的编程，不仅能够实现对 CNC 系统的有效操作，还能实时监控其各项参数。数控机床本质上就是一台由计算机控制的机器，其可以由一个主控台来实现对整个机械的控制。在 CNC 系统中引入 PLC，可以大幅降低系统中的信号损耗，提高系统的稳定性和可靠性。此外，采用 PLC 控制系统将相应的命令转化为计算机语图 1 PLC 结构存储器CPU外围设备接口输入接口I/O扩展接口输出接口通信接口电源输入设备输出设备I/O扩展单元编程器上位计算机图形检测系统打印机EPROM写入器盒式磁带机条码判读器造纸装备及材料 第 53 卷 总第 226 期 2024 年 1 月 装备及自动化65言，并将计算机语言传递给数控系统，确保数控系统能够按照命令进行正确操作，由此实现准确、高效地控制14。2.4 改进矿井提升机在矿井提升机的运行过程中，PLC 控制系统的核心作用在于对电机实施精确的直流制动，以及在适当时松开机械抱闸，从而避免溜车问题的发生。这是因为提升机在运行过程中，速度和位置的实时检测与控制至关重要。通过 PLC 编程，可以生成提升机速度变化曲线，并通过模拟量输出口输出信号，以控制变频器，实现对电机转速的精确控制。此外，旋转编码器的应用也大幅提高了提升机的速度和位置的检测效率。编码器将电机转速信号实时传输至 PLC，用于计算速度及累积行走距离。监视器将计算结果可视化，方便操作人员实时了解提升机的工作状态。在提升机的制动系统中，井口安装的液压站起到了关键作用。在重车静止时，液压站可以通过 PLC 和变频器的控制实现自动制动。这种制动方式不但安全可靠，而且可以有效避免因机械抱闸故障导致的意外事故。此外，PLC 在变/工频切换和声光报警电路中也发挥着重要作用。当 PLC 的 Q3.1、Q3.2 输出开关量设置为 1 时，Q3.3 的输出开关量设置为 0，接触器 KM2会自动将电机连接到变频器的输出端。同时，KM1 动作，将工频电源与变频器输出端连接，启动电机。这种声光报警电路的设计，使操作人员能够在第一时间内发现并处理故障，确保了提升机的安全运行15。3 结束语工业技术的迅猛发展为工业生产带来了巨大的变革。工业机械电气自动化水平的不断提升以及 PLC 的广泛应用，使工业生产实现了自动化和高效化控制。同时，加强对工业机械电气控制装置的设计也是促进工业机械行业健康、可持续发展的关键。随着工业技术的不断进步，相信工业生产将会迎来更加美好的未来。参考文献1 冯军.PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用分析J.造纸装备及材料,2023,52(11):79-81.2 周名侦.基于PLC技术的船用电气自动化设备控制研究J.舰船科学技术,2020,42(12):178-180.3 韩笑.再制造发动机缸孔珩磨自动化控制与实时监测技术研究D.上海:上海电机学院,2023.4 杨林.基于PLC的建筑电气自动化控制技术研究J.工业建筑,2023,53(4):237-238.5 潘世丽,张晓萍.电气自动化控制系统路径优化方法设计J.制造业自动化,2022,44(10):179-182.6 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):160-161.7 廖松林.基于路径优化混合算法的电气自动化控制系统研究J.现代电子技术,2020,43(17):106-109,114.8 张永良.基于DSP和PLC的船舶电站自动控制系统的设计与实现D.大连:大连海事大学,2021.9 李争光.基于PLC的柔性制造控制系统设计D.银川:宁夏大学,2023.10 田龙阳.基于PLC的小型雕刻机控制系统的设计D.武汉:武汉轻工大学,2023.11 苏建,慕存强,任善剑,等.基于NX MCD的工业机器人视觉分拣数字孪生系统设计J.机床与液压,2023,51(23):73-79.12 麻慧琳,吴万东,徐志远,等.不同变形量5182-O铝合金汽车板PLC效应表现和吕德斯带演变J.精密成形工程,2023,15(12):50-57.13 韩冬松.面向工控PLC设备的渗透技术研究D.南京:南京邮电大学,2023.14 杨昊航.基于PLC的智能电梯控制系统设计D.长春:吉林建筑大学,2023.15 张亚琴.污水处理自动化控制系统研究D.南昌:南昌大学,2020.图 2 数控机床的数据交换输入单元通信接口PLC输出单元I/O扩展接口晶体管输出晶体管输出急停、跳转等高速信号机床到PLC输入信号PLC到机床输入信号PLC到数控机床数控机床到PLC