PLC技术在机械电气控制装置中的应用
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作者: 程香
摘 要 在现代电气自动化研发与制造领域中，PLC 控制技术的的应用范围日趋广泛 ，而且发挥了重要的作用。 与传统的电气化控制装置相比，PLC 控制技术的应用以微处理器为基础，而且综合了自动控制技术、计算机技术、继电器控制技术、通讯技术的优势，有效促进了其应用领域的不断拓展。 PLC 以其可靠性高、灵活性强、使用方便，与 CAD/CAM 和工业机器人一起被称为现代工业生产自动化的三大支柱。 本文将对 PLC 技术在机械电气控制装置中的应用进行分析和介绍。
关键词 PLC技术；电气控制；机械装备
中图分类号TM76 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）96-0135-02
0引言
近年来，机电一体化技术迅猛发展，PLC作为自动化领域的佼佼者，正得到越来越广泛的应用和重视。在20世纪下半叶现场总线技术兴起，现代计算机、通信技术、控制技术组合为一个整体，随着此方面研究的深入，PLC作为一个集大成者崭露头角。由于灵活的控制手段、简单易读的编程语言，PLC的优势日益凸显。
1 PLC组成
PLC由CPU、存储器、I/O输出接口（输入输出接口、外部设备接口、扩展槽等）、外设备编程器及电源组成。通过控制总线、电源总线、地址总线和数据总线，PLC内部单元组成一个整体。在外部，则根据控制对象配置设备和采用适当的控制策略构成一个完整的PLC控制系统。PLC根据结构可分为固定式和模块式两种。
2 PLC的优势
可编程控制器（PLC）采用数字运算操作系统，是一种专用的工业控制器。其内部存储器可以存储可编程序，执行逻辑运算、布尔运算、顺序控制、过程控制、运动控制、定时计数和通信控制等操作指令，并通过数字、模拟信号的输入输出控制各类机械的生产过程。
PLC采用模块化组合，结构紧凑，系统搭配灵活，抗干扰能力强、可靠性强、编程语言易读、柔性好、出错后可在线修改等优点，在工业现场开关逻辑控制、机械自动化数字控制、机器人控制、负反馈控制和多级自动控制系统中得到广泛应用。近几年，在煤矿采掘机械、冶金机械等重型设备中，PLC逐渐代替了传统继电器触发器控制，取得了良好的经济效益。
3 控制技术类型
PLC技术在产品生产中的应用以DCS（集散控制系统）和现场控制系统（FCS）为主。
1）集散控制系统。DCS主要用于控制危险性分散、显示集中和管理。它通过信息技术、自动控制技术和通讯技术，借助特定网络将生产部门的控制主站、监测站互联，统一调度、集中管理。DCS的结构主体包含三个部分：通信总线、显示装置和控制系统。通信总线起到桥梁作用，沟通起控制部分和显示部分。它的设计原则是“信息集中、危险分散”，将信息高度集中化，同时对生产全过程的管理进行优化；
2）现场总线控制。FCS控制系统是一个通信网络，它将智能现场设备、数字式、双向传输、多分支结构互联，支持多节点、总线式、双向全数字通讯。FCS由底层infranet网络、控制节点、现场环境等部分构成，形成一个完整的分布式控制体系。现如今，FCS在工业自动化领域得到了越来越多的关注。
4 PLC技术应用举例
4.1空气压缩机群组的微机监控系统
传统的空气压缩机以单片机和工控机为控制核心，其监测系统数据测试不准，整机抗干扰能力差。而以PLC为核心的群组微机监控系统很好地解决了这个问题，使得空气压缩机的运行稳定性和安全性大大增加。国内的空气压缩机大多采用普通继电器控制，作为煤矿生产的核心设备之一，其保护和监控水平较低，无法达到《煤矿安全生产纲要》的相关要求，故障率很高、检修维护工作量大，严重制约了生产效率。有些条件较好的矿井将微机控制技术和自动控制技术应用到空气压缩机中，但由于选型和技术措施适应性不佳，未能与压缩机房的特殊生产环境相匹配，因此使用寿命较短。新型微机监控系统由温度压力变送器、断水装置实现信号采集，再经由PLC各相关模块由CPU进行处理，通过数显仪表显示设备工作状态和参数值，实现了高温通断保护、压力检测保护、电信号检测维护、机群集中控制、断水报警等功能。
4.2选煤厂集控系统
某矿业集团选煤控制系统采用地层PLC控制结合上位机监控的组合模式，数据量逻辑控制辅以少量工艺过程参数模拟量诊断检测，实现工艺流程系统设备的启停集中控制和运行连锁控制，并实现对工艺过程参数的闭环控制，已经接近国际领先水平。
该厂原先采用SIMATICTI545作为集控系统内核、配煤系统采用SIMATIC S70-300。根据功能需求，集控系统的整体框架包含筛分系统、原煤重介选矸系统、储存装运系统、水系系统、离心脱水系统、捞坑系统、杂志滤清系统、压滤监控系统构成。集控系统有三个操作站：沉降离心脱水系统、捞坑系统和水洗系统由调度室统一操作；原煤集控室负责操控筛分系统和重介选矸；储存装运系统由储运集控室操作。压滤车间设备直接显示在模拟盘上。三个集控室有独立的PLC主机，互不干扰，版本各异。新型集控系统将洗煤、压滤与储运集中在一台PLC主机，原煤车间由一台PLC主机控制，大大精简了系统规模，同时两台主机独立工作，互不通讯，系统只借助上位机进行互访。
选用施耐德140系列PLC系统，主机选用CPU13103中央处理单元，RAM容量512KB，MODBUS、MODBUS-PLUS接口。MODBUS-PLUS工业总线分布控制系统作为与现场设备状态检测及控制电路的核心，在原煤车间和总调度室设置互不干扰的PLC主机站，主厂房8PD、9PD、10PD和5PD配电室、原煤车间、重介跳汰配电室、原煤变电所、筛分车间配电室、储装运集控室、压滤车间配电室、原煤仓设置分控制室，原煤系统PLC控制器负责调控原煤车间、重介跳汰配电室、筛分车间配电室和原煤变电所，其余分布站均由工厂总调度室的PLC主机统一控制。
5 结论
机械设备采用PLC控制后，原先复杂的继电器逻辑被省略，优化了结构，节省了人力物力，也改善了系统稳定性。另外，PLC的使用维护较为简洁，具有电气背景的工程师很容易上手。多方面优势使得PLC在工控领域占据重要地位。现在要解决的问题就是PLC的高成本，由于国内PLC技术的相对落后，大量机械设备采用日本和德国技术，这无形中压低了国内机械行业的利润空间。笔者希望国内能在PLC技术领域不断寻求突破，以营造更为广阔的发展平台。
参考文献
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[3]徐丽春.基于项目教学法的《机电控制与PLC》教学模式[J].职论坛，2012（20）.
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