PLC技术在自动化控制的运用

PLC技术在自动化控制的运用

[摘要]随着科学技术的发展，电气自动化控制系统不断优化，电气工程控制更为智能化。控制核心器件的国产化在电气工程自动化的发展与应用中显得尤为重要,要解决国产器件的应用，实现工业自动化、智能化控制，还需要工程技术人员通过工程项目充分运用解决。

[关键词]PLC技术;国产器件;自动化控制;运用

PLC概述

可编程逻辑控制器简称“PLC”，它属于一种区别于计算机控制，由微电子技术、继电器控制技术和计算机及通讯技术学科相结合的一种具有专用运算处理芯片，处理速度快、集成度高的通用控制组件。以PLC控制器为核心的自动化控制系统，通过独有编程语言实现传统意义上的数据计算、逻辑控制及编程功能，通过控制器的I/O单元、物理总线及外围物理设备采集转换成PLC控制器中的运算处理单元识别的处理的信号，并且能够按照逻辑程序完成驱动执行部件，完成处理快速的逻辑顺序控制、复杂的过运算控制、比例积分微分控制及运动控制。将PLC技术与自动化技术相互结合，能够有效提升电气自动化设备的运行效率，同时还能够促进电气设备自动化的发展。PLC国产化器件在军工航天、医疗制药、印刷包装、自动生产线及过程控制等领域的广泛应用，势必提升整个电气自动行业的发展。国产PLC技术应用于电气自动化控制中的必要性随着国内微电子技术的发展进步，国产PLC具备以下几方面优势：具有良好的开放性，能够兼容IEC国际标准，支持现场总线标准及各类接口；具有简单操作性，能够通过学习快速掌握使用要领，搭建电气控制系统；具有可靠性，能够在复杂的气象环境、电磁环境下长期稳定工作；具有可维护性，通过建立模块部组件，能够快速解决故障问题；具有分布式组网能力，通过以太网、路由设备可以方便的集成监控、显示及执行一体化控制网络。通过后续国产PLC在各行业领域的应用，能够实现电气工程自动化领域工控成本的降低、控制效率提升及稳定化运行的应用目标。

PLC技术在电气自动化控制中的应用

1.步进顺序控制在PLC上的应用在大型自动化生产线建设中，自动控制系统主要包括：计算机控制系统、仪表控制系统、运动旋转定位控制系统、气压控制系统及模拟量控制系统等方面。自动化生产线电气自动控制策略会遵循产品的装配工艺流程或加工工艺流程提出控制要求，形成流程控制图表，然后根据流程图表的要求制定相应的控制解决方案。而考虑到自动化生产线运行过程中，在常规情况下控制流程及控制顺序相对固定，以及投入运行费效比的前提条件下，按照流程图表进行步进阶梯设计从而选择PLC技术应用在系统的顺序控制中，能够有效解决这一问题。同时，选择PLC技术在生产线上进行顺序自动控制的优势，在于能够根据生产线的工艺要求不同，随时进行在线工艺更改，使自动化生产线在运行过程中充分发挥设备的最大性能，同时还能够提升设备运行的灵活性以及控制性，使自动化生产线能够在一个成熟的工艺流程上稳定良好地运行。2.模拟量PID控制在PLC上的应用工业自动化生产过程需要对压力、电流、电压、温度进行控制。国产PLC采取专用模拟量控制单元进行处理，通过隔离I/O端口采集传感数据通过A/D、D/A电路转换单元，形成数字量0～65535、模拟量4～20mA或0～5V。计算数字量与模拟量量程的对应关系设定分辨率，采集的数值与分辨率的乘积作为输入/输出参量赋值后，经过浮点数运算转换为实数存入指定寄存器，作为PLC控制器中的PID指令函数寄存器地址的给定值或反馈值，形成给定偏差后进行PID运算，从而驱动PLC输出端口进行脉冲输出。一般情况下，自动化控制系统既有模拟量又有开关量控制需求时，采用具有模拟量控制单元的PLC会比采用专用PID控制器经济效益要好，同时这种方式的运用可以有效地提高系统的综合资源利用率，并且对于系统的模块化设计也起到了充分的提升。3.PLC技术在运动控制中的应用运动控制系统是以直流伺服电机、永磁交流伺服电机与步进电动机为控制对象，以控制器为核心。在控制理论指导下组成的不同的电气自动控制系统。控制器主要包括：基于计算机标准总线的运动控制器、嵌入式结构的运动控制器、PLC运动控制器。目前PLC运动控制器主要应用于工业自动化领域。PLC运动控制器根据运动控制的参量规划运动模型针对运动模型进行数学解算，计算结果形成PLC控制器内部脉冲程序段，最后脉冲输出形式驱动步进或伺服驱动器使执行机构进行旋转、直线移动等方式，实现单轴运动解决多轴联动的传动控制问题。

PLC技术在目标指向系统中的运用方案

1.国产PLC介绍国产N80系列PLC是基于自动化各行业研制一种小型PLC，单个PLCI/O点数从16~48点，可支持7个扩展模块，通过组网方式可实现总点数超万。全系PLC分为经济型本体模块、标准型本体模块、混合型本体模块、扩展模块。N80系列PLC技术能够对指令进行有效的控制，做好脉冲通道硬件组态有效的输出，实现高速的定位，对系统起到有效的调节控制作用。2.目标指向控制工作原理及组成目标指向系统依托直线轨道式运动机构，提供辐射强度可调节的点源目标，与位标指向分系统及反馈传感系统形成自动化闭环指向控制，确保辐射源目标在行进过程中始终与测试系统对准。目标指向系统主要包括：工控机、PLC控制单元、辐射源温控分系统、光学投射系统、位标指向分系统及直线运动载车组成。系统组成框图如图1所示。3.控制系统设计本系统采用上位机和下位机组合控制方式，上位机采用研华品牌工控机，用于发送载车直线运动运动指令、温度控制指令，并接收下位机反馈的运行状态信息；下位机采用国产矩形公司N80系列PLC，实现控制指令解算并驱动执行机构，进行插补运动，同时反馈状态信息。系统控制原理框图如图2所示。（1）运动单元设计首先要确定目标指向系统与被测试件的位置关系，然后通过组建的控制系统解决测试过程中光学系统光轴与被测工件光轴始终匹配对准问题。目标指向系统与被测试件的位置转角变化示意如图3所示。运动单元主要包含：N80-M48DTPLC控制器、步进驱动器、执行电机、位置传感、距离传感及控制嵌入软件。由图3可以看出，载车直线运动与被测试件之间的空间位置变化，当被测试件与X轴及Y轴距离固定后，当Z轴距离发生变化时，光学系统光轴的方位角和俯仰角均需要调节，因此需要设计补偿机构，使载车直线运动过程中，通过调整位标指向系统的方位角、俯仰角使光学系统的光轴，在行进过程中与被测试件对准。因此本系统设计是通过PLC控制单元针对直线运动、方位角度及俯仰角度的空间运动进行插补数学模型建立从而实现光学系统光轴空间指向功能。经设计，本系统指标主要情况如下：水平转动速度：0.1～12°/s；俯仰转动速度：0.1～8°/s；定位精度：±0.02°；位标跟踪偏差≤0.1°。（2）辐射源温控器设计N80-M48DTPLC具有PID数字调节，内部编程模块、受外界干扰小、控制精度高等特点。能够按照设定的程序输出可变频率脉动的+5v直流电压，控制控制固态继电器（SSR）的使能控制端，按一定的频率导通，这时辐射体开始工作并通过高精度温度传感PT100监控辐射体的温度，同时反馈温度电流信号，与PLC内部温度设定参数进行比较求差，进一步确定控制固态继电器（SSR）输出电压的频率从而形成温度闭环控制。控制原理框图如图4所示。根据控温范围25～500℃要求，采用PLC内核PID自整定控制方式，实现控温度稳定性0.5℃/h的目标。（3）测试软件设计测试软件使用VC++开发工具编写，采用面向对象的模块化程序设计方法，测试软件具有标准Windows风格的可视化操作界面，测试软件主界面主要由4个区域组成，分别是：菜单栏、辐射源控制管理、直线运动控制管理、通信管理及目标位置显示区。其中菜单栏、工具栏及运动控制管理区提供了部分操作命令的快速执行方式；目标捕捉控制区用于测试过程中对位标相机图像的采集及参数设置，运动控制管理区用于向下位机发送控制指令，接收下位机反馈状态。测试软件的界面友好、操作简单，界面如图5所示。

结束语

随着科技的进步，电气控制技术日趋完善，PLC技术操控灵活高效、稳定可靠，模块化组合及分布网络控制的工控特点，获得了工业自动化业界的好评，并且在军工领域及民用智能化家居控制系统中已开始逐步应用。在这场工业智能化的浪潮中，国产PLC技术一定会在电气工程自动化应用方面绽放出绚丽的科技之花。

作者：吴兴广 单位：哈尔滨新光光电科技有限公司