学文网摘要：PLC控制系统是为工业生产研发设计的数字运算电子操作系统，并在工业领域中得到了广泛应用。文章介绍了PLC控制系统技术的原理和发展历程，阐述了PLC控制系统在电气自动化工程中的应用，在此基础上进行了电气自动化设备PLC控制系统设计，以供相关人员参考。
关键词：电气自动化设备；PLC控制系统；顺序控制；自动化生产线
自动化生产线是基于计算机驱动技术等综合技术的现代化生产系统，随着现代工业技术的发展，使用自动化生产线是企业生产的必然趋势。PLC是可编程逻辑控制器，具有数据传输等功能，在电气控制领域得到广泛应用。基于PLC控制系统的电气自动化生产线由送料加工输送与分拣等单元组成，信号经PLC处理后发出执行元件动作指令，设计基于PLC控制的软硬件自动化生产线对于提高生产效率有重要帮助。
1PLC控制系统技术研究
传统电气自动化设备通过电气连接线连接，存在电气连接性较差等缺陷，电气连接采用的基础线路复杂，电子自动化设备调试需要大量时间，随着工业社会的发展，PLC控制系统逐渐引入电气自动化设备系统中。PLC控制器设计是为工业生产研发数字运算电子操作系统，PLC控制系统注重使用可编程存储器，可执行定时等命令，PLC控制系统通过数字量等数据信息输入实现控制命令下达[1]。1.1PLC自动化控制技术原理随着自动化水平的提高，现代科技更新推动PLC技术的发展。1969年美国首次研发用于汽车自动化加工生产线的PLC，最初PLC仅能在生产线部分系统代替继电器。如今PLC的CPU多采用32位微型计算机处理器，PLC编程语言包括语句高级语言[2]。PLC发展方向是充分发挥质优价廉等优点，为后期维护工作提供方便。PLC工作过程分为输入采样与输出刷新阶段，PLC通过传感器方式获取输入信号，可通过温感器得到现场温度，通过电感器检测电流。目前传感器可采用现场集成元件，可根据经验公式自行搭建采样电路。PLC将输出影像存储器中的结果写入输出锁存器中，更新原先工作状态，按照正确指令方向运行。大型PLC可完成复杂的控制系统控制要求。PLC控制系统设计需要分析生产机械工艺流程，对各工位动作进行分析。如今PLC技术已发展得非常成熟，根据不同型号可搭配不同扩展模块实现功能。PLC将通过输入端子信号扫描将输入状态存放至寄存器，存储器存储类型分为存放用户编写程序与存放系统程序[3]。为实现掉电保护功能，需配备电池，防止用户程序丢失。I/O模块用于接收伺服电机编码器等信号。1.2电气设备PLC控制技术的发展PLC在软硬件领域应用要适应电气设备未来的发展，电气设备未来发展趋势是硬件降低成本，软件注重程序容错性，通信结合常见工业标准，避免协议解析浪费时间，与物联网技术结合使通信更加便捷。高端PLC系统应提供离散控制、运动控制等多种类型控制，具有多类型开放通信网络，系统应为模块化结构，有效节省培训与工程费用。远程通信是PLC的发展趋势，以往工业电气设备安装后需定期安排维护人员到现场观察使用情况，远程通信技术可以利用GPRS模块经将数据传递到云服务器上，云服务器发出报警信息，通知现场维护者定期修复故障。PLC与GUI的结合使PLC技术备受青睐，开发者多关注风格页面开发，节省了大量编写底层驱动时间。随着USB技术的进步，未来将有更多小型PLC在通信技术中得到应用。最初PLC语言复杂，需要后期人员理解设计意***，随着梯形***语言的不断完善，其逐渐取代继电器逻辑，梯形***语言不断完善快速占据了较大市场份额。目前行业供应商采购内置梯形语言逻辑的PLC，由于存在时间长久，行业中大量工程师及维护人员习惯使用梯形语言。梯形***用接点连接组合表示条件，被誉为PLC第一编程语言。
2PLC控制系统在电气设备自动化中的应用
PLC系统技术应用促进电气自动化控制的发展。PLC系统可以对相应设备进行控制，目前PLC控制系统在电气设备自动化中得到广泛应用，常见的PLC系统分为箱体型与模块型，PLC控制系统主要包括逻辑运算等方面[4]。主要采取逻辑设计方法实现对PLC控制系统的应用，设计前需进行技术经济性分析。开关量控制中应用PIC智能控制以实现系统优化，应用PLC控制开关量可确保发挥继电器保护作用[5]。电气工程自动化控制系统涉及很多环节，PLC在电气设备自动化控制中应用广泛，包括数据控制等方面。数控是电气工程自动化控制中的关键环节，通过PLC技术应用可提高数控质量。在电气设备自动化中应用PLC控制系统需要对输入数据信息进行精准化估量。电气设备自动化分散控制中应用PLC控制系统可实现集中控制，总控系统可结合实际对各环节进行调控。工作系统出现问题后通过PLC技术进行自动化检修，根据生产流程进行有效设计。PLC技术开发要坚持创新原则、简洁性原则，应注重PLC技术的经济效益，充分发挥PLC控制系统在电气设备自动化中的优势。PLC在空调系统调节中的应用见***1。
3基于PLC控制系统的电气自动化设备设计
3.1PLC自动化控制系统总体设计
自动化生产线要求机械加工装置完成预定工艺过程，自动工作机械电气一体化系统为自动生产线，将供料单元料仓工件送往加工单元物料台，设计控制系统设计以西门子S7-200PLC为核心，模块化组态灵活。自动线控制系统以输送单元PLC为控制核心，各单元检查机构将检测信号传送给单元PLC，自动化生产线系统模拟企业工件加工生产线流程，供料单元机械部分包括工件装料管等[6]。供料单元控制系统采用的PLC型号为三菱FX2N-32MR型，PLC上电后确认系统准备完成。供料不断循环进行，缺料报警退出运行状态后需加入足够的工件重新启动系统。设计保证扫描周期调用子程序，实现系统工作状态显示。输送单元机械结构包括拖链装置等部分，输送单元所需I/O点包括指示灯模块信号等，输送单元控制过程包括机械手到工作单元物流台取件定位控制。复位子程序检查机械手是否在原点位置。急停复位后机械手未运行，输送继续，通过光电传感器检测，加工刀具工作完成后电机停止。单元工作是分拣控制，工件属性可根据传感器动作判断。
3.2基于PLC控制系统的自动化设备硬件设计
自动生产线控制系统硬件传感器是生产线中的检测原件，生产线中执行部件包括伺服驱动等，通信系统将工件各单元连接形成整体，实现分散控制工作要求。自动生产线控制系统硬件设计输送单元是自动线重要的工作单元，输送单元选用西门子S7-200-226DC/DC型PLC。供料单元输出信号包括2个电磁铁，供料单元PLC选用S7-200-224AC/DC/RLY。分拣单元输入信号包括传感器6点主令信号急停，分拣单元PLC选用S7-200-224XP。自动生产线控制系统软件采用模块化设计方法，触摸屏组态模块可方便开发各种现场采集数据处理，触摸屏组态模块各单元控制模块对单元状态采样，实现触摸屏与各单元控制模块数据传输。单元控制模块包括供料加工与分拣单元控制程序。输送单元实现工作站工艺任务，系统中途停车复位到原点操作。供料单元控制程序完成供料控制功能；数据通信模块程序处理触摸屏主令信号。PLC自动化生产线制作后需要进行机械设备安装，此时需检查设备零部件后对零部件分类，保证机构安装安全。按照合理工序将分开部分组装，电气控制系统中的电气部分包括开关电源等安装在固定导轨。PLC系统主电路采用380V工业交流电源，接线系统远离易产生噪声电气部分；布线注意时不能将电流直接连接到直流输入端子。PLC运行模拟器将程序输入生产设备，发现程序问题及时修改。电气接线中包装机部配线表见表1。
4基于PLC的造纸机自动控制系统设计
造纸生产系统包括PCS、QCS、MCS等。造纸机类型存在差异，普通造纸机配置标准包括MCS、DRIVES等系统。造纸流程复杂，为降低生产成本，各国造纸工业都向智能化方向发展，不断提高自动化水平。近年来造纸工业控制系统自动化水平不断提高，采用PLC结合现场总线技术实现变频调速同步控制系统成为研究造纸机自动控制系统的推荐方案。随着社会生活水平的提高，对纸张消耗需求不断增加。造纸业对造纸机自动控制系统提出更高的要求，需要传动控制系统具有更高的稳定性，而不同造纸机生产的纸品种不同，因此电气传动控制系统不同。湿法造纸机有很多类型，自动控制系统要求包括可以在较大范围内调节工作车速，造纸机速度稳定，各分部速度可按比例调控实现同步升降，形成动态性能良好的速度链同步控制系统。各部分速度要具有微调功能，具有负荷分配与爬行速度功能。纸的抄造包含很多工艺流程，电动机控制成为造纸机控制的关键点，造纸机向高速方向发展，系统不确定性因素有很多，现代造纸机控制系统中多使用交流调速系统，如何控制好交流电动机成为系统设计的重点。需要根据造纸机控制系统要求总结设计关键点，分析速度链控制和负荷分配控制等关键问题。针对某造纸厂长网多缸造纸机自动控制系统设计，由于造纸机工业现场环境较差，系统采用稳定性较高的PLC作为主控制器。系统主要由主控制器PLC、电动机等组成，监控级与现场级网络系统结构简单。造纸机自动控制系统软硬件设计包括PLC及组态软件设计。设计造纸机自动控制系统由变频器拖动三相交流异步电动机实现传动点速度同步，西门子S7系列PLC硬件设置等可通过STEP7软件实现，硬件组态工具使用方便，实现功能包括系统组态，模块参数设置。设计基于PLC的造纸机自动控制系统，PLC向下通过PROFIBUS总线网络与变频器连接，向上通过MPI网络与工控机连接。系统配置灵活稳定性强。
5结束语
PLC具有易于编程等优势，在电气自动化控制领域发挥重要作用。随着现代科技的高速发展，各种机械加工装置要自动完成预定工序，包装计数等方面根据设计程序自动完成，PLC具有精度高等特点，自动化设备应用PLC具有稳定性高等优点，通过更换软件可调整工作步骤，实现生产线联机工作。PLC控制系统应用于电气设备自动化设备设计是顺应行业发展趋势的必然要求。目前电气设备自动化设计中存在一些问题，需要运用PLC控制系统进行优化设计，充分发挥PLC控制系统优势，合理选择PLC技术流程。
参考文献
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[4]申九菊.PLC控制系统在电气自动化设备中的应用[J].造纸装备及材料,2021,50(5):13-15.
[5]刘蕊,张若含.PLC技术在电气自动化系统及其控制中的应用[J].光源与照明,2021(10):128-130.
[6]刘林飞.基于PLC的群控电梯设计[D].南昌:华东交通大学,2020.
作者：焦迎雪 聂秀珍 单位：山西铁道职业技术学院
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