王俊亚
湖北工业职业技术学院 湖北省十堰市 442000
摘要：在科学技术高速发展的背景下，工业系统逐渐朝着专业化和智能化的方向发展，在此背景下，PLC在工业发展中的应用愈加广泛，且取得了良好的应用效果。本文以可编程控制PLC在自动控制系统中的应用研究为题，通过结合实例的方式，对PLC在直流电动机双闭环控制系统设计中的应用进行分析，希望为相关行业提供借鉴。
关键词：可编程控制；PLC；直流电动机双闭环控制系统
引言：随着我国市场经济的发展和工业技术的进步，智能控制在工业生产中的应用越来越广泛，同时工业生产设备的运行对自动控制系统也提出了更高的要求。因此，对此项课题进行研究，具有十分重要的意义。
一、可编程控制PLC
可编程控制PLC主要被应用在工业环境中，具有灵敏度高、工作效率高、计算水平高等优点。在逻辑运算、进程调度、计时等工作中的应用效果显著。输入或输出的方式主要以数字或模拟式为主，用于控制各种机械生产活动。PLC和嵌入式控制系统是现代工程系统的重要组成部分。对这个系统进行运用，可以使系统连接为一个整体，从而使管理控制系统更加完善、管理更为高效和便捷。在设计控制软件时，由于软件开发公司不同，因此，不同软件开发公司所开发的编程控制PLC存在差异。这种软件设计方式的运用，可以使逻辑编程控制方面的简捷性得到强化。此外，可编程控制PLC在设计过程中，还采取了抗干扰设计方法，能够抵御电子电路引起的磁干扰。就实际情况而言，在工业企业日常生产过程中，电子电路产生干扰具有必然性，无法被完全规避，如果PLC抗干扰能力不强，就会导致系统运行质量受到威胁。因此，增强PLC的抗干扰能力已经成为不容忽视的话题。在系统运行期间，还要关注以下方面的事项：第一，确保信号源和屏蔽线能够同时接地；第二，如果信号侧屏蔽源没有接地，PLC侧应该接地；第三，在信号线之间存在接头时，应及时处理屏蔽层，并减少接地点，这里所说的处理主要是指绝缘加固。此外，PLC及其外围模块的品类相对较多，因此，技术人员需要根据系统的实际需求，选择合适的PLC品类。比如在某项工业活动中，为实现控制功能，使用的软件系统是NiosⅡSOPC系统，该系统属于软硬件复合系统。在开展设计工作时，需要分两部分进行，分别为软件设计和硬件设计。所需的功能可以通过软件或硬件逻辑来实现。如果由硬件实现，在FPGA中需要额外的逻辑资源，但不影响系统的工作速度[1]。很明显，当FPGA资源丰富时这种方案是可取的。相比之下，软件实现的办法能节省硬件资源，但软件结构和编程的复杂性就会大大提高，无法保证系统处理的时效性，因此，选择合适的PLC品类尤为关键[1]。
二、可编程控制PLC在自动控制系统中的应用介绍
目前，可编程控制PLC在工业领域的应用十分广泛，比如：大规模机器控制系统、城市自来水系统、水利灌溉系统等。由于文章篇幅有限，因此，笔者仅对可编程控制PLC在直流电动机双闭环控制系统中的应用进行简要分析。之所以研究直流电动机机双闭环控制系统，主要原因在于该系统具有良好启动和制动性能，能够进行大面积的平滑调速，目前，在矿产生产领域中的应用较为普及。
（一）直流电动机机双闭环控制系统设计
本文所选择的研究对象为系列型PLC，该装置由国外某公司生产，其输入和输出点均为8，允许扩展模块为2-32个。这款PLC在中小型系统中较为适用，其价格低廉，应用难度小，同时具备非常多的指令集和强大的集成功能，性价比远超其他PLC。在模拟量方面，主要由8个模拟量输入点和1个输出点组成。本文例子选择基本配置的PLC实现直流双闭环控制。不同工业及生产控制系统在选择PLC主机和A/D模块时，必须立足于控制系统的实际需求，以保证PLC的应用效果。
（二）对系统点和地址分配进行控制
输入到光栅传感器的信号通常为，启动时变为，在制动后变为模拟的反馈电流应该是，运行指示灯为，故障指示灯为，输出模拟电压确定为。本系统所使用的CPU，功能较为丰富，不仅可以单机工作，同时还能扩展功能模块和模块。在连接CPU和模拟量扩展模块时，应选择扁平数据连接的方式，使模拟量输入输出目的达成。对模块和模拟量模块进行组合，可以获得一个完整的架构，在这个架构中，每个扩展模块的组态地址编号与模块类型及其在扩展链中所处的位置息息相关。所采用的电源主要是直流电源，电压等级为24V，开关电源会为模块和模拟量模块提供稳定的电力供应[2]。
（三）速度值转化
PLC在工作期间，需要对速度值进行转化，使之成为输入电流，在这一过程中，CUP还能将电流控制在20毫安之内，之后向模拟量扩展模块的缓冲器内传输，电流在传输途中会通过中间寄存器，最后进入光电隔离的转换器。这种转换器的分辨率极高，能够使输出要求得到充分满足。在转换结束后，转换器会朝着晶闸管触发板的电压输入端，输入电压为的模拟电。可以将触发板视为一种安装触发电路各元器件的印刷线路板，通过这种设计方式，达成利用小信号对大功率设备进行控制的目的。本次设计将三相整流触发板作为主要选择，究其原因，主要是这种触发板采用的触发电路较为先进，性能卓越，且具有移相能力。为使主电路的三相全控桥各项触发脉冲和晶闸管样阳极电压的相位关系不发生改变，在设计过程中，需要做好同步电路的设置。此外，同步信号检测功能是触发板的重要功能之一，三相电在进入触发板时，需要经过变压器处理，在处理后会产生6个不同的状态，如，其中，对应晶闸管的触发由1表示；对应晶闸管未触发则由0表示。
三相交流电可以被三相全控桥整流电路进行转化，在转化后会变为直流电，以此来满足电动机的供电需求。在调节输出电压平均值时，可以利用晶闸管触发板对触发脉冲的移相进行控制，从而使各周期内晶闸管的导通时间发生改变，输出电压平均值也会因此而变化，最终实现调节直流电动机转速的目的。
（四）速度检测
在控制系统中，速度检测部分重要性不言而喻，使速度环闭环控制目标实现，是其主要作用，其组成部分包括信号处理电路和光栅传感器，其中，信号处理电路主要由放大电路和整形电路组成。控制系统的静、动态指标会受到转速检测精度和效率的影响。简言之，就是转速检测的精度和效率越高，指标就越准确，反之则亦然。光栅板上的刻线数量多达1024个，这些刻线能够与电机转速共同形成脉冲列频率，并且这个频率具有一定比例。角位移会在光栅传感器的作用下，被转换成电脉冲，同时使用计算器对其数量加以明确，该结果可以被用于反映角位移的分辨精度。
（五）电流检测
为实现对电流环的闭环控制，还要对电流进行检测。其中，转换电路、电流互感器和二极管整流电路在这一过程中，可以发挥重要的作用。具体表现为电流互感器能够在引出电流的同时，使其缩小，顺利进入二极管，在经过整流处理后，电流会变为直流，并向模拟量模块输送。
结束语：
综上所述，通过分析上文案例可知，在复杂程度较高的自动控制系统之中应用PLC，可以充分发挥其灵活性、性能和稳定性的优势。随着国内工业发展速度的不断加快和自动化水平的提升，PLC在工业生产领域的应用愈加广泛，但值得注意的是，在选择或应用PLC时，必须要立足于实际，通过灵活调整PLC功能、扩展性能等措施，提高其适用性。
参考文献：
[1]李旗.基于PLC对多变频器集中控制的设计[J].仪表技术,2021(01):27-30.
[2]周琳.可编程控制器在电气控制中的应用分析[J].南方农机,2021,52(02):167-168.
姓名：王俊亚（1990.04--）；性别：女，籍贯：湖北十堰，民族：汉，学历：硕士研究生；研究方向：电子技术；