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浅谈可编程序控制器在机械控制领域的应用

发表时间：2021/7/1 来源：《建筑科技》2021年7月上作者：杨启松

[导读] 在本次研究中重点以机械控制领域为对象，分析可编程控制器在该领域的生活、生产等层面的重要应用，重点该控制系统所涉及到的相应控制与结构方案进行探究。

身份证号：11022219771******5 杨启松

摘要：在本次研究中重点以机械控制领域为对象，分析可编程控制器在该领域的生活、生产等层面的重要应用，重点该控制系统所涉及到的相应控制与结构方案进行探究。
关键词：可编程序控制器；变频器；机电一体化
        在现代化工业体系下，生产呈现出规模化、集成化、自动化等特征。而所涉及到的相关自动化装置，其未来的发展方向则主要为模块化与程序化。在传统的自动化控制体系中，主要使用的是继电器与接触器等装置，如今主要使用的则是可编程控制器（PLC）装置，后者属于创新的电气化控制模式。在机械控制领域，PLC的重要性开始日益显著。
通过对自身的工作实践进行总结，PLC对很多复杂的顺序与逻辑控制问题进行了很好的解决，该PLC在机电一体化、机械控制自动化层面有着显著作用，以下就以该PLC为对象，分析它在控制系统中的应用。
        1.可编程序控制器的应用
        1.1可编程序控制器在恒压供水系统中的应用
在供水管网中，流量会伴随着水量的动态变化而进行相应的改变，而这种流量的改变必然会使得管网压力产生改变。若是该水泵机组采用恒定速度加以运行，那么该管网的管道压力会伴随着用水量的改变而产生显著变化。为了促使该管网压力具有恒定性，那么就需要相应的控制装置来对水泵机组转速进行调节。在本次研究中，则以小区中供水控制系统为对象，将PLC作为控制部件核心构筑相应的控制方案，最终获得了较佳的供水效果。
        该供水系统中的控制装置主要涵盖了变频、调节装置与PLC，前两者的英文简称分别为VVVF与PID，此外还涉及到相应的辅助电路。对当前PLC芯片性能进行对比，以及供水控制系统的具体要求，最终遴选了三菱的FX-2N型控制芯片，而调节与变频装置则分别使用了日本理化所研制的型，以及富士公司所出品的FRN型。在相应管网出口处所还配置了相应的压力传感装置，它会将采集到的模拟信息转移至PID，后者对其进行计算之后，会将其转入到变频装置，这样就能对其输出频率进行明确。而PLC装置则通过对比压力上下限值，以及当前的水泵、变频装置等开关量信号，从而获知当前的水泵运行态。
        该控制装置的全部流程为：当设备成功启动之后，PLC会给出指令，并基于变频装置的控制使得其中的某台水泵按照设置的速率进行升速运动，此时管网压力就会上升，在处于预设压力之时，该电机转速就会稳定处于相应的速度值。在用水量持续增长之时，相应的电机转速就会相应提升，然后在新的速度值下实现稳定。在变量泵输出处于最大值时，假设该用水量持续增长，那么在PLC管控之下可以将该变量泵对接至工频电源之上，使之在额定转速之下进行运转，这样就转变成相应的恒量泵。短时延时之后，该装置会在PLC指令之下对另外水泵进行控制，使之成为相应的变量泵。若是相应流量不断增长，对应变量泵转速处于最大值，PLC就会给出指令，让变频装置对该泵体进行控制，使之在工频电源之下，形成第二个恒量泵体。随后该PLC进一步让变频装置对第三台泵体进行启动，使之成为相应的变量泵，伴随着用水量下降，相应管网压力上升，为了使之压力处于稳定态，就需要进一步减小变量泵转速。若是其转速处于临界速度，对应的用水量开始进一步下降，此时PLC就会发出指令，将其中一台的恒量泵体进行关停，若是用水量持续下降，则开始重复以上过程，直至处于工作态的泵体只有一台，并且为变量泵。若是到了夜间，对应的用水量极小，此时可以设定相应的临界频率，若是变频装置给出的频率低于该临界值，那么该控制装置所得到的信号就需要对泵体的运行进行停止，同时将变频装置转移到微量泵，对供水压力进行维持。若是用水量获得了增长，就需要PLC装置按照上述动作给出相应的指令。这也意味着在整个控制过程中，PLC所起到的作用为控制中心，在具体编程环节需要使用步进指令，使得诸多工况具有联系性，又有独立性。
        恒压供水控制设备PLC程序的初始化段
        1.2可编程序控制器在除臭设备控制系统中的应用
        1.2.1建设目的及介绍
        凉水河流域位于北京南部城乡结合部地区，有20余公里暗涵，没有完全截污，成为脏、臭的代表河段。为此，在西客站暗涵、水衙沟暗涵及工程兵桥排水出口等六处出口处进行封堵并设置除臭点，安装除臭设备，用以解决暗涵内臭气污染周边环境，影像附近居民生活的问题。
        除臭设备将封堵暗涵内的臭气通过风机抽入“生物媒”充填塔式生物除臭装置。风量随臭气浓度的变化而随机变化的，为保证臭气处理效果，采用以主要臭气成分传感器输出参数为数据源，变频器控制离心风机转速以达到控制进风量的效果。
        以凉水河为对象，对其除臭装置控制系统进行分析，此时可以运用PLC装置来进行相应控制，取得较佳效果，完全可以满足预期。
        1.2.2工作原理及流程
        凉水河除臭设备控制系统设备主要包括可编程序控制器（PLC）、变频器（VVVF）、调节器（PID）、电动阀门、液位报计、硫化氢检测传感器、及辅助电路。

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对当前市场中所出现的工控产品性价比进行对比分析，同时再结合除臭控制装置的需求，最终遴选的PLC为FX-2N，而PID选用的是理化公司的型，变频装置则使用了ABB企业所开发的530系列产品，此外还使用了Detcon公司的固体氧化物半导体型硫化氢探测器等设备，完成以下三个单元的任务；
        （1）水源过滤
        为满足生物塔内微生物的繁殖及对臭气的水解用水需要，就地抽取河水经滤沙罐过滤后送入储水罐供设备喷淋使用。
        整个水源过滤工作流程是：设备自动运行启动后，储水罐液位计低于设置下线时信号传给PID，经PID运算处理后将信号传入滤沙罐进水电动阀门，进水电动阀门全部打开后，启动进水泵上水，河水经滤沙罐过滤后送入储水罐。当储水罐液位计达到水位上限时，进水水泵关闭，进水水泵关闭后，进水电动阀门全部关闭。进水泵运行达到50小时，反冲电动阀门全部打开，启动进水泵上水20分钟，河水经滤沙罐过滤后经反冲电动阀排入河道，对滤沙罐进行冲洗。PLC负责处理液位计上下限、水泵故障、进水电动阀、反冲电动阀、水泵工作、反向冲洗等开关量信号，决定水泵、电动阀运行状况。
        （2）喷淋散水
        为满足生物塔内微生物的繁殖及对臭气的水解用水需要，需定期对生物塔进行喷淋散水。
整个喷淋散水工作流程是：设备自动运行启动后， PLC指令每隔60分钟，打开喷淋散水电动阀，待阀门全开后启动1#喷淋上水泵进行喷淋散水1分钟，然后关闭1#喷淋上水泵，并关闭喷淋散水电动阀。60分钟后打开喷淋散水电动阀，待阀门全开后启动2#喷淋上水泵进行喷淋散水1分钟，然后关闭2#喷淋上水泵，并关闭喷淋散水电动阀。PLC负责处理喷淋散水单元循环完成以上指令及设备故障和运行状况。
        （3）进风系统
        将暗涵内臭气抽入生物塔使其与微生物及水进行反应，以达到除臭的目的。
        管道进口处固体氧化物半导体型硫化氢探测装置，可以将采集到的模拟信号转移至PID，通过它的运算处理，就能将相应的信号转入至变频装置的模拟输入口，这样就能对明确变频装置的输出频率。该芯片能对臭气浓度上下限值进行处理，同时还能控制风机，由此实现进风量的管控。
        该进风系统实现流程为：当设备在自动运行之后，两台风机在PLC控制下以设置的频率下限运行。当管道臭气浓度超过设定值，其中某台风机在获得PLC指令之后，就会通过变频装置的管控，按照所预设的速率来进行升速运行。这样管网内部的臭气浓度就会明显下降。在臭气浓度处于预设值，相应电机转速就会处于某个具体值。在相应浓度提升之后，相应电机的转速也就得到相应增长，然后处于稳定值。在风机输出处于最大时，对应的臭气浓度就会随之增大，于是在PLC管控之下，就会将变量风机处于工频态运转。在对应PLC指令之下，控制另一台风机按设定速率升速运行。当臭气浓度继续增大，转速升到最大时，PLC指令变频器维持工频运行。当管道臭气浓度降低，相应风机转速将会下降。若是低到临界值，此时浓度也进行相应下降，则PLC指令另一台风机转速减小，当用浓度继续减小，将重复上述过程直到两台风机降到设定下限频率运行。在对应臭气浓度进一步增长之时，在PLC指令之下就能对上述动作进行重复。由此可见，在该控制系统中，PLC同样发挥着控制核心功能，使得诸多运行中的工况实现紧密的联系，同时又具有自身的独立性。
        生物除臭设备原理及流程
        结论
        想要实现PLC所具有的强大功能，还需要对该PLC所对应的控制对象进行全面了解。只有对该领域的诸多知识进行深入了解之后，才能开发出更为优秀的程序。为此仅仅熟悉相应的开发语言显然不能满足需求。在机械控制领域，需要开发人员对液压、传动等领域的知识进行深入了解，近些年，我国机械工业进一步成为工业发展的亮点，相关产值呈现出增长之势，汽车产量也开始多年位于全球首位，机床生产量也处于全球之首。机械行业利润增长明显，在整个工业领域的利润也呈现出增长之势。伴随着机械工业的自动化与网络化发展，相关的PLC必然有着巨大的发展空间。在PLC从业者的砥砺前行之下，必然会使之在我国机电一体化发展过程中发挥更大的作用。
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