PLC 技术在工程机械电气控制装置中的应用研究

引言

在基础设施建设持续推进与工业自动化快速发展的背景下，工程机械作为工程建设的核心装备，其电气控制系统的性能直接影响作业效率、安全性及智能化水平。传统继电器 - 接触器控制系统因布线复杂、灵活性差、故障排查困难等局限性，已难以满足现代工程机械高精度、多任务协同控制的需求。

一、PLC 技术原理及其在工程机械电气控制中的优势

1.1 PLC 技术基础理论

工业自动化控制的核心硬件是PLC，其硬件系统包括中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）模块、电源模块和通信模块等。中央处理单元CPU 控制整个的运行控制操作，执行用户的程序并进行相应的数据运算操作，同时对系统资源进行管理。存储器又区分为程序存储区和数据存储区，存储区内存储的是用户编写的控制程序数据，数据存储区内存储实时的信息数据。输入/输出模块作为工业自动化控制中 PLC 与外部设备对接的接口，输入模块接收传感器、按钮等的输入信号，输出模块则控制接触器、电磁阀等执行机构。

1.2 工程机械电气控制需求分析

建筑工程施工内容繁多，工程机械的电气控制系统要求很高。控制系统的实时性要求满足在挖掘机挖掘工作、起重机起吊放工作等动作都要达到毫秒级别的高要求，避免造成工作精度和灵活性丧失；控制系统的抗干扰性要求满足在极端的高温、潮湿、扬尘环境下也要确保电气系统不受电磁干扰和电源不稳定因素的影响，发生装置故障；工程机械一般涉及到大量多线控制，在建筑机械中如混凝土搅拌运输车需进行搅拌筒调节速度、压力调节、卸料等动作，控制系统的实时响应能力及速度均需达到很高的要求。

1.3 PLC 技术应用优势

PLC 相对于传统电气控制技术，更能适应工程机械的施工要求。模块化的设计可按需求实现 I/O 点数与功能模块的配置，方便系统的扩充、维护，如可通过对设备添加模拟量输入模块以实现对工程机械液压系统的压力、温度等的实时检测。强稳定性、高抗干扰性使其能够适应较差的施工条件，如 PLC 内部的光电隔离、滤波电路等能够抵抗干扰电磁，在隧道挖掘等较强电磁条件下环境可以正常工作；灵活性的程序编程可让用户对程序进行自定义控制，进而通过程序修改设备实现其功能的升级，如对起重机控制可以快速的对其控制防超载、防碰的控制策略进行修订。高效的与传感器、执行机构的配合能力，是将PLC 用于对工程机械的自动化控制的前提。

二、PLC 技术在工程机械电气控制中的典型应用场景

2.1 挖掘机电气控制系统应用

挖掘机电气控制的核心为PLC，挖掘机的角度传感器信号、压力传感器信号由PLC准确控制挖掘机的动臂升降、斗杆伸缩、铲斗回转等动作，协调实现挖掘机复合动作，增强挖掘机的挖掘效率；在挖掘机装车作业过程中，通过编写相应程序，实现精确装车，降低挖掘机出料洒落；将故障判断集成到 PLC 控制模块中，PLC 控制模块实时监控挖掘机的液压系统油温和油压，当挖掘机液压系统出现问题时PLC 报警并采取相应保护措施，如切断挖掘机的危险动作，从而达到对挖掘机和操作人员的安全保护。

2.2 起重机电气控制系统应用

塔机在起升、变幅、回转控制方面对控制精度、安全性和可靠性都提出了较严格的要求。PLC 通过调速变频器控制电机转速以达到吊钩的慢速及准确的停位，塔机变幅与回转中 PLC 通过接收编码器的数据位，得到实际变幅和回转机构运行位置。吊装超载是起重机最要命的问题之一，PLC 通过模拟量采集称重传感器，载重超载就限制起升，并报警提示；PLC 通信模块支持远程监控，将塔机的运行数据（吊载重量、吊臂角度、运行速度）、故障报警等信息传输到监控平台，从而对塔机进行远方的调度和故障诊断，提高塔机的维护保养效率。

2.3 混凝土搅拌输送车电气控制系统应用

搅拌输送车的电气控制涉及拌和、输送、卸载等方面。PLC 控制搅拌筒的转速来实现变频器的变频，拌和时高速运转来使混凝土混合均匀，在输送的时候将速度变为低速防止出现离析现象，在卸料过程中 PLC 接收使用者指令来控制液压系统中的卸料斗翻转，并且在卸载过程中利用传感器检测剩余多少材料，实现自动卸载；PLC 控制液压系统中的温度、压力等参数的波动情况，如果出现温度异常高于规定温度时，打开冷却风扇，以保证设备的可靠性。

三、PLC 技术应用中的问题与优化策略

3.1 应用中存在的问题

工程机械领域采用的 PLC 还存在不少问题，例如缺乏适配选型。有些单位由于没有充分考虑工程机械工作环境对 PLC 的需求，选型规格不合适，会造成 I/O 点数量偏多或者偏少，提高成本降低可靠性。控制逻辑复杂的系统时 PLC 程序的执行效率，大量编程的嵌套及循环语句都会导致程序扫描时间长，影响PLC 输出设备的实时反应速度等。工程机械本身的工作环境复杂，存在较多的外部环境电磁干扰和电网波动等影响，对 PLC 的工作可靠性和抗干扰能力提出了更高的要求，倘若在硬件层没有采取一些必要的抗干扰措施，在软件层也不包含一些必要的滤波函数，则会非常容易发生误动。PLC自身与物联网、人工智能等智能化功能的结合，不能满足其远程运维和自主决策的设备要求。

3.2 优化改进策略

以上问题都可进行多途径的改进：通过选型，在实际工程中进行基于工况参数的PLC 选型模型，并结合生命周期成本，选择物美价廉的 PLC 机型；在程序设计中，可以通过模块式程序设计思想来设计复杂控制指令，简化程序内部算法、精简无用指令，提高指令执行效率，另外还可以使用状态机进行编程，以提高程序的可读性、可修改性；在硬件上加强电磁干扰保护、接地设置，选用防护程度高的 PLC 模块；在软件上开发数字滤波算法，处理信号噪声；推动智能化，可以建立起PLC 及物联网平台交互的接口，将设备的状态上传至物联网，进行远程控制。

结语

PLC 技术凭借其独特优势，已成为工程机械电气控制的核心技术，在提升设备性能、保障作业安全方面发挥重要作用。本文通过剖析 PLC 技术原理与应用场景，揭示其在工程机械领域的实践价值，同时针对应用中的问题提出优化策略。未来，随着工业自动化技术的不断进步，PLC 与新兴技术的深度融合将为工程机械智能化发展注入新动力，推动行业向更高水平迈进。

参考文献

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