PLC在機電一體化技術(shù)中的應(yīng)用研究

黃重謙 張學(xué)科

摘? 要：隨著近些年科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機電一體化技術(shù)也隨之得以相應(yīng)發(fā)展，其中PLC及其技術(shù)已發(fā)展為自動化領(lǐng)域中的佼佼者，并在各領(lǐng)域發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用。將PLC充分運用到實際操作中，有利于這一技術(shù)所具有的作用得以有效發(fā)揮，這也是對于PLC進行研究的真正意義。文章通過對PLC應(yīng)用原理、控制方式、機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢進行分析，并研究了PLC在機電一體化技術(shù)中的運用情況，以此對PLC技術(shù)在運用時所需要重視的問題做出強調(diào)。

關(guān)鍵詞：PLC;機電一體化;技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號：TP273? ? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）35-0173-02

Abstract： With the rapid development of science and technology in recent years， mechatronics technology has also been developed accordingly， in which PLC and its technology have developed into a leader in the field of automation， and play an important role in various fields. The full application of PLC to the actual operation is conducive to the effective exertion of the role of this technology， which is also the real significance of the research on PLC. This paper analyzes the application principle， control mode and development trend of mechatronics technology of PLC， and studies the application of PLC in mechatronics technology， so as to emphasize the problems that should be paid attention to in the application of PLC technology.

Keywords： PLC; mechatronics; technical application

引言

由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度不斷加快，有利于各學(xué)科間的滲透得以加深，以此在工程領(lǐng)域技術(shù)改革過程中發(fā)揮著積極的促進作用。計算機和微電子技術(shù)逐漸滲透到機械工業(yè)領(lǐng)域中，這有利于機電一體化技術(shù)的形成，同時使得機械工程領(lǐng)域中的技術(shù)結(jié)構(gòu)、功能體系、生產(chǎn)方式、管理體系等呈現(xiàn)出顯著變化，工業(yè)生產(chǎn)也由傳統(tǒng)的機械電氣化向機電一體化而轉(zhuǎn)變。PLC是科學(xué)技術(shù)發(fā)展過程中最為關(guān)鍵的一個成果，并和計算機系統(tǒng)形成密切聯(lián)系，結(jié)合PLC技術(shù)能夠?qū)C電一體化的安全性以及穩(wěn)定性進行保障，這使得機電設(shè)備在運行中出現(xiàn)故障問題的可能性降低，也將給企業(yè)生產(chǎn)提供有效幫助。

1 PLC應(yīng)用原理和控制方式

1.1 PLC應(yīng)用原理

在工業(yè)控制中對PLC進行運用具有一定的實用性和可靠性，并且能夠和計算機系統(tǒng)形成兼容。內(nèi)部運行程序根據(jù)應(yīng)用環(huán)境得以合理優(yōu)化，PLC內(nèi)部信息能夠?qū)崟r更新進行保障。PLC包括五部分內(nèi)容，其一是供電電源、其二是編程處理器、其三是輸出輸入控制、其四是中央處理器、其五是數(shù)據(jù)儲存器。應(yīng)用程序的處理是PLC運行過程中的關(guān)鍵。當(dāng)輸入程序后，需要及時處理程序并做好短期儲存工作;在處理程序之后需要分析信息并進行計算，計算結(jié)果能夠向控制信號轉(zhuǎn)變，而借助于輸出處理能夠轉(zhuǎn)化控制信號，其在轉(zhuǎn)變之后可以成為能被設(shè)備識別的驅(qū)動程序。在數(shù)據(jù)采樣過程中，PLC結(jié)合掃描方式來處理數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)的輸入和記錄工作，其中輸出分區(qū)和儲存單位相對應(yīng)[1]。數(shù)據(jù)在完成轉(zhuǎn)入程序之后能夠得以同步更新。即使這一過程中的數(shù)據(jù)處理狀態(tài)以及輸入狀態(tài)發(fā)生了變化，也不會改變映象區(qū)中與之對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)出現(xiàn)了脈沖信號，那么信號設(shè)計周期的寬度相比較掃描周期而言更大，以此保證任何情況下都能準確讀取所輸入的數(shù)據(jù)。

1.2 PLC控制方式

PLC在工作中會一直進行輸入與輸出，并對數(shù)據(jù)進行更新，那么程序處理就會一直循環(huán)。借助于PLC控制器來有效處理外界輸入的相關(guān)信息并將其儲存在內(nèi)存中，在處理數(shù)據(jù)之后輸出為單元格信號，并在后期運行過程中不斷刷新內(nèi)外部信息，并輸出存儲器中已經(jīng)轉(zhuǎn)化之后的數(shù)據(jù)，將其運用到控制電路中。

2 PLC在機電一體化技術(shù)中的運用分析

2.1 運動控制

PLC基于機電一體化系統(tǒng)中能夠有效控制運動（包括直線和圓周運動等）。傳統(tǒng)的機電一體化控制方式是借助于位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)形成連接關(guān)系，但是當(dāng)PLC技術(shù)得以運用之后，結(jié)合專門模塊就可以實現(xiàn)運動控制這一目標(biāo)，大量PLC生產(chǎn)企業(yè)都能夠?qū)哂羞\動控制功能的產(chǎn)品進行生產(chǎn)。PLC的運動控制功能在生產(chǎn)過程中可以被充分運用到多個領(lǐng)域中，機械裝配、機床切削則是最普遍的應(yīng)用領(lǐng)域。因為其運動控制功能非常強，所以穩(wěn)定性以及抗干擾能力都相對較強，同時也被運用到較多領(lǐng)域中。例如，將PLC充分運用到磁選機中，這有利于設(shè)備電氣性能、自動化水平的提高，同時對設(shè)備運行過程的穩(wěn)定性進行維護[2]。

2.2 開關(guān)邏輯

將PLC充分運用到機電一體化技術(shù)中有利于開關(guān)邏輯控制的實現(xiàn)，具有極強的應(yīng)用價值。例如，借助于PLC對系統(tǒng)工作進行有效控制，以此來取代傳統(tǒng)的繼電器，同時也將PLC應(yīng)用到機床、電氣、冶金工業(yè)、電磁閥控制、CNC機床控制等領(lǐng)域中。CNC機床控制系統(tǒng)中的圖形顯示以及數(shù)據(jù)處理功能較為良好，在機床中對PLC進行運用，有利于邏輯處理任務(wù)的更好完成，并引導(dǎo)完成效率以及質(zhì)量的提升。例如，在自動播種機中充分運用PLC，有利于其結(jié)構(gòu)更加簡單，同時提高穩(wěn)定性。

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是產(chǎn)品生產(chǎn)過程中最為重要的一個環(huán)節(jié)，質(zhì)量高低和生產(chǎn)活動的最終落實情況具有密切相關(guān)性。所以，企業(yè)需要高度重視對于數(shù)據(jù)的處理?，F(xiàn)階段企業(yè)中的PLC設(shè)備可以結(jié)合PLC技術(shù)來運算多種模式（包括邏輯運算、函數(shù)運算等），同時落實運輸和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作，并做好排序、進位等相關(guān)工作，最終完成數(shù)據(jù)的收集、分析工作。PLC在處理數(shù)據(jù)時可以基于儲存器中對數(shù)據(jù)進行設(shè)定，并比較分析收集到的數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的傳輸、制表、打印等工作。

2.4 通信網(wǎng)絡(luò)

隨著PLC技術(shù)發(fā)展速度的加快，數(shù)據(jù)存儲區(qū)也得以相應(yīng)擴大，以此對更多數(shù)據(jù)進行儲存。采集數(shù)據(jù)時可以對計數(shù)器、A/D單元進行充分運用，在模擬量向數(shù)字量得以有效轉(zhuǎn)換之后，我們可以將其定時儲存到DM區(qū)中，并對小型打印機進行配備，以此可以將該區(qū)中儲存數(shù)據(jù)打印出來。同時，PLC也能和計算機系統(tǒng)相連接，借助于計算機對DM區(qū)儲存的數(shù)據(jù)進行讀取和處理。基于此，PLC成為了計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)終端，除此之外，一臺計算機能夠?qū)?2臺PLC進行有效管理，這使得對于PLC的監(jiān)控實現(xiàn)最大化，PLC具備的聯(lián)網(wǎng)能力、通訊能力都非常強，并且還有新的聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐步得以推出，因此PLC不僅對于通用計算機進行支持，同時還對多種總線網(wǎng)絡(luò)連接進行支持[3]。一方面，PLC能夠和PLC形成通訊，而不是一對一通訊;另一方面，PLC可以和智能儀表、執(zhí)行裝置形成聯(lián)網(wǎng)通訊，以此來交換所需數(shù)據(jù)。此外，還可以和遠程控制系統(tǒng)相連接，相關(guān)研究表明，系統(tǒng)范圍超過了10公里。不僅只有PLC能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通訊，各種高檔計算機以及智能裝置都能實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。我們可以結(jié)合總線網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)引導(dǎo)計算機、各種智能裝置、PLC組織得以有效融合到一個網(wǎng)絡(luò)中，通信聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)階段計算機集成系統(tǒng)以及智能化企業(yè)快速發(fā)展所提出的需求相符合，這一裝置有利于對點、線、面進行有效控制，以此獲取到更多的經(jīng)濟效益。

2.5 過程控制

PLC在過程控制中所采取的指標(biāo)就是模擬量。一般來講，定義模擬量會一直產(chǎn)生作用，并根據(jù)運行數(shù)據(jù)來有效控制電流、速度等物理量。常用變量是指模擬量發(fā)生變化的變量，借助于運算分析對系統(tǒng)需要的開關(guān)變量進行獲取，以此對系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)進行保障。由此可見，控制功能是過程控制中最為基本的一個功能。

3 PLC在運用時要注意的問題

3.1 工作環(huán)境的要求

PLC落實穩(wěn)定工作的前提條件就是工作環(huán)境，尤其是溫度。這就要求環(huán)境溫度不能低于0°同時也不能超過50°。在安裝PLC時應(yīng)該和發(fā)熱量過大的設(shè)備保持一定距離，保證其具備散熱與通風(fēng)空間。為了對系統(tǒng)所具有的絕緣效果進行保證，需要有效控制工作環(huán)境中的濕度，要求其不能超過80%。PLC的安裝還應(yīng)該和可能產(chǎn)生震動的機器設(shè)備保持一定距離，必要情況下對減震裝置進行安裝。同時遠離易燃易爆以及腐蝕性較高的物質(zhì)。當(dāng)附近空氣中粉塵濃度過高或存在腐蝕性氣體時，應(yīng)該基于封閉空間對PLC進行安裝[4]。

3.2 控制干擾的發(fā)生

在工業(yè)生產(chǎn)過程中充分運用PLC時需要對干擾作用進行重視，因為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境具有較高復(fù)雜性，并且可能受到多種電磁的干擾，假如不進行有效控制勢必會對PLC的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。結(jié)合PLC輸入端產(chǎn)生干擾的作用機理，能夠?qū)⒏蓴_形式劃分為兩種類型，其一是串模、其二是共模。串模干擾指的是多種信號形成疊加關(guān)系，被測信號無法對穩(wěn)定性進行保障;共模干擾指的是因為信號對地具備電位差作用，地點位差作用、電磁輻射、電網(wǎng)信號串入相互影響形成了疊加作用，因此PLC在感應(yīng)之后呈現(xiàn)出共態(tài)電壓的迭加效應(yīng)。共模電壓所產(chǎn)生的作用較為顯著，假如無法對配電器具備的隔離性進行保障，干擾作用對于變送器在輸出信號進行影響表現(xiàn)為：共模電壓突然增大，并受到不對稱電路作用的影響形成了差模電壓，進而導(dǎo)致元器件出現(xiàn)了故障。與此同時，在PLC對于空間進行運用時受到高壓電網(wǎng)的影響，因此需要對其進行屏蔽。PLC受到干擾影響的方式包括兩種：其一，電路感應(yīng)、電磁輻射所產(chǎn)生的干擾;其二，因為PLC通信存在一定的電磁感應(yīng)，因此通信線路會產(chǎn)生引入干擾的問題。

4 結(jié)束語

總而言之，由于現(xiàn)階段信息技術(shù)發(fā)展速度的不斷加快，制造業(yè)中的信息化進程隨之得以相應(yīng)加快，制造業(yè)在未來發(fā)展中的主導(dǎo)就是信息。再加上電子技術(shù)的發(fā)展速度逐漸加快，進而推動著PLC的進步和發(fā)展，并將其充分運用到各個領(lǐng)域中。PLC技術(shù)具有嚴密的邏輯性，并且能夠保證計算出的結(jié)果具有精準性。PLC基于機電一體化技術(shù)中具備多種功能。但是通過分析實際生產(chǎn)過程了解到，為了保證PLC編程效果的實現(xiàn)，這就要求和控制器特征相融合，并引導(dǎo)PLC和機器設(shè)備功能形成有機融合。

參考文獻：

[1]支松柏.PLC在機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2019（5）：8-9.

[2]巴忠磊.PLC設(shè)備在機電一體化設(shè)計中的運用[J].電子世界，2019

（12）：183-184.

[3]王寧.PLC技術(shù)在煤炭機電一體化控制中的作用[J].中國石油和化工標(biāo)準與質(zhì)量，2019（8）：222-223.

[4]韓英明.分析PLC在機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2019，017（003）：166-167.