PLC技術在機電一體化控制中的融合

邵春

【摘 要】可編程邏輯控制器（PLC）是傳統(tǒng)繼電器與微機技術相結合的產物。它從根本上簡化了傳統(tǒng)的連接模式，充分借助并融合了微機處理器的優(yōu)勢，尤其是在實施PLC程序編制過程中，不再使用專門的計算機編程語言，而是僅通過簡單指令的模式就可以進行全面控制，使PLC技術在生產系統(tǒng)中得到了廣泛認可與應用。文章從PLC技術的設計特點入手，著重分析PLC技術在機電一體化控制系統(tǒng)中的作用，結合實例探討PLC技術在與機電一體化控制融合應用的場景，以提升PLC技術在機電一體化控制中的應用水平，為現(xiàn)代生產系統(tǒng)的技術發(fā)展提供參考。

【關鍵詞】PLC;機電一體化;融合

【中圖分類號】TP273 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）03-0092-03

0 引言

近年來，全球智能化科技發(fā)展成效逐漸凸顯，尤其是在工業(yè)領域，已經精確地對準4.0時代大步邁進[1]。隨著技術變革的加速，許多新技術日益涌現(xiàn)，其中機電一體化開始進入大眾視野，并在行業(yè)內應用，在此基礎上，企業(yè)發(fā)現(xiàn)PLC技術的融合應用具有廣闊的發(fā)展前景。研究發(fā)現(xiàn)，如果將PLC與機電一體化控制技術相融合，便可在工業(yè)生產實踐過程中全面了解整體生產系統(tǒng)，從而對技術水準進行升級，因此深入研究PLC技術具有影響深遠的推動價值[2]。

1 PLC技術及機電一體化的概念

1.1 PLC技術

PLC，中文名稱為可編程邏輯控制器，其可以通過可編程的存儲器存儲控制器內部的程序指令，如執(zhí)行定時、邏輯運算、順序控制、計數(shù)等程序設定的命令，借助數(shù)字模擬進行輸入與輸出，從而對各種機器生產過程進行控制[3]。PLC雖然看似是微型計算機中的硬件，但是它完全不依賴CPU和控制面板，可以完成對機電一體化采集，分析并處理生產數(shù)據(jù)。而且，PLC的自身編程功能強大，可大幅度簡化工作流程，縮短工作時間，使數(shù)據(jù)處理更加簡單[4]。

在PLC技術出現(xiàn)之前，人們通常使用鼓式開關、繼電器等器件對工業(yè)生產過程進行控制。在小規(guī)模工業(yè)生產時期，這些控制器興許還能滿足基本的需要，但是隨著生產規(guī)模的擴大，生產效率和產品質量要求的提升，繼電器等控制系統(tǒng)已經無法滿足生產需求[5]。伴隨著信息工業(yè)革命的到來，計算機網絡信息技術得到了快速發(fā)展，小型計算機逐漸開始被人們應用到工業(yè)開關控制系統(tǒng)的生產過程中。小型計算機的應用雖然解決了部分傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的問題，但卻是“大材小用”，因此該技術并沒有得到廣泛普及[6]。PLC技術就是在此環(huán)境下被人們開發(fā)出來。

1.2 機電一體化

在現(xiàn)代工業(yè)技術快速發(fā)展的時代背景下，機電一體化應運而生，經過不斷地發(fā)展升級，機電一體化在生產市場中出現(xiàn)了越來越多的應用領域。在結構方面，機電一體化將電子技術應用、軟件技術與傳統(tǒng)機械進行技術上的融合，實現(xiàn)了“三位一體”，主要功能有控制功能、動力功能和主功能[7]。在技術發(fā)展初期，因為初次接觸該核心技術的領域，全球對此領域的研究少之又少，所以很多人都悲觀地認為此技術不靠譜，工業(yè)領域也不認可此不成熟的技術，后來生產快速發(fā)展，越來越需要高效的技術提供支持，通過不斷實驗和迭代，PLC技術也在這個過程中不斷得以提升，技術逐漸走向成熟，PLC的技術優(yōu)勢也逐漸凸顯，越來越多的領域認可了此技術。隨著應用領域不斷擴大，PLC一些應用功能逐漸得以優(yōu)化和完善[8]。

2 PLC技術設計要點

2.1 PLC系統(tǒng)基本結構

PLC的主要構成有中央處理單元、編程器、系統(tǒng)程序儲存器及電源（如圖1所示）[9]。

2.2 PLC系統(tǒng)設計內容

中央處理單元、編程器是PLC系統(tǒng)的主要構成部分，同時也是發(fā)揮PLC系統(tǒng)作用的關鍵部件。此外，PLC系統(tǒng)還包括顯示單元、系統(tǒng)程序存儲器和電源3個部分。PLC設計一般按以下5個步驟展開：第一，選擇合適的設備。設備要依據(jù)生產控制的需求和現(xiàn)有技術情況擇優(yōu)選擇，這樣才能切實保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性。第二，根據(jù)需求設計并編寫程序。第三，繪制輸入子接線圖，并編制配套的I/O分配表。第四，設計界面。界面盡量做到科學和人性化。第五，調試系統(tǒng)。核對各類參數(shù)設置的準確性，調試沒問題以后，編寫使用說明書[10]。

2.3 PLC系統(tǒng)軟、硬件的設計

PLC系統(tǒng)的相關設計除了需要專業(yè)原理知識，還需要考慮PLC系統(tǒng)是否能在機電一體化控制中達到高效率的呈現(xiàn)，而高效的實現(xiàn)需要依靠系統(tǒng)軟、硬件各個相關聯(lián)方面的有效協(xié)作。一是硬件系統(tǒng)的相關設計。重點選擇對PLC系統(tǒng)的實際應用，包括機型結構等內容。二是軟件系統(tǒng)的相關設計。軟件不僅是編程設計非常關鍵的一個環(huán)節(jié)，還是PLC技術實現(xiàn)控制與融合相關聯(lián)最為關鍵的一個步驟，所以需要格外注意在程序編譯上的代碼，注重簡單、快捷、易上手的特點，如邏輯流程圖法、梯形圖法和時序流程圖法。

3 PLC技術背景下機電一體化控制系統(tǒng)的作用分析

在工業(yè)生產過程中，機電一體化控制系統(tǒng)有著不可忽視的使用價值，在PLC技術加持下，所有的生產過程都得以操控，并且PLC技術能夠將其過程簡化，有效化解了技術人員工作時因技術錯誤引發(fā)的矛盾。在現(xiàn)實生產應用過程中，PLC技術不但能簡化生產技術方面的相關操作，大大降低系統(tǒng)故障問題，還能將所有與機電控制系統(tǒng)相關的任務實現(xiàn)清晰分配，通過使用不同的指令，使其更快、更高效地運行，并與系統(tǒng)中的其他程序積極合作、協(xié)調處理問題。除此之外，PLC技術還能夠在整體控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時逐一排查問題，使系統(tǒng)在最短的時間內恢復運行，大大提升了系統(tǒng)的工作效率，為相關企業(yè)的穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。PLC技術背景下機電一體化控制系統(tǒng)的主要作用有以下3點。

3.1 對工業(yè)生產過程進行監(jiān)控檢測

經過PLC技術加持的機電一體化系統(tǒng)，能夠實時監(jiān)控整個生產開發(fā)過程，對工業(yè)生產狀況進行自動檢測，隨時報告各種機械裝備的工作狀態(tài)，并在第一時間對機械問題進行處理。每當出現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)會第一時間自動報警，快速找到問題來源，如果是升級版的機電一體化控制系統(tǒng)，還可以直接對問題進行處理以及清掃，使工業(yè)生產在短時間內實現(xiàn)正常運行，大大提高了工業(yè)生產中機械裝備的應用效率，并保證了相關企業(yè)在檢測設備時不會造成太大的損失與不必要的資金投入[7]。66A535AF-469B-4FA0-BA91-0F2FB353E7F3

3.2 調整工業(yè)生產的精度

由于工業(yè)生產中加入了PLC技術，機電一體化又多了一項技能：調整工程生產的精細化程度。正常情況下，PLC技術加持的機電一體化控制系統(tǒng)在工業(yè)生產中可以實現(xiàn)零失誤，提高各類工業(yè)生產的相關資源及配置應用匹配的準確性，并實現(xiàn)自動化稱量，從源頭上避免了各種人工操作失誤，這種失誤是在非自動化時期不可避免的狀況。PLC技術的應用將工業(yè)生產的商品精度提升到最高，大幅度提升產品的質量。

3.3 節(jié)約工業(yè)生產中的資源

在PLC技術支持下，機電一體化控制系統(tǒng)能夠減少工業(yè)生產中相關資源的使用量。在如今的工業(yè)生產中，很多工廠設備的實際工作強度遠遠超過了設備本身能承受的范圍。還有一些已經出現(xiàn)問題，如機電在不能達到額定功率的情況下，卻還要強行運轉，導致工廠大量資源被浪費，甚至存在由于利用率低導致資源被遺棄的現(xiàn)象。但是PLC技術及機電一體化的應用，不僅能高效解決這些問題，還能自動調整和提高機械設備的生產功率，避免出現(xiàn)資源浪費現(xiàn)象[8]。

4 PLC技術與機電一體化的融合應用

機電一體化應用場景比較多，其中以數(shù)控機床、電梯制造、包裝生產等為主，而隨著PLC技術的發(fā)展和應用，這些領域的發(fā)展效率得到了明顯提升。

4.1 在開關邏輯控制中的應用

傳統(tǒng)的電路開關是用繼電器單一設備進行控制，隨著PLC技術融合到機電一體化控制系統(tǒng)中，現(xiàn)有的電路開關的邏輯控制已經能夠實現(xiàn)對設備整體的控制，這樣就可以系統(tǒng)控制流水線上的每個設備，大大提升了流水線系統(tǒng)控制效率。在過去的工業(yè)生產過程中，電磁閥系統(tǒng)的控制與生產流程的控制是割裂開的，而隨著PLC技術的廣泛應用，現(xiàn)在已經能夠實現(xiàn)統(tǒng)一控制，極大地提高了生產效率，保障了生產安全。

4.2 在運動控制中的應用

傳統(tǒng)的機電一體化技術在運動控制過程中的表現(xiàn)難以達到理想的效果，而PLC技術的應用，有效彌補了該短板。如今，在PLC技術加持下，機電一體化技術已經可以實現(xiàn)多種方向的靈活控制，包括且不限于在圓周、曲線、直線等平面運行中的控制。同時，開關量輸入/輸出（I/O）模塊和相應的位置傳感器是實現(xiàn)運動控制的核心結構，可以實現(xiàn)不同條件下的運行軌跡。目前，專屬的運動控制模塊已經出現(xiàn)在PLC系統(tǒng)中，其核心技術是位置檢測傳感器的應用，可以實現(xiàn)實時檢測，并且把收集到的數(shù)據(jù)進行處理，從而實現(xiàn)精準控制。目前，PLC技術已經可以實現(xiàn)很多比較復雜的運動精準控制[9]。

4.3 在通信和數(shù)據(jù)處理中的應用

邏輯、關系、算術和數(shù)據(jù)轉換等功能都是可以通過PLC技術加持下的機電一體化控制系統(tǒng)來控制。目前，在通信領域設備和設備可以聯(lián)通，在多種通信協(xié)議的保障下，設備和數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)也可實現(xiàn)聯(lián)通，“分散控制、集中管理”模式已經可以在現(xiàn)有的通信領域中完美實現(xiàn)。PLC技術與CNC系統(tǒng)相結合，可以在數(shù)據(jù)處理方面發(fā)揮重要作用。PLC與CNC設備的數(shù)據(jù)交換和傳輸可以通過PLC獨立的編程軟件進行編寫，同時能夠實現(xiàn)對系統(tǒng)控制要求的隨時讀寫和改變（如圖2所示）[11]。

4.4 在過程控制中的應用

電流、電壓、流量、溫度、壓力和成分等連續(xù)變化模擬量是很多生產生活中重要的指標，這些過程控制也是機電一體化控制系統(tǒng)中重要的組成部分。當這些指標的當前值能夠直接影響產品質量時，在融合PLC技術過程中，要著重考慮這些過程控制因素。在過程控制過程中，也要根據(jù)現(xiàn)在生產的設計要求，充分分析這些指標的以往及現(xiàn)在的模擬量，實現(xiàn)對企業(yè)生產目標的控制。

5 結束語

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，PLC技術在機電一體化控制中發(fā)揮至關重要的作用，尤其是在數(shù)據(jù)處理、開關邏輯控制、運動控制等控制過程方面，呈現(xiàn)出較為突出的優(yōu)勢。目前，“極大”和“極小”是PLC技術產品的主要發(fā)展方向，現(xiàn)今很多產品的輸入輸出口可以達到15 000個左右，而小規(guī)模的產品又朝著模塊化方向發(fā)展。隨著市場對PLC產品需求越來越大，各類針對性的PLC模塊應運而生。在“中國制造2025”的背景下，我國著重打造大國利器、大國重器，而PLC技術將發(fā)揮出打造制造業(yè)強國的引導性和科技持續(xù)進步的強大優(yōu)勢，同時其在機電一體化控制中的應用也越來越廣泛。

參 考 文 獻

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