微電子控制機(jī)電設(shè)備在工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用研究

王振

[摘要]隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，在工業(yè)中應(yīng)用微電子控制機(jī)電設(shè)備的范圍也逐漸擴(kuò)大，使得機(jī)電一體化的水平越來(lái)越高。微型計(jì)算機(jī)具有體積小、信息處理功能強(qiáng)等特征，同時(shí)其作為機(jī)電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵，促使現(xiàn)代機(jī)電一體化逐漸發(fā)展為機(jī)械計(jì)算機(jī)化。文章通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)原理、PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用情況、變頻器的工作狀態(tài)等內(nèi)容進(jìn)行分析，對(duì)當(dāng)前微電子控制機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用情況進(jìn)行研究。

[關(guān)鍵詞]微電子控制；機(jī)電設(shè)備；工業(yè)

[DOI]1013939/jcnkizgsc201533046

工業(yè)機(jī)電設(shè)備在利用機(jī)電一體化系統(tǒng)時(shí)，微型計(jì)算機(jī)發(fā)揮著十分重要的作用，主要包括控制機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程、對(duì)物理參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和記錄、對(duì)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與分析、監(jiān)管機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程等。計(jì)算機(jī)選擇、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、團(tuán)建開(kāi)發(fā)以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)維護(hù)等工作都是機(jī)電一體化系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要內(nèi)容。

1機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成以及運(yùn)行原理

本系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括一臺(tái)可編程邏輯控制器（PLC）、一臺(tái)變頻器、一臺(tái)管路壓力變送器、多臺(tái)循環(huán)離心泵。其中電動(dòng)差壓變送器對(duì)給水量、蒸發(fā)量以及管路水量這三個(gè)變量進(jìn)行檢測(cè)，最后由可編程邏輯控制器（PLC）進(jìn)行計(jì)算，并輸出4～20mA的電流信號(hào)，對(duì)變頻器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速的目的。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要全面考慮多方面因素，才能保證正常運(yùn)行，由于變頻器的輸出頻率對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制效果具有直接重要的決定作用，因此首先應(yīng)對(duì)變頻器的輸出頻率進(jìn)行確定，通過(guò)對(duì)水泵流量、揚(yáng)程以及用水量的最大程度與最小程度進(jìn)行確定，確定輸出頻率。在系統(tǒng)中，PLC可以通過(guò)壓力變送器將用水量的大小反映出來(lái)，再分配給循環(huán)離心泵，同時(shí)工作人員應(yīng)對(duì)循環(huán)泵的頻率進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)，以保障能源分配的合理性。管路循環(huán)水的壓力是本系統(tǒng)中的關(guān)鍵控制變量，使用點(diǎn)的多少會(huì)直接影響到管路循環(huán)水壓力的大小，壓力情況通過(guò)壓力變送器傳輸?shù)絇LC實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié)。

2可編程邏輯控制器的特征與應(yīng)用情況

21特征

可編程邏輯控制器（PLC）作為工業(yè)控制器具有邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)控制、定時(shí)控制、步進(jìn)控制、數(shù)據(jù)處理以及A/D與D/A轉(zhuǎn)換等功能，主要進(jìn)行微處理。PLC具有體積小、省電、價(jià)格低廉、實(shí)現(xiàn)積木式組合等特征，同時(shí)吸取了計(jì)算機(jī)技術(shù)與微電子技術(shù)，其發(fā)展速度很快。PLC在機(jī)電設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化、生產(chǎn)線自動(dòng)化控制、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中都具有重要作用，并且在柔性制造系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人以及大型分散型控制系統(tǒng)中均發(fā)揮出不可忽視的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前PLC、工業(yè)機(jī)器人以及數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為機(jī)械工業(yè)中自動(dòng)化控制的三大關(guān)鍵技術(shù)。

當(dāng)前，PLC已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了直接與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行連接的功能，其數(shù)字及模擬量輸入、輸出功能不僅在離散型開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，同時(shí)在連續(xù)的流量控制過(guò)程中也經(jīng)常被應(yīng)用。

PLC的控制程序可以按照需求進(jìn)行調(diào)整和變化，柔性較好。當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備需要更新或生產(chǎn)工藝流程出現(xiàn)調(diào)整時(shí)，PLC的硬件設(shè)備不需要進(jìn)行改變，只需要對(duì)其控制程序按要求進(jìn)行調(diào)整即可，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性。

PLC的編程操作較為便捷，安裝及維修都十分方便。PLC的編程和監(jiān)控是通過(guò)利用編程器實(shí)現(xiàn)的，因此，使用者在對(duì)控制程序進(jìn)行調(diào)試和編程時(shí)只需掌握梯形圖語(yǔ)言就可以。同時(shí)，PLC的自診斷功能較好，在故障出現(xiàn)時(shí)能夠及時(shí)進(jìn)行維修。

22應(yīng)用情況

PLC應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)可以直接在個(gè)人計(jì)算機(jī)上進(jìn)行并生成可執(zhí)行文件，對(duì)Microsoft embedded Visual C++開(kāi)發(fā)環(huán)境提供的下載功能可以進(jìn)行直接使用。PLC在應(yīng)用中運(yùn)行控制程序，同時(shí)人機(jī)界面中會(huì)運(yùn)行可執(zhí)行文件。利用串口兩者可以實(shí)現(xiàn)通信，并且人機(jī)界面為主動(dòng)方。PLC通過(guò)接收人機(jī)界面發(fā)送的監(jiān)控要求，完成相應(yīng)的操作，并將相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)反饋給人機(jī)界面，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)、打印以及傳輸至ERP管理系統(tǒng)等。

3變頻器調(diào)速器的作用

其一，相較于傳統(tǒng)的正弦波控制技術(shù)，由于變頻器采用電壓空間矢量控制技術(shù)，在性能上體現(xiàn)出更好的先進(jìn)性與獨(dú)特性，并且具有低速轉(zhuǎn)矩大、諧波成分小以及運(yùn)行穩(wěn)定性更好等明顯特征，相對(duì)于我國(guó)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)其輸出電壓自動(dòng)調(diào)整的功能發(fā)揮出很大優(yōu)勢(shì)。其二，變頻器具有鍵盤電位器、外部端子以及多功能端子等多種操作方式，使其功能更加全面，能夠?qū)Χ喾N模擬信號(hào)進(jìn)行輸入，包括電壓、電流、頻率等效范圍檢測(cè)、轉(zhuǎn)速追蹤等。同時(shí)，變頻器還具有擺頻運(yùn)行及程序運(yùn)行等多種模式。其三，由于變頻器全系列主元件均采用西門子產(chǎn)品，保護(hù)性能更強(qiáng)，更具可靠性，能夠?qū)Χ搪?、過(guò)流、過(guò)壓等問(wèn)題進(jìn)行預(yù)防，保證本機(jī)的正常運(yùn)行。同時(shí)變頻器的絕緣耐壓性能較好，產(chǎn)品質(zhì)量高，鍵盤布局合理、設(shè)定簡(jiǎn)潔等特征使其應(yīng)用性更強(qiáng)。

4變頻器的工作狀態(tài)

變頻器的工作狀態(tài)包括手動(dòng)和自動(dòng)兩種，其中手動(dòng)工作狀態(tài)主要是在PLC停止工作時(shí)進(jìn)行人工操作行為，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器對(duì)變頻器的輸出頻率進(jìn)行給定。自動(dòng)工作狀態(tài)即由PLC的輸出信號(hào)對(duì)變頻器的輸出頻率進(jìn)行控制。相較于傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥控制方式，PLC控制具有節(jié)電、控制水泵磨損等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)延長(zhǎng)設(shè)備壽命以及提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平具有重要作用。

5調(diào)試電路

在進(jìn)行電路調(diào)試時(shí)可以通過(guò)兩種方法進(jìn)行，一是在全部電路安裝結(jié)束后進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)試，二是在電路安裝過(guò)程中進(jìn)行調(diào)試，以電路原理框圖中的功能將復(fù)雜電路劃分為單元進(jìn)行同步安裝和調(diào)試，在單元安裝與調(diào)試的基礎(chǔ)上逐漸擴(kuò)大范圍，最后完成整機(jī)調(diào)試。下文主要對(duì)應(yīng)用第二種調(diào)試方法的調(diào)試工作進(jìn)行分析。

在調(diào)試電路的過(guò)程中，首先，應(yīng)通過(guò)目測(cè)對(duì)電路面板進(jìn)行仔細(xì)檢查，判斷電路連線、連橋等是否正確可靠，是否存在虛接、短路或混線等問(wèn)題。其次，在初步的目測(cè)檢查后進(jìn)行靜態(tài)檢查，利用萬(wàn)用表的最小電阻量程檔對(duì)電路面板進(jìn)行檢查，對(duì)開(kāi)路、閉路、地線連接、電源連線以及電源到地情況進(jìn)行檢查。在電路安裝結(jié)束后，應(yīng)先以原理為依據(jù)為電路連線等各方面進(jìn)行全面檢查，確定無(wú)誤后再通電。在電路測(cè)量中為了排查接觸不良等情況，應(yīng)盡可能對(duì)元器件的連接點(diǎn)進(jìn)行直接測(cè)量，在對(duì)電源電壓進(jìn)行測(cè)量時(shí)應(yīng)保證電壓情況正常，尤其是連接PLC以及調(diào)速變頻器電路上的電源電壓，必須保證是正確的。最后，對(duì)硬件電路進(jìn)行調(diào)試，應(yīng)綜合全面地將各種影響因素考慮進(jìn)去，按照電路功能的原理要求進(jìn)行調(diào)試，對(duì)硬件各部分單元電路進(jìn)行仔細(xì)調(diào)試，最后進(jìn)行整體調(diào)試。

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