PLC在智能機(jī)械控制上的應(yīng)用與關(guān)鍵技術(shù)分析

薄潤(rùn)芳

（鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017010）

引言

在知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下，基于新一代信息技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用下的智能制造已經(jīng)成為社會(huì)現(xiàn)代化建設(shè)與發(fā)展的新主題、新動(dòng)力、新趨勢(shì)。基于此，在當(dāng)前提倡構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、制造強(qiáng)國(guó)，重視信息化、自動(dòng)化、智能化建設(shè)的背景下，有必要加強(qiáng)PLC在智能機(jī)械控制上的應(yīng)用與關(guān)鍵技術(shù)分析，推動(dòng)智能機(jī)械優(yōu)化發(fā)展。

1 PLC控制系統(tǒng)概述

PLC控制系統(tǒng)最早形成于20世紀(jì)60年代的美國(guó)，是在傳統(tǒng)繼電器控制原理創(chuàng)新的基礎(chǔ)上得以發(fā)展，并隨著信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用得到強(qiáng)化與完善，并逐漸取代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)，在邏輯控制、過(guò)程控制以及運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

通常情況下，PLC控制系統(tǒng)主要由可編程邏輯控制器（PLC）、邏輯組態(tài)軟件以及監(jiān)督管控組態(tài)軟件等共同組成，能夠執(zhí)行系統(tǒng)中已經(jīng)存儲(chǔ)的邏輯運(yùn)算、計(jì)算、定時(shí)、順序操控等指令，并在數(shù)據(jù)信息采集、輸入、輸出下，依據(jù)工藝流程操作要求進(jìn)行實(shí)踐操作，完成各類機(jī)械裝置控制任務(wù)[1]。就可編程邏輯控制器而言，編程邏輯控制器是PLC控制系統(tǒng)的核心部分，是在通信技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)等結(jié)合應(yīng)用下形成的數(shù)字化控制設(shè)備，主要由電源板塊、中央處理器板塊、I/O（(input/output，輸入/輸出端口）板塊、功能與通信板塊等共同組成，用以促進(jìn)用戶與系統(tǒng)的連接，并在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用下，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、設(shè)備與系統(tǒng)之間的通信；就邏輯組態(tài)軟件而言，是系統(tǒng)監(jiān)控層中的重要組成部分，主要運(yùn)行在上位機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)境中，以實(shí)現(xiàn)在線診斷、監(jiān)控、邏輯翻譯控制、離線仿真等功能；而監(jiān)控組態(tài)軟件側(cè)重于數(shù)據(jù)采集與機(jī)械過(guò)程控制，能夠科學(xué)控制需求靈活組態(tài)，系統(tǒng)控制要求，提升控制系統(tǒng)監(jiān)控水平[2]。因此，PLC控制系統(tǒng)在智能機(jī)械控制中的應(yīng)用，可有效提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、可靠性，并在模塊化設(shè)計(jì)中提升系統(tǒng)維護(hù)管理的便捷性。

2 PLC在智能機(jī)械控制上的應(yīng)用——以智能機(jī)械手臂控制為例

智能機(jī)械手臂是應(yīng)用較為廣泛的典型智能機(jī)械控制系統(tǒng)，以智能機(jī)械手臂為例，分析PLC在智能機(jī)械控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及其關(guān)鍵技術(shù)，具有代表性。由圖1可知，智能機(jī)械手臂在日常運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)通電啟動(dòng)后，檢測(cè)裝置依托傳感技術(shù)進(jìn)行工位到位檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果發(fā)送信號(hào)，當(dāng)信號(hào)傳遞到PLC控制系統(tǒng)中時(shí)，系統(tǒng)依據(jù)信號(hào)執(zhí)行“下降”指令，實(shí)現(xiàn)機(jī)械下降操作；當(dāng)機(jī)械下降到指定位置后，PLC檢測(cè)到“下降到位”信號(hào)，并發(fā)出“下降停止”指令，機(jī)械停止下降操作，依據(jù)“抓緊”操作指令，進(jìn)行工件抓緊；待完成抓緊操作后，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出“上升”指令，當(dāng)上升到一定位置后，根據(jù)實(shí)際需求，發(fā)出左右移動(dòng)指令，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到“到位”信號(hào)后，停止移動(dòng)并執(zhí)行“放松”指令；檢測(cè)到工件到位后，執(zhí)行“上升——停止”指令，形成循環(huán)作業(yè)模式[3]。

圖1 智能機(jī)械手臂工作流程圖

從智能機(jī)械手臂系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)出發(fā)，PLC應(yīng)用下的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）主控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)：主控系統(tǒng)是智能機(jī)械手臂控制系統(tǒng)中的重要組成部分，也是PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用的核心所在。其主要功能在于通過(guò)應(yīng)用可編程存儲(chǔ)裝置，實(shí)現(xiàn)編輯程序的內(nèi)部存儲(chǔ)，并進(jìn)行邏輯運(yùn)算、定時(shí)、順序操控等指令的發(fā)出與執(zhí)行。與此同時(shí)，系統(tǒng)中配有自動(dòng)程序與手段程序處理板塊，能夠依據(jù)控制編程原則實(shí)現(xiàn)機(jī)械動(dòng)作的自動(dòng)與手段管控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行故障自動(dòng)檢測(cè)。在此過(guò)程中，需以先進(jìn)的 CPU（Central Processing Unit/Processor，微處理器）技術(shù)為支撐，提升系統(tǒng)可控性。

2）電氣系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)：電氣系統(tǒng)側(cè)重于系統(tǒng)中和電氣設(shè)備的有效管控，如繼電器、電源裝置、I/O設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備自身功能在系統(tǒng)中的充分發(fā)揮，保證系統(tǒng)穩(wěn)定與正常運(yùn)行。在此過(guò)程中，需配置電氣設(shè)備檢測(cè)技術(shù)、信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)、繼電器控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)的有效檢測(cè)、輸入、輸出與監(jiān)控。

3）機(jī)械系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)：機(jī)械系統(tǒng)是指令執(zhí)行的重要載體，主要由機(jī)械手、機(jī)械臂、機(jī)械身、機(jī)械腕等硬件組成。其“向上、向下、向左、向右、放松、抓緊、工件到位”等功能的實(shí)現(xiàn)，需依托DCS（Distributed Control System，分布控制）技術(shù)、OS（OperatingSystem，操作系統(tǒng)）軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)模塊化、系統(tǒng)化、規(guī)范化、開(kāi)放化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)更新與傳輸，提升系統(tǒng)控制可靠性，簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提升操作靈活性。

3 PLC在智能機(jī)械控制上的發(fā)展趨勢(shì)

隨著新一代信息技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用，PLC在智能機(jī)械控制系統(tǒng)中的應(yīng)用將得到進(jìn)一步優(yōu)化，呈現(xiàn)出更智能、更安全、更可控的發(fā)展趨勢(shì)。

例如，在PLC控制系統(tǒng)研究過(guò)程中，面對(duì)越來(lái)越復(fù)雜的智能機(jī)械執(zhí)行任務(wù)以及控制要求，需實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)“認(rèn)知——決策——監(jiān)控”多功能一體化操作，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、分布式管控下進(jìn)行多設(shè)備、多控制裝置的完美連接，做到集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化管控，以提升系統(tǒng)運(yùn)行要求，實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)展。與此同時(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放程度的不斷提升，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境通訊安全、系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定成為PLC在智能機(jī)械控制系統(tǒng)中應(yīng)用所需關(guān)注與研究的重點(diǎn)問(wèn)題。對(duì)此，應(yīng)促進(jìn)PLC技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的有機(jī)融合，利用安全密鑰技術(shù)，提升PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)終端通信的安全性、真實(shí)性、準(zhǔn)確性；通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)安全評(píng)估模型，加強(qiáng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別、防范能力，實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)故障與狀態(tài)運(yùn)行穩(wěn)定的科學(xué)診斷與處理，在保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的同時(shí)，提升操作行為、信息存儲(chǔ)能力與資源配置的可信性，推動(dòng)系統(tǒng)向更安全的方向發(fā)展。此外，相關(guān)工作人員需加強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)編程組態(tài)軟件、可編程邏輯控制器以及邏輯組態(tài)軟件的自主研發(fā)能力，實(shí)現(xiàn)可編程邏輯控制器以及軟件在系統(tǒng)環(huán)境中的自適應(yīng)性。同時(shí)，基于數(shù)據(jù)庫(kù)、微處理器芯片、操作系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線布局、機(jī)械設(shè)備等核心技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施的完善，形成能夠完全自主管控的生態(tài)鏈，以推動(dòng)PLC控制系統(tǒng)向更可控的方向發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

可編程控制器作為自動(dòng)化系統(tǒng)控制體系中的重要組成設(shè)備，隨著智能制造系統(tǒng)的不斷優(yōu)化以及先進(jìn)信息技術(shù)的不斷創(chuàng)新，已經(jīng)得到進(jìn)一步發(fā)展并廣泛應(yīng)用于智能機(jī)械控制中，提升智能機(jī)械控制質(zhì)量與運(yùn)行安全。與此同時(shí)，PLC與新技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，將推動(dòng)智能機(jī)械控制系統(tǒng)向更智能、更安全、更可控等方向發(fā)展。本文以智能機(jī)械手臂為例，通過(guò)分析PLC在智能機(jī)械控制上的應(yīng)用與關(guān)鍵技術(shù)，旨在加強(qiáng)對(duì)PLC的認(rèn)知與理解，為智能機(jī)械控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有益參考。