PLC 技術(shù)應(yīng)用背景下機(jī)電一體化控制探析

曾武軍

（湖南文理學(xué)院，常德 415000）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域出現(xiàn)了一種新的數(shù)字運(yùn)算控制器——PLC，而PLC 技術(shù)的深度應(yīng)用催生了機(jī)電一體化生產(chǎn)模式，并引發(fā)了機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)及功能的變革，有效提升了工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的整體技術(shù)含量，極大地加快了工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。

1 PLC 技術(shù)概述

PLC，即可編程邏輯控制器，是通過(guò)可編程的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)控制器內(nèi)部程序指令，執(zhí)行定時(shí)、邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等命令，借助數(shù)字模擬輸入與輸出，對(duì)各類(lèi)機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制一種技術(shù)。PLC 猶如微型計(jì)算機(jī)中的硬件一樣，但又獨(dú)立于CPU 與控制面板，因而可對(duì)機(jī)電一體化生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和處理，加上自身編程功能強(qiáng)大，可有效簡(jiǎn)化工作流程，提升處理效率，優(yōu)化接線(xiàn)技術(shù)，節(jié)約不必要的維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用。

整體來(lái)看，PLC系統(tǒng)主要是由中央處理單元、編程器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、顯示單元與電源所構(gòu)成，其設(shè)計(jì)內(nèi)容包括如下方面：一是根據(jù)生產(chǎn)控制需求、技術(shù)條件等選擇設(shè)備，確保系統(tǒng)設(shè)備質(zhì)量，以免影響系統(tǒng)整體的安全性、有效性；二是結(jié)合應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行程序軟件編寫(xiě)，設(shè)計(jì)并編寫(xiě)軟件，滿(mǎn)足行業(yè)要求；三是編制PLCI/O 分配表，并繪制輸入子接線(xiàn)圖；三是依循用戶(hù)操作要求，通過(guò)參數(shù)設(shè)置完成界面設(shè)計(jì)，突出界面的友好化、人性化；四是系統(tǒng)調(diào)試，設(shè)計(jì)結(jié)束后要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，確保參數(shù)科學(xué)合理，并進(jìn)行操作說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)，配圖標(biāo)示并說(shuō)明PLC 操作事項(xiàng)與流程，以提高系統(tǒng)應(yīng)用銜接效果。當(dāng)然，PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅僅體現(xiàn)在原理層面，關(guān)鍵是要通過(guò)軟、硬件協(xié)作充分發(fā)揮PLC 系統(tǒng)在機(jī)電一體化控制中的效能。

2 基于PLC 技術(shù)的機(jī)電一體化控制設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

在機(jī)電一體化控制總體設(shè)計(jì)中，要以PLC 技術(shù)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)考慮控制功能的實(shí)時(shí)性，選擇PLC 作為機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的下位機(jī)，充分發(fā)揮PLC 實(shí)時(shí)性強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、控制精度高等優(yōu)勢(shì)，滿(mǎn)足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。機(jī)電一體化控制功能的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)各工位主軸的調(diào)節(jié)，且對(duì)主軸調(diào)節(jié)的精度要求較高，因此，在控制模式下可將運(yùn)動(dòng)控制卡視為PLC 的一個(gè)控制對(duì)象加以處理，換言之，可將運(yùn)動(dòng)控制卡視作PLC 的輸出繼電器，在PLC 編程過(guò)程中借助中間繼電器完成運(yùn)動(dòng)控制卡。例如，當(dāng)PLC發(fā)出主軸前進(jìn)指令之時(shí)，上位機(jī)將完成對(duì)掃描程序的執(zhí)行，中間中繼器會(huì)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)，對(duì)主軸前進(jìn)動(dòng)作進(jìn)行控制，當(dāng)復(fù)位之后函數(shù)完成則主軸也停止運(yùn)動(dòng)，可見(jiàn)，機(jī)電一體化控制中主軸的運(yùn)動(dòng)乃至在各工位上的運(yùn)動(dòng)均離不開(kāi)PLC 技術(shù)的支持，且相互間實(shí)現(xiàn)了互鎖控制，而若能夠?qū)崿F(xiàn)中間繼電器常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)，并將其連接至各工位動(dòng)作梯形圖之中，則主軸前進(jìn)動(dòng)作執(zhí)行過(guò)程中仍可確保證各工位狀態(tài)靜止，提升機(jī)電一體化控制的穩(wěn)定性、可靠性。

2.2 數(shù)控控制功能設(shè)計(jì)

對(duì)于機(jī)電一體化控制運(yùn)動(dòng)模式下，生產(chǎn)設(shè)備多借助的是數(shù)控控制完成原材料的加工過(guò)程。而數(shù)控控制的實(shí)現(xiàn)需要借助上位機(jī)讀取相應(yīng)的加工代碼，并將該指令傳達(dá)給下位機(jī)，經(jīng)由下位機(jī)執(zhí)行操作對(duì)應(yīng)動(dòng)作，繼而完成生產(chǎn)，該過(guò)程也離不開(kāi)PLC 技術(shù)的支持。具體而言，數(shù)控控制設(shè)計(jì)包括四大步：一是生產(chǎn)系統(tǒng)的初始化，二是數(shù)控控制代碼的讀取與譯碼，三是向PLC 系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)動(dòng)作指令，四是PLC 完成指令要求動(dòng)作。基于PLC 技術(shù)的數(shù)控控制應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著，機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中上位機(jī)負(fù)責(zé)的是數(shù)控初始化功能及向PLC 發(fā)送對(duì)應(yīng)指令，而下位機(jī)、PLC 負(fù)責(zé)控制伺服電機(jī)與生產(chǎn)系統(tǒng)工作動(dòng)作，并向上位機(jī)返回對(duì)應(yīng)指令，與之共同完成數(shù)控控制具體任務(wù)。當(dāng)然，在機(jī)電一體化控制中，數(shù)控控制主要針對(duì)系統(tǒng)成分、壓力、流量、溫度、電流、電壓等連續(xù)變化模擬量的物理量加以控制，并將模擬量當(dāng)前值作為重要參數(shù)指標(biāo)，該控制過(guò)程不僅關(guān)乎系統(tǒng)內(nèi)部控制，更直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量，因而PLC 應(yīng)用過(guò)程中要著重突出過(guò)程控制因素，重點(diǎn)分析模擬量，以滿(mǎn)足機(jī)電一體化控制設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)的高效控制。

2.3 自動(dòng)控制與監(jiān)控功能設(shè)計(jì)

對(duì)于機(jī)電一體化控制而言，除了采用自動(dòng)化控制運(yùn)行模式以外，還需要充分考慮數(shù)控控制，并完成數(shù)控加工對(duì)應(yīng)流程控制，這不僅包括代碼控制，還涉及其余部分的程序化設(shè)置，因此，必須借助PLC 技術(shù)的順序控制功能，完成系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行控制，具體而言，順序控制如下：一是對(duì)控制流程圖進(jìn)行構(gòu)建，二是依循流程圖建立對(duì)應(yīng)功能順序圖，三是借助轉(zhuǎn)換中心編程方式獲取梯形圖，在該過(guò)程之中，PLC 系統(tǒng)負(fù)責(zé)自動(dòng)化控制與任務(wù)執(zhí)行過(guò)程，當(dāng)執(zhí)行到數(shù)控加工該環(huán)節(jié)時(shí)，自動(dòng)控制程序?qū)⑻峁┫鄳?yīng)數(shù)控控制功能，待執(zhí)行結(jié)束方由PLC 系統(tǒng)完成順序控制。除了自動(dòng)控制功能，機(jī)電一體化控制中監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)也十分關(guān)鍵，監(jiān)控對(duì)象主要集中在各生產(chǎn)設(shè)備工位所生成的傳感及輸出信號(hào)，而監(jiān)控功能主要是由自動(dòng)控制加工控制界面提供的，借助于控制界面的打開(kāi)按鈕，進(jìn)入代碼輸入界面，用戶(hù)將所需完成工位動(dòng)作代碼直接錄入，將生產(chǎn)設(shè)備初始化并點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕，即完成了設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行，系統(tǒng)加工時(shí)界面上實(shí)時(shí)顯示數(shù)控加工的對(duì)應(yīng)代碼，便于用戶(hù)查看。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科技水平的逐步發(fā)展，“中國(guó)制造2025”必將成為工業(yè)化發(fā)展的主旋律。而PLC 作為機(jī)電一體化控制中的關(guān)鍵技術(shù)之一，其應(yīng)用能夠有效提升工業(yè)生產(chǎn)效率，控制生產(chǎn)成本，全面展現(xiàn)出技術(shù)革新所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)地位。因此，日后還應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)PLC 技術(shù)應(yīng)用研究，不斷完善機(jī)電生產(chǎn)模式，提高機(jī)電一體化生產(chǎn)制作水平，以便為機(jī)電一體化全面融合及機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展提供助力。