PLC在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

王新娜

(漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 漯河 462000)

1 PLC和機(jī)電一體化的概念論述

1.1 PLC技術(shù)的概念

PLC技術(shù)，即可編程控制器，早在1987年2月，國(guó)際電工委員會(huì)便對(duì)PLC技術(shù)的概念進(jìn)行了定義：PLC技術(shù)是一種旨在為工業(yè)環(huán)境背景中使用而進(jìn)行設(shè)計(jì)的數(shù)字化運(yùn)算操作的電子設(shè)備，該設(shè)備使用能夠進(jìn)行程序編譯的存儲(chǔ)器，用于進(jìn)行內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)、算數(shù)、計(jì)時(shí)等操作的命名，同時(shí)可以依靠數(shù)字或者模擬的方式進(jìn)行輸入或輸出，對(duì)各類型機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)進(jìn)行控制的過(guò)程。

1.2 機(jī)電一體化的概念

機(jī)電一體化理論一經(jīng)提出，便對(duì)人類機(jī)械理論的認(rèn)知進(jìn)行了顛覆。之前的機(jī)械操作都是通過(guò)物理的方式進(jìn)行機(jī)械控制，在機(jī)電一體化出現(xiàn)以后，虛擬電子控制的機(jī)械出現(xiàn)在人們的視野之中。機(jī)電一體化的背景是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及傳感器技術(shù)的集大成者。集大成就是不同學(xué)科領(lǐng)域和技術(shù)領(lǐng)域的有效融合，各取所需。從目前的情況來(lái)看，所有基于現(xiàn)代化高新技術(shù)、機(jī)械、電子科技相結(jié)合而產(chǎn)生的新型技術(shù)、系統(tǒng)或者產(chǎn)品，都隸屬于機(jī)電一體化。

2 PLC在機(jī)電一體化中的應(yīng)用分析

2.1 PLC在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用分析

在PLC技術(shù)背景下，其系統(tǒng)構(gòu)成涵蓋有硬件結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。通常情況下，在PLC一體化系統(tǒng)當(dāng)中，其應(yīng)用主要是憑借各構(gòu)成要素之間形成的組合作用，讓控制性能得到最大限度發(fā)揮。在設(shè)計(jì)人員針對(duì)PLC系統(tǒng)的輸入模塊和輸出模塊開(kāi)展設(shè)計(jì)時(shí)，為了方便今后對(duì)模塊的有效替換，需要事先配置好替換的相似模塊，PLC系統(tǒng)對(duì)于機(jī)械設(shè)備的連接主要是通過(guò)遠(yuǎn)程的I/O柜，同時(shí)系統(tǒng)的備用容量需要滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。開(kāi)關(guān)量I/O模塊完成對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與位置傳感器的連通，選取專用的控制模塊對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)定地控制。從當(dāng)前國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)情況進(jìn)行分析，PLC系統(tǒng)的生產(chǎn)廠商對(duì)PLC系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制功能表現(xiàn)非常關(guān)注，在相關(guān)機(jī)械設(shè)備制造過(guò)程中，如機(jī)器人、裝配機(jī)械、電梯等都十分關(guān)注PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能表現(xiàn)。

例如：在電梯當(dāng)中，設(shè)計(jì)四層電梯自動(dòng)控制演示板，在電梯上行的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)電梯的要求是在電梯位于一層時(shí)、二層或者三層時(shí)，四層在發(fā)出呼叫指令后，上行到三樓后行程開(kāi)關(guān)對(duì)電梯的控制就必須要停止；若電梯位于一層時(shí)，二層發(fā)出呼叫指令，則上行到二層形成開(kāi)關(guān)就必須要停止；當(dāng)電梯位于一層時(shí)，二層和三層同時(shí)發(fā)出呼叫指令，電梯需要先上行至二層，并停止5s，之后繼續(xù)上行至三層，然后控制開(kāi)關(guān)停止；如果電梯位于一層，三層和四層同時(shí)呼叫，則電梯首先上行至三層，并停止5s，之后繼續(xù)上行至五層后，控制開(kāi)關(guān)停止；若電梯位于一層時(shí)，二層和四層同時(shí)發(fā)出呼叫指令，則電梯首先上行至二層，并停止5s，之后再運(yùn)動(dòng)至四層后，控制開(kāi)關(guān)停止；若電梯位于一層，二層、三層、四層同時(shí)發(fā)出呼叫指令，則電梯首先會(huì)上行至二層，停留5s，之后再上行至三層，停留5s，最后上行到四層后，控制開(kāi)關(guān)停止。在上述過(guò)程中，進(jìn)行了呼叫指令傳達(dá)、形成開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉，都是基于PLC技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2.2 PLC在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的邏輯控制應(yīng)用分析

基于PLC技術(shù)的自身特征，工作人員能夠?qū)ζ溆布Y(jié)構(gòu)和軟件程序進(jìn)行靈活調(diào)整，在一體化系統(tǒng)的控制操作中，PLC技術(shù)使用非常靈活。在特殊環(huán)境下，工作人員可以編寫多組或多套程序，并根據(jù)自身實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)配使用。PLC滿足于工業(yè)施工現(xiàn)場(chǎng)中所表現(xiàn)的工況多狀態(tài)化的要求。進(jìn)行控制時(shí)所體現(xiàn)的邏輯問(wèn)題呈現(xiàn)出多元化特征，在邏輯組合的過(guò)程中可以按照時(shí)序、即時(shí)、延時(shí)、需要計(jì)數(shù)、不需要計(jì)數(shù)、固定順序、隨機(jī)順序等多種方式進(jìn)行邏輯分析。在機(jī)械制造生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中，PLC技術(shù)的這一特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，并且在其快速發(fā)展的歷程中逐步取代了繼電器控制技術(shù)，給機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)制造流程中的運(yùn)輸帶、機(jī)床、沖床等重要設(shè)備的邏輯性控制帶來(lái)了可能。在今后，伴隨著對(duì)PLC技術(shù)應(yīng)用的逐漸成熟，化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中的電磁閥控制，冶金工業(yè)中的高爐上料系統(tǒng)都得到了十分有效地控制。在機(jī)械制造的CNC機(jī)床數(shù)字控制系統(tǒng)當(dāng)中使用PLC技術(shù)，能顯著增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理的能力，可以使用可編輯控制器提高邏輯任務(wù)處理的效率。可編程控制器能夠和數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的微處理器和機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，從而有效保障了在機(jī)電一體化背景下，所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和效率，給機(jī)械制造生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床與普通型數(shù)控機(jī)床的改造帶來(lái)了無(wú)限的可能。

例如：在機(jī)電一體化背景下，針吸式穴盤自動(dòng)播種機(jī)中使用PLC控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電氣系統(tǒng)的有效控制，最大限度減小針吸式穴盤自動(dòng)播種機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，讓系統(tǒng)能夠始終處在高效且穩(wěn)定的工作狀態(tài)之下，若設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)故障，PLC控制系統(tǒng)也能夠在第一時(shí)間，找到故障出現(xiàn)的區(qū)域，并通知相關(guān)工作人員進(jìn)行檢修與管理。通過(guò)這樣的運(yùn)行機(jī)制，機(jī)械設(shè)備往往在故障初期，工作人員就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除相關(guān)故障，降低了故障蔓延的可能性，保障了機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中的安全，并且最大限度挽回了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 PLC在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理應(yīng)用分析

伴隨著全球各行業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)使用的日益普及，計(jì)算機(jī)技術(shù)在近30年的時(shí)間里取得了飛速發(fā)展，可編輯控制器的相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)(如矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)等相關(guān)數(shù)據(jù)運(yùn)算，均可以依托計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)完成。引進(jìn)PLC控制系統(tǒng)還可以開(kāi)展有效的數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)換，在基于計(jì)算機(jī)技術(shù)高度成熟的基礎(chǔ)上完成對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)工作。如果機(jī)械設(shè)備在使用的過(guò)程中發(fā)生故障，使得數(shù)據(jù)丟失或損壞時(shí)，之前進(jìn)行備份的數(shù)據(jù)便能夠幫助工作人員及時(shí)解決相關(guān)問(wèn)題。在PLC系統(tǒng)的功能中，控制功能能夠基于已經(jīng)獲取的數(shù)據(jù)，開(kāi)展數(shù)據(jù)的調(diào)控和反饋，讓進(jìn)行合理調(diào)控后的數(shù)據(jù)可以完成預(yù)期的相關(guān)功能以及工作人員對(duì)相關(guān)參數(shù)信息的要求。設(shè)備基于之前所設(shè)置的時(shí)間順序開(kāi)始或停止作業(yè)，完成時(shí)間順序的控制首先必須要對(duì)PLC程序開(kāi)展預(yù)設(shè)置，之后按照連鎖順序進(jìn)行相關(guān)的保護(hù)，以此保障設(shè)備安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

例如：近10年來(lái)，中國(guó)電梯安全事故時(shí)有發(fā)生，分析這些電梯安全事故不難發(fā)現(xiàn)，因?yàn)殚T系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題所導(dǎo)致的電梯安全事故，占事故總量的80%左右；沖頂或蹲底造成的電梯安全事故，占事故總量的15%左右；其它類型原因造成的電梯安全事故，占事故總量的5%左右?？梢钥匆?jiàn)，因?yàn)殚T系統(tǒng)故障導(dǎo)致的電梯安全事故比例最高，出現(xiàn)也最為頻繁。門系統(tǒng)故障發(fā)生率最高是因?yàn)殡娞葑陨淼慕Y(jié)構(gòu)特征所引起的，電梯在每一次運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)進(jìn)行兩次開(kāi)門動(dòng)作和兩次關(guān)門動(dòng)作。重復(fù)多次的動(dòng)作會(huì)讓電梯門鎖頻繁工作，所以其老化速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電梯的其它系統(tǒng)，時(shí)間一久，使得門鎖機(jī)械保護(hù)裝置的動(dòng)作穩(wěn)定性變得不可靠，因此在電梯門鎖系統(tǒng)當(dāng)中，可以使用PLC系統(tǒng)所特有的計(jì)數(shù)功能，以對(duì)其使用壽命進(jìn)行評(píng)估，方便工作人員及時(shí)對(duì)電梯門系統(tǒng)部件進(jìn)行復(fù)位和更換，以此來(lái)降低電梯門系統(tǒng)故障所導(dǎo)致安全事故的可能性和數(shù)量。實(shí)踐證明，在使用了PLC技術(shù)后的電梯當(dāng)中，因?yàn)殚T系統(tǒng)故障導(dǎo)致安全事故發(fā)生的概率降低了近70%，有效保護(hù)了電梯使用者的生命健康安全。

2.4 PLC在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的過(guò)程控制和通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，過(guò)程控制必須要使用模擬量作為核心的數(shù)據(jù)指標(biāo)。在機(jī)械制造企業(yè)當(dāng)中，相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的電流、通電電壓等物理量便是模擬量。模擬量的輸出可保障控制系統(tǒng)能夠有效開(kāi)展相關(guān)工作。在機(jī)電一體化的生產(chǎn)流程中，可編程控制器通訊是其中非常關(guān)鍵的組成要件，它可以被分成可編輯邏輯控制的相互通訊與可編程控制器與其它智能化設(shè)備之間的通訊。在全球范圍內(nèi)，計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的大背景下，可編程邏輯控制器目前已經(jīng)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中形成了專屬的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，PLC在機(jī)電一體化生產(chǎn)設(shè)備中發(fā)揮著十分深遠(yuǎn)的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

伴隨著我國(guó)科技的快速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)向好，相關(guān)技術(shù)的日益成熟，PLC技術(shù)可以提升機(jī)械制造與機(jī)電一體化生產(chǎn)的質(zhì)量與效率，促進(jìn)我國(guó)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、生產(chǎn)線優(yōu)化、產(chǎn)品改良。因此，在機(jī)械生產(chǎn)制造領(lǐng)域，應(yīng)密切關(guān)注PLC技術(shù)在今后的發(fā)展動(dòng)向，在控制設(shè)備當(dāng)中大力推廣和應(yīng)用PLC技術(shù)，加速機(jī)電一體化進(jìn)行，為中國(guó)從制造大國(guó)邁向制造強(qiáng)國(guó)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。