基于PLC控制的機(jī)電一體化設(shè)備的安裝及調(diào)試探析

謝歡

（徐州機(jī)電技師學(xué)院，江蘇 徐州 221131）

0 引言

在目前的背景下，PLC系統(tǒng)不僅具備位置控制上的優(yōu)勢，同時也體現(xiàn)出了數(shù)據(jù)控制與邏輯開關(guān)處理上的優(yōu)勢。將PLC系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)電一體化的建設(shè)中不僅有助于提升工作效率，同時PLC系統(tǒng)具備的可靠性優(yōu)勢，也有助于提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。從而促進(jìn)提升設(shè)備安裝與調(diào)試的質(zhì)量。而分析PLC的優(yōu)勢，將其充分引入到工業(yè)領(lǐng)域中，有助于促進(jìn)推動工業(yè)領(lǐng)域的集中發(fā)展。本次研究針對PLC控制在機(jī)電一體化設(shè)備的安裝與調(diào)試工作中的注意事項與核心關(guān)注點(diǎn)。

1 PLC與機(jī)電一體化

1.1 PLC

PLC是一種具備編程能力的存儲器，主要應(yīng)用于控制器的內(nèi)部，在具體應(yīng)用的過程中，通過程序的設(shè)計的方式為系統(tǒng)運(yùn)行提供指令，通過指令實現(xiàn)具體操作的目的。PLC操作較為簡便[1-2]，如圖1所示。第一、電源。電源主要為PLC內(nèi)部提供運(yùn)行所需要的直流電，目前實務(wù)工作中所使用的PLC多為開關(guān)式電源。第二、中央處理器。中央處理器是PLC的控制中樞，也是PLC的核心組成部分，其決定了PLC的性能情況。中央處理器主要由控制器。寄存器與運(yùn)算器組成，統(tǒng)一被布置在同一芯片上，通過各種線路連接后，介入電路開始運(yùn)轉(zhuǎn)。第三、存儲器。存儲器是PLC中具備記憶功能半導(dǎo)體電路，其主要負(fù)責(zé)的存儲系統(tǒng)的程序，運(yùn)算邏輯，并整體協(xié)調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行。第四、輸入單元。輸入單元主要負(fù)責(zé)控制的連接設(shè)備的輸入接口，收到信號介入PLC內(nèi)部，在實際運(yùn)行中，首先檢測元器件傳輸?shù)男盘枺ㄖ绷鬏斎?、交流輸入及?lián)合輸入（直流/交流）三種方式。第五、輸出單元[3]。輸出單元主要負(fù)責(zé)輸出信號，將系統(tǒng)中央處理器具傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)化為電平信號，傳輸給機(jī)械設(shè)備進(jìn)行執(zhí)行。

圖1 PLC系統(tǒng)外觀操作示意圖

1.2 機(jī)電一體化

機(jī)電一體化是工程機(jī)械自動化的重要組成部分，具體包括電子技術(shù)（微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)，接口技術(shù)等。

機(jī)電一體化的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在三方面：第一，提升精度。機(jī)電一體化適用后，機(jī)構(gòu)得到了相應(yīng)的簡化，主要表現(xiàn)為傳動部件減少。而機(jī)構(gòu)的減少也改善了機(jī)械磨損的問題。因而，因機(jī)械磨損、受力、變形而引發(fā)的誤差也得到了相應(yīng)的控制。而當(dāng)機(jī)械客觀誤差得到控制后，因系統(tǒng)調(diào)整所產(chǎn)生的誤差也將得到一定程度的控制。第二，安全性與可靠性進(jìn)一步提升。機(jī)電一體化實現(xiàn)了內(nèi)部檢測，自動診斷與自動報警。通過安全聯(lián)鎖進(jìn)行控制。及時發(fā)現(xiàn)故障，避免對人體造成損害，或發(fā)生相應(yīng)的事故。第三，提升生產(chǎn)效率。機(jī)電一體化基于虛擬原型設(shè)計方針技術(shù)，并建立相應(yīng)的模型。通過模擬實務(wù)工作的需求，為實務(wù)工作提供清晰的指引，并針對模擬中發(fā)生的問題進(jìn)行針對性改良，以形成應(yīng)用企業(yè)的理論最優(yōu)應(yīng)用方案[4]。從而促進(jìn)實現(xiàn)系統(tǒng)控制的目的，提前防控問題的發(fā)生。在提升工作效率的基礎(chǔ)上，促進(jìn)工作的精確度。

2 PLC控制系統(tǒng)的實務(wù)價值

將PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用實務(wù)工作中，能夠凸顯出的實效性優(yōu)勢、可靠性優(yōu)勢與操作性優(yōu)勢。

2.1 實效性優(yōu)勢

PLC中的設(shè)計與開發(fā)圍繞著自動化展開，因而在信號處理方面具有一定的速度優(yōu)勢，獨(dú)立信息處理的時間較短，因而程序運(yùn)行的速度也較快。應(yīng)用與機(jī)電一體化系統(tǒng)中，不僅能在高速信息處理的基礎(chǔ)上提升設(shè)備運(yùn)行的效率，同時能充分滿足的安全聯(lián)鎖門的保護(hù)功能需求，實現(xiàn)安全性。

2.2 可靠性優(yōu)勢

在PLC系統(tǒng)中，輸入信號與輸出信號均采用光電隔離的形式，能夠在外部線路與內(nèi)部線路間形成電氣隔離層。對于輸入端，PLC系統(tǒng)采用了R—C濾波器，具體濾波的時間維持10ms至20ms之間[5]。在此基礎(chǔ)上，PLC系統(tǒng)還設(shè)計了相應(yīng)的自我診斷功能，當(dāng)電源或操作軟件發(fā)生問題時，中央處理器能在第一時間識別問題，并做出相應(yīng)的處置，防止故障因連續(xù)變量錯誤而導(dǎo)致故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.3 操作性優(yōu)勢

實務(wù)中的PLC控制器的種類較多，結(jié)合實務(wù)中機(jī)電設(shè)備的種類，PLC控制器均能提供相應(yīng)的樣式滿足其需求。同時PLC系統(tǒng)的I/O種類也較為豐富，在實務(wù)應(yīng)該中能夠結(jié)合不同設(shè)備對自動控制的不同需求而進(jìn)行調(diào)整，充分滿足不同系統(tǒng)的實際需求。而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)內(nèi)部會提示出精確的故障報警，不僅提示故障的位置，還能通過軟件提示關(guān)聯(lián)元件的損壞程度。維修人員可根據(jù)故障提示進(jìn)行維修處置，操作較為方便。

3 安裝與調(diào)試

3.1 布置線路

在常規(guī)的布線中，應(yīng)保證PLC設(shè)備遠(yuǎn)離電源，同時嚴(yán)禁將高壓電器安裝在同一開關(guān)柜中。輸入線與輸出線應(yīng)分開設(shè)置數(shù)字量與模擬量。針對輸出信號，一般采用專門的屏蔽線，屏蔽線的一端需要接地。最后設(shè)置接電線的電阻維持屏蔽層電阻1/10的狀態(tài)[6]。在具體布線的過程中，應(yīng)充分注意外界信號對系統(tǒng)的影響。針對系統(tǒng)的基本單元、拓展單元進(jìn)行單獨(dú)布線，同時針對不同模塊設(shè)置不同的電纜線。在布線的過程中，需要針對性檢查是否將直流線與交流線安排在了相同的電纜上。

3.2 電路與電器

在PLC的安裝、調(diào)試中涉及的線路系統(tǒng)接線較多，安裝前精確掌握設(shè)計原理圖，見圖2所示。在掌握設(shè)計原理的基礎(chǔ)上，應(yīng)側(cè)重與輸入線路的接線方法。PLC機(jī)電一體化設(shè)備具有多個輸入線路，具體包括啟動按鍵（1）、傳感器（7）、磁性開（11）。雖然輸出線路也較多，包括變頻器、蜂鳴器、轉(zhuǎn)盤點(diǎn)擊及警示燈等。但輸出線路與其他系統(tǒng)無顯著區(qū)別，無需引起特別的注意。

圖2 PLC設(shè)計原理圖

在具體安裝的過程中，需要嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙的規(guī)定進(jìn)行安裝，按照各種線路的安裝順序進(jìn)行安裝[7]。在連接DC24V這一線路時，需要特別注意“-”段對接的較多的連接線路，在進(jìn)行插拔線路的過程中需明確設(shè)備處于斷電的狀態(tài)中，在開始操作前，還需對電動機(jī)、磁性開關(guān)及傳感器上的電器原件進(jìn)行科學(xué)、精確的檢查。確保其處于無電力存留的狀態(tài)。最后安裝電磁換向閥在底座上，設(shè)置進(jìn)氣孔進(jìn)氣通道，同時根據(jù)進(jìn)氣孔與進(jìn)氣通道設(shè)置側(cè)面的排氣孔與排氣通道。

3.3 安全聯(lián)鎖試驗與檢測

在進(jìn)行試驗與檢測前，應(yīng)對系運(yùn)行的情況進(jìn)行充分的了解，為試驗與檢測工作提供相應(yīng)的基礎(chǔ)，安全聯(lián)鎖裝置見圖3所示。檢測人員需明確設(shè)備的理論值域與實際運(yùn)行過程中能夠達(dá)到的范圍[8]。而在具體開展轉(zhuǎn)錄錘煉工作的過程中，控制氧槍中的水流瞬間突破值不超過58t/h，但出現(xiàn)水流量瞬間突破值低于58t/h的情況時，并維持這一狀態(tài)，或持續(xù)下降超過3s時，PLC系統(tǒng)應(yīng)保證能夠第一時間進(jìn)行報警，并做出響應(yīng)，第一時間關(guān)閉氧氣閥門。

圖3 安全聯(lián)鎖裝置示意圖

3.4 自動化線路設(shè)備控制要求

控制過程中應(yīng)嚴(yán)格按照操作順序進(jìn)行，具體包括3個部分內(nèi)容。第一，處于初始位置的機(jī)械手臂，通電通氣后，應(yīng)依次進(jìn)行伸縮工作，上臺工作，指關(guān)節(jié)放松與接卸放置等調(diào)試測試[9]。其后，進(jìn)行退料染缸縮回操作，并配合紅色警示燈的報警。第二，開啟警報燈開關(guān)，維持警報燈處于同時點(diǎn)亮的狀態(tài)中，其后轉(zhuǎn)動料盤，使用撥打桿將物料運(yùn)送到出口的物料臺上。當(dāng)物料進(jìn)入后，傳感器會收到響應(yīng)的信號，提示轉(zhuǎn)盤停止運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)盤停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，操作用機(jī)械手臂將物料運(yùn)送至傳輸皮帶頂端的物料口處。在此操作模式下，要求：實現(xiàn)在物料臺上沒有物料時開始轉(zhuǎn)動，進(jìn)行送料的操作，建立其循環(huán)模式。而當(dāng)檢測到臺上存在物料時，落料口的傳感器會做出相應(yīng)的提示，驅(qū)動傳送皮帶運(yùn)動。電動機(jī)維持12Hz的頻率進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)為，傳送提供動力[10]。第三，當(dāng)啟動傳送皮帶后，30s內(nèi)未捕捉到物料的信號，變頻器會停止運(yùn)動，蜂鳴器啟動，提示告警。此時需要按下停止按鍵，提示系統(tǒng)單循環(huán)已經(jīng)實現(xiàn)。

3.5 控制程序設(shè)計

機(jī)械手臂的操作內(nèi)容較為復(fù)雜，因為難以通過基礎(chǔ)指令滿足其操作需求。基于此，結(jié)合客觀情況的實際需求，應(yīng)采用“順空指令”進(jìn)行編程。“順空指令”具有的指令層次分明，思路清晰的優(yōu)勢，應(yīng)用于復(fù)雜線路的編程中，不僅能滿足機(jī)械操作的基本需求，同時滿足及時修正的需求，從而促進(jìn)提升工作效率。

4 結(jié)語

本次研究集中分析了PLC系統(tǒng)控制機(jī)電一體化設(shè)備的安裝與調(diào)試。在分析PLC系統(tǒng)與機(jī)電一體化的基礎(chǔ)上，分析了設(shè)備安裝與調(diào)試中的重點(diǎn)內(nèi)容，具體包括：布置線路的安裝與調(diào)試；電路與電器的安裝與調(diào)試；安全聯(lián)鎖試驗與檢測的安裝與調(diào)試；自動化線路設(shè)備控制要求的安裝與調(diào)試及控制程序設(shè)計的安裝與調(diào)試。而關(guān)于這一問題還可以從案例分析的角度進(jìn)行進(jìn)一步的研究。選取具體的案例，分析PLC在實際應(yīng)用中的效果，為改善理論設(shè)計提供充分的支持。