智能制造背景下PLC 技術(shù)在機械工程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

黑生海

（寧夏水電技師學(xué)院，銀川 750004）

目前，我國的機械工程智能化和信息化發(fā)展水平仍未達到預(yù)期效果。在國內(nèi)人工智能技術(shù)持續(xù)發(fā)展的影響下，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術(shù)與機械工程自動制造控制領(lǐng)域逐漸融合，并在借鑒國內(nèi)外先進開發(fā)技術(shù)和設(shè)備生產(chǎn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，將PLC 技術(shù)與我國機械工程行業(yè)發(fā)展的實際需求相結(jié)合，對于我國的制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展具有十分重要的促進作用。

1 PLC 技術(shù)的內(nèi)涵

PLC 技術(shù)是一種面向控制過程及用戶所形成的自然語言綜合編程裝置，可以廣泛使用于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置[1]。從技術(shù)實質(zhì)來看，PLC 技術(shù)始終以控制系統(tǒng)作為核心，集成了信息技術(shù)與控制系統(tǒng)，能夠滿足我國現(xiàn)代工業(yè)提出的全新需求。

2 機械工程控制系統(tǒng)中PLC 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 抗干擾優(yōu)勢

PLC 技術(shù)使用了信息技術(shù)及多種集成電路技術(shù)，以此為基礎(chǔ)形成的機械工程自動化控制系統(tǒng)內(nèi)部包括大量的電路結(jié)構(gòu)，使用性能得到明顯增強。PLC 技術(shù)在機械工程自動化控制中應(yīng)用時，技術(shù)人員為了進一步提升系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，引入科技含量較高的抗干擾技術(shù)，并且通過加密和檢測系統(tǒng)的設(shè)置，確保PLC技術(shù)可以在工作環(huán)境和使用性能發(fā)生變化時，自動彈出預(yù)警窗口，尋找系統(tǒng)故障點，以便管理人員能夠第一時間解決存在的各種故障現(xiàn)象，強化外界因素抵抗能力的同時，提升系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性[2]。PLC 技術(shù)中引入了抗干擾技術(shù)，因此能夠應(yīng)用于復(fù)雜的電氣線路以及工業(yè)企業(yè)的工作環(huán)境中。

2.2 存儲優(yōu)勢

在國內(nèi)PLC 快速革新發(fā)展的影響下，系統(tǒng)的操作流程及結(jié)構(gòu)越發(fā)簡潔。目前，PLC 技術(shù)工作流程以數(shù)據(jù)的輸入、輸出、存儲以及中央處理等為主，其中數(shù)據(jù)存儲的作用表現(xiàn)在編程函數(shù)邏輯存儲和記錄順序控制等方面。與傳統(tǒng)系統(tǒng)信息儲存方法相比，PLC 技術(shù)的信息儲存效率和安全性得到了有效保障，逐漸解決了存儲錯誤和數(shù)據(jù)丟失的問題。此外，PLC 技術(shù)可以引入云備份技術(shù)，系統(tǒng)整體儲存容量處于一種持續(xù)擴張的狀態(tài)，具有良好的耐用性，整體的成本投入較低，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)操作數(shù)據(jù)較為復(fù)雜的工作環(huán)境。在機械工程的控制系統(tǒng)中，PLC 技術(shù)能夠根據(jù)實際的工作狀況形成可行性相對較強的工作程序，在存儲數(shù)據(jù)后由系統(tǒng)后臺進行自主解釋，保證及時處理各項流程問題，提高檢修工作的效率。

2.3 實用性優(yōu)勢

目前，PLC 技術(shù)中使用特定的線路接口，能夠與電路系統(tǒng)、端口等共同配合完成系統(tǒng)的控制工作。在不同的電路系統(tǒng)和端口中設(shè)置對應(yīng)的開關(guān)，技術(shù)人員只需對開關(guān)進行操作，便能夠有效應(yīng)用PLC 技術(shù)控制機械工程，實用性明顯增強。PLC 技術(shù)在機械工程自動化控制系統(tǒng)中的使用能夠從根源上改變傳統(tǒng)的運行管理模式，逐漸提高自動化水平。同時，PLC 技術(shù)能夠覆蓋工業(yè)企業(yè)中的諸多控制系統(tǒng)，使得機械工程控制系統(tǒng)的運行效率得到明顯提高。

3 PLC 技術(shù)在機械工程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 用于生產(chǎn)自動化控制

在當(dāng)前機械制造的背景下，我國的機械工程控制系統(tǒng)逐漸向著自動化方向發(fā)展，尤其是在機械生產(chǎn)的自動化控制中，PLC 技術(shù)和相關(guān)設(shè)備能夠在參數(shù)控制模塊和位置控制模塊等多個功能模塊的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)機械工程自動化生產(chǎn)的目標。PLC 技術(shù)的應(yīng)用要求相關(guān)人員全方位調(diào)查產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，以需要控制的動作和監(jiān)控對象為基礎(chǔ)科學(xué)調(diào)整生產(chǎn)過程，并優(yōu)化模塊配置和組合方式，達到既定的自動化控制效果。

在PLC 控制模塊運行的過程中，參數(shù)模塊模擬可以幫助管理人員監(jiān)控整個生產(chǎn)流程，并且能夠?qū)⒖刂普Z句傳遞到監(jiān)控儀器，以此進一步提升監(jiān)控精度[3]。目前，絕大部分國家的機械工程控制系統(tǒng)都已經(jīng)引入PLC 技術(shù)，用于實時監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，有效提高機械工程的自動化控制水平，為機械行業(yè)精密儀器的生產(chǎn)提供必要的支持。

3.2 用于開關(guān)量控制

在機械工程運行過程中，開關(guān)量作為其中的通斷信號、無源信號，對于工程運行效率和機械設(shè)備的使用壽命都會產(chǎn)生最直接的影響。在機械工程控制系統(tǒng)自動化發(fā)展的過程中，PLC 技術(shù)能夠改變自動化管理過程形式。例如，可以修改編程儲存器的數(shù)據(jù)，以滿足工程電氣設(shè)備運行的需求。但實際工作中，工業(yè)企業(yè)在利用PLC 技術(shù)進行開關(guān)量控制過程中，需要明確分析該技術(shù)使用效率以及機械工程效率等方面的需求，確保有效更改PLC 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，使各項技術(shù)滿足應(yīng)用標準要求[4]。工業(yè)企業(yè)在利用PLC 技術(shù)控制開關(guān)量的過程中，首先需要完成開關(guān)量的分析工作，逐漸提高工程的開關(guān)量效率和強度水平，并升級硬件設(shè)備，以此維護繼電器的穩(wěn)定性。

在開關(guān)量控制和設(shè)計環(huán)節(jié)，PLC 技術(shù)的應(yīng)用需要相關(guān)人員優(yōu)先根據(jù)機床的控制功能形成有關(guān)控制和輸出信號間的邏輯關(guān)系，然后針對邏輯函數(shù)進行簡化，使用PLC 系統(tǒng)指令建立對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。在控制指令完成編寫工作后，可以進行輸入/輸出（Input/Output，I/O）分配，最終形成邏輯關(guān)系的梯形圖。針對不同設(shè)備的特殊需求和功能添加對應(yīng)的程序，并上機完成初步檢測，根據(jù)最終的測試結(jié)果進行數(shù)據(jù)調(diào)整。在數(shù)據(jù)測試工作完成后，便可以在后臺輸出PLC 控制指令，借此對開關(guān)量進行有效控制。

3.3 用于控制邏輯運算

在機械工程控制系統(tǒng)自動化發(fā)展過程中，PLC 技術(shù)在自動生產(chǎn)控制的邏輯運算以及處理環(huán)節(jié)發(fā)揮著十分重要的作用，可以通過開關(guān)量大小的控制以及數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、傳輸、篩查等實現(xiàn)邏輯運算控制的目標，保障工作結(jié)果的精度，并逐漸優(yōu)化工作組合。PLC 技術(shù)的邏輯運算功能通常會在生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集、分析以及生產(chǎn)工作總結(jié)提高方面發(fā)揮相應(yīng)的作用，并廣泛應(yīng)用于食品加工、金屬冶煉、造紙等行業(yè)。

在PLC 邏輯運算控制過程中，可以將其作為二進制開關(guān)，借此精確控制開關(guān)量，增加軟接觸點數(shù)量。自動化控制水平的明顯提升，能夠取代之前的繼電器功能，在系統(tǒng)能耗水平和成本方面的優(yōu)勢更加明顯，使得企業(yè)的生產(chǎn)運營成本明顯降低[5]。在相對較為簡潔的流水線生產(chǎn)工作中，PLC 技術(shù)可以用二進制開關(guān)進行1 和0 之間的相互轉(zhuǎn)換，確保能夠轉(zhuǎn)變不同工作流程，同時可以跳過裝置配置檢驗的環(huán)節(jié)，在提高生產(chǎn)效率的同時，進一步降低企業(yè)生產(chǎn)過程中的設(shè)備投入。在邏輯運算控制環(huán)節(jié)，PLC 技術(shù)的應(yīng)用能夠幫助企業(yè)有效降低在人力和物力方面的投入，并使整體的操作更加便捷和可控，設(shè)備維修更為簡潔。

3.4 用于系統(tǒng)和遠程通信控制

PLC 不僅能夠控制機械工程自動控制系統(tǒng)中的各項儀器設(shè)備，同時能夠?qū)υO(shè)備自身進行管理控制[6]。換言之，PLC 技術(shù)能夠全方位檢測系統(tǒng)存在的問題，并按照對應(yīng)的程序指令，及時開展系統(tǒng)故障檢修工作，確保自動化控制系統(tǒng)能夠保持正常穩(wěn)定的運行狀態(tài)。在機械工程控制系統(tǒng)中，任何處于自動化生產(chǎn)狀態(tài)設(shè)備的生產(chǎn)動作都需要經(jīng)過PLC 設(shè)備的精密計算和調(diào)整，并處于實時監(jiān)控狀態(tài)，保障生產(chǎn)行為的穩(wěn)定性和安全性[7]。

在系統(tǒng)及遠程通信控制環(huán)節(jié)，PLC 技術(shù)會在生產(chǎn)設(shè)備每完成一步動作之后，精準計算動作存在的誤差。在經(jīng)過多次數(shù)據(jù)計算后，如果系統(tǒng)后臺發(fā)現(xiàn)累計的誤差數(shù)值已經(jīng)超過規(guī)定的誤差數(shù)值上限，PLC 系統(tǒng)便能夠通過數(shù)據(jù)對比及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的各種故障，并利用邏輯運算的方法在確定故障具體位置及發(fā)展程度的同時發(fā)出預(yù)警信號[8-10]。PLC 系統(tǒng)自身具備的高度開放性特征，使得不同系統(tǒng)間的遠程通信控制逐漸成為現(xiàn)實。為了確保不同系統(tǒng)遠程控制的穩(wěn)定性，需要管理人員對聯(lián)網(wǎng)通信模塊和信息傳輸接口定期開展維護工作，確保二者都能夠處于正常穩(wěn)定的運行狀態(tài)，維持遠程通信控制的穩(wěn)定性。

4 機械工程控制系統(tǒng)中PLC 技術(shù)的發(fā)展方向

在我國智能制造持續(xù)發(fā)展的背景下，各項智能制造技術(shù)在機械工程控制系統(tǒng)中逐漸推廣[11-12]。在電氣控制裝置中，可以通過引入各種自動化生產(chǎn)裝備，在滿足機械制造及工業(yè)自動化控制需求的前提下，促進PLC 技術(shù)的智能化與模塊化發(fā)展。今后PLC 技術(shù)的功能模塊會變得更加完善，并在成本功耗、可靠性方面有著明顯的優(yōu)勢。其所使用的遠程輸入/輸出（Input/Output，I/O）以及通信網(wǎng)絡(luò)和圖像顯示傳輸功能都能夠向著集成化方向發(fā)展，逐漸提高PLC 控制系統(tǒng)的智能化水平[13-14]。近年來，PLC 生產(chǎn)廠家的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）和物理層上的通信結(jié)構(gòu)技術(shù)取得了相應(yīng)的發(fā)展成果。在現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的加持下，借助遠端系統(tǒng)平臺，綜合使用以太網(wǎng)促進工業(yè)制造系統(tǒng)的智能化發(fā)展，逐漸提高機械工程自動化生產(chǎn)中PLC 的建設(shè)水平，這是未來自動化生產(chǎn)的必然發(fā)展趨勢。

5 結(jié)語

機械工程控制系統(tǒng)在現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展價值的影響下越發(fā)完善，PLC 自動控制技術(shù)與其融合應(yīng)用為我國機械制造業(yè)的智能化、現(xiàn)代化發(fā)展提供了全新的技術(shù)支持，并展現(xiàn)出可用性、可優(yōu)化性等多方面的價值。為了提高我國機械工程控制系統(tǒng)的信息化發(fā)展水平，要求相關(guān)企業(yè)在開關(guān)控制、順序控制等多個環(huán)節(jié)中合理引入、革新PLC 技術(shù)，全面發(fā)揮該技術(shù)與機械工程自動控制技術(shù)的融合應(yīng)用優(yōu)勢，為機械工程的自動化生產(chǎn)和發(fā)展提供助力。