邵春

【摘 要】可編程邏輯控制器（PLC）是傳統(tǒng)繼電器與微機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它從根本上簡化了傳統(tǒng)的連接模式，充分借助并融合了微機處理器的優(yōu)勢，尤其是在實施PLC程序編制過程中，不再使用專門的計算機編程語言，而是僅通過簡單指令的模式就可以進行全面控制，使PLC技術(shù)在生產(chǎn)系統(tǒng)中得到了廣泛認可與應(yīng)用。文章從PLC技術(shù)的設(shè)計特點入手，著重分析PLC技術(shù)在機電一體化控制系統(tǒng)中的作用，結(jié)合實例探討PLC技術(shù)在與機電一體化控制融合應(yīng)用的場景，以提升PLC技術(shù)在機電一體化控制中的應(yīng)用水平，為現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展提供參考。

【關(guān)鍵詞】PLC;機電一體化;融合

【中圖分類號】TP273 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）03-0092-03

0 引言

近年來，全球智能化科技發(fā)展成效逐漸凸顯，尤其是在工業(yè)領(lǐng)域，已經(jīng)精確地對準4.0時代大步邁進[1]。隨著技術(shù)變革的加速，許多新技術(shù)日益涌現(xiàn)，其中機電一體化開始進入大眾視野，并在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上，企業(yè)發(fā)現(xiàn)PLC技術(shù)的融合應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。研究發(fā)現(xiàn)，如果將PLC與機電一體化控制技術(shù)相融合，便可在工業(yè)生產(chǎn)實踐過程中全面了解整體生產(chǎn)系統(tǒng)，從而對技術(shù)水準進行升級，因此深入研究PLC技術(shù)具有影響深遠的推動價值[2]。

1 PLC技術(shù)及機電一體化的概念

1.1 PLC技術(shù)

PLC，中文名稱為可編程邏輯控制器，其可以通過可編程的存儲器存儲控制器內(nèi)部的程序指令，如執(zhí)行定時、邏輯運算、順序控制、計數(shù)等程序設(shè)定的命令，借助數(shù)字模擬進行輸入與輸出，從而對各種機器生產(chǎn)過程進行控制[3]。PLC雖然看似是微型計算機中的硬件，但是它完全不依賴CPU和控制面板，可以完成對機電一體化采集，分析并處理生產(chǎn)數(shù)據(jù)。而且，PLC的自身編程功能強大，可大幅度簡化工作流程，縮短工作時間，使數(shù)據(jù)處理更加簡單[4]。

在PLC技術(shù)出現(xiàn)之前，人們通常使用鼓式開關(guān)、繼電器等器件對工業(yè)生產(chǎn)過程進行控制。在小規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)時期，這些控制器興許還能滿足基本的需要，但是隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量要求的提升，繼電器等控制系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)需求[5]。伴隨著信息工業(yè)革命的到來，計算機網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)得到了快速發(fā)展，小型計算機逐漸開始被人們應(yīng)用到工業(yè)開關(guān)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)過程中。小型計算機的應(yīng)用雖然解決了部分傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的問題，但卻是“大材小用”，因此該技術(shù)并沒有得到廣泛普及[6]。PLC技術(shù)就是在此環(huán)境下被人們開發(fā)出來。

1.2 機電一體化

在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的時代背景下，機電一體化應(yīng)運而生，經(jīng)過不斷地發(fā)展升級，機電一體化在生產(chǎn)市場中出現(xiàn)了越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域。在結(jié)構(gòu)方面，機電一體化將電子技術(shù)應(yīng)用、軟件技術(shù)與傳統(tǒng)機械進行技術(shù)上的融合，實現(xiàn)了“三位一體”，主要功能有控制功能、動力功能和主功能[7]。在技術(shù)發(fā)展初期，因為初次接觸該核心技術(shù)的領(lǐng)域，全球?qū)Υ祟I(lǐng)域的研究少之又少，所以很多人都悲觀地認為此技術(shù)不靠譜，工業(yè)領(lǐng)域也不認可此不成熟的技術(shù)，后來生產(chǎn)快速發(fā)展，越來越需要高效的技術(shù)提供支持，通過不斷實驗和迭代，PLC技術(shù)也在這個過程中不斷得以提升，技術(shù)逐漸走向成熟，PLC的技術(shù)優(yōu)勢也逐漸凸顯，越來越多的領(lǐng)域認可了此技術(shù)。隨著應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，PLC一些應(yīng)用功能逐漸得以優(yōu)化和完善[8]。

2 PLC技術(shù)設(shè)計要點

2.1 PLC系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

PLC的主要構(gòu)成有中央處理單元、編程器、系統(tǒng)程序儲存器及電源（如圖1所示）[9]。

2.2 PLC系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容

中央處理單元、編程器是PLC系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，同時也是發(fā)揮PLC系統(tǒng)作用的關(guān)鍵部件。此外，PLC系統(tǒng)還包括顯示單元、系統(tǒng)程序存儲器和電源3個部分。PLC設(shè)計一般按以下5個步驟展開：第一，選擇合適的設(shè)備。設(shè)備要依據(jù)生產(chǎn)控制的需求和現(xiàn)有技術(shù)情況擇優(yōu)選擇，這樣才能切實保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性。第二，根據(jù)需求設(shè)計并編寫程序。第三，繪制輸入子接線圖，并編制配套的I/O分配表。第四，設(shè)計界面。界面盡量做到科學(xué)和人性化。第五，調(diào)試系統(tǒng)。核對各類參數(shù)設(shè)置的準確性，調(diào)試沒問題以后，編寫使用說明書[10]。

2.3 PLC系統(tǒng)軟、硬件的設(shè)計

PLC系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計除了需要專業(yè)原理知識，還需要考慮PLC系統(tǒng)是否能在機電一體化控制中達到高效率的呈現(xiàn)，而高效的實現(xiàn)需要依靠系統(tǒng)軟、硬件各個相關(guān)聯(lián)方面的有效協(xié)作。一是硬件系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計。重點選擇對PLC系統(tǒng)的實際應(yīng)用，包括機型結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。二是軟件系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計。軟件不僅是編程設(shè)計非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，還是PLC技術(shù)實現(xiàn)控制與融合相關(guān)聯(lián)最為關(guān)鍵的一個步驟，所以需要格外注意在程序編譯上的代碼，注重簡單、快捷、易上手的特點，如邏輯流程圖法、梯形圖法和時序流程圖法。

3 PLC技術(shù)背景下機電一體化控制系統(tǒng)的作用分析

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，機電一體化控制系統(tǒng)有著不可忽視的使用價值，在PLC技術(shù)加持下，所有的生產(chǎn)過程都得以操控，并且PLC技術(shù)能夠?qū)⑵溥^程簡化，有效化解了技術(shù)人員工作時因技術(shù)錯誤引發(fā)的矛盾。在現(xiàn)實生產(chǎn)應(yīng)用過程中，PLC技術(shù)不但能簡化生產(chǎn)技術(shù)方面的相關(guān)操作，大大降低系統(tǒng)故障問題，還能將所有與機電控制系統(tǒng)相關(guān)的任務(wù)實現(xiàn)清晰分配，通過使用不同的指令，使其更快、更高效地運行，并與系統(tǒng)中的其他程序積極合作、協(xié)調(diào)處理問題。除此之外，PLC技術(shù)還能夠在整體控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時逐一排查問題，使系統(tǒng)在最短的時間內(nèi)恢復(fù)運行，大大提升了系統(tǒng)的工作效率，為相關(guān)企業(yè)的穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。PLC技術(shù)背景下機電一體化控制系統(tǒng)的主要作用有以下3點。

3.1 對工業(yè)生產(chǎn)過程進行監(jiān)控檢測

經(jīng)過PLC技術(shù)加持的機電一體化系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)控整個生產(chǎn)開發(fā)過程，對工業(yè)生產(chǎn)狀況進行自動檢測，隨時報告各種機械裝備的工作狀態(tài)，并在第一時間對機械問題進行處理。每當出現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)會第一時間自動報警，快速找到問題來源，如果是升級版的機電一體化控制系統(tǒng)，還可以直接對問題進行處理以及清掃，使工業(yè)生產(chǎn)在短時間內(nèi)實現(xiàn)正常運行，大大提高了工業(yè)生產(chǎn)中機械裝備的應(yīng)用效率，并保證了相關(guān)企業(yè)在檢測設(shè)備時不會造成太大的損失與不必要的資金投入[7]。66A535AF-469B-4FA0-BA91-0F2FB353E7F3

3.2 調(diào)整工業(yè)生產(chǎn)的精度

由于工業(yè)生產(chǎn)中加入了PLC技術(shù)，機電一體化又多了一項技能：調(diào)整工程生產(chǎn)的精細化程度。正常情況下，PLC技術(shù)加持的機電一體化控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中可以實現(xiàn)零失誤，提高各類工業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)資源及配置應(yīng)用匹配的準確性，并實現(xiàn)自動化稱量，從源頭上避免了各種人工操作失誤，這種失誤是在非自動化時期不可避免的狀況。PLC技術(shù)的應(yīng)用將工業(yè)生產(chǎn)的商品精度提升到最高，大幅度提升產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.3 節(jié)約工業(yè)生產(chǎn)中的資源

在PLC技術(shù)支持下，機電一體化控制系統(tǒng)能夠減少工業(yè)生產(chǎn)中相關(guān)資源的使用量。在如今的工業(yè)生產(chǎn)中，很多工廠設(shè)備的實際工作強度遠遠超過了設(shè)備本身能承受的范圍。還有一些已經(jīng)出現(xiàn)問題，如機電在不能達到額定功率的情況下，卻還要強行運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致工廠大量資源被浪費，甚至存在由于利用率低導(dǎo)致資源被遺棄的現(xiàn)象。但是PLC技術(shù)及機電一體化的應(yīng)用，不僅能高效解決這些問題，還能自動調(diào)整和提高機械設(shè)備的生產(chǎn)功率，避免出現(xiàn)資源浪費現(xiàn)象[8]。

4 PLC技術(shù)與機電一體化的融合應(yīng)用

機電一體化應(yīng)用場景比較多，其中以數(shù)控機床、電梯制造、包裝生產(chǎn)等為主，而隨著PLC技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，這些領(lǐng)域的發(fā)展效率得到了明顯提升。

4.1 在開關(guān)邏輯控制中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的電路開關(guān)是用繼電器單一設(shè)備進行控制，隨著PLC技術(shù)融合到機電一體化控制系統(tǒng)中，現(xiàn)有的電路開關(guān)的邏輯控制已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備整體的控制，這樣就可以系統(tǒng)控制流水線上的每個設(shè)備，大大提升了流水線系統(tǒng)控制效率。在過去的工業(yè)生產(chǎn)過程中，電磁閥系統(tǒng)的控制與生產(chǎn)流程的控制是割裂開的，而隨著PLC技術(shù)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一控制，極大地提高了生產(chǎn)效率，保障了生產(chǎn)安全。

4.2 在運動控制中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的機電一體化技術(shù)在運動控制過程中的表現(xiàn)難以達到理想的效果，而PLC技術(shù)的應(yīng)用，有效彌補了該短板。如今，在PLC技術(shù)加持下，機電一體化技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)多種方向的靈活控制，包括且不限于在圓周、曲線、直線等平面運行中的控制。同時，開關(guān)量輸入/輸出（I/O）模塊和相應(yīng)的位置傳感器是實現(xiàn)運動控制的核心結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)不同條件下的運行軌跡。目前，專屬的運動控制模塊已經(jīng)出現(xiàn)在PLC系統(tǒng)中，其核心技術(shù)是位置檢測傳感器的應(yīng)用，可以實現(xiàn)實時檢測，并且把收集到的數(shù)據(jù)進行處理，從而實現(xiàn)精準控制。目前，PLC技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)很多比較復(fù)雜的運動精準控制[9]。

4.3 在通信和數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

邏輯、關(guān)系、算術(shù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能都是可以通過PLC技術(shù)加持下的機電一體化控制系統(tǒng)來控制。目前，在通信領(lǐng)域設(shè)備和設(shè)備可以聯(lián)通，在多種通信協(xié)議的保障下，設(shè)備和數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)也可實現(xiàn)聯(lián)通，“分散控制、集中管理”模式已經(jīng)可以在現(xiàn)有的通信領(lǐng)域中完美實現(xiàn)。PLC技術(shù)與CNC系統(tǒng)相結(jié)合，可以在數(shù)據(jù)處理方面發(fā)揮重要作用。PLC與CNC設(shè)備的數(shù)據(jù)交換和傳輸可以通過PLC獨立的編程軟件進行編寫，同時能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)控制要求的隨時讀寫和改變（如圖2所示）[11]。

4.4 在過程控制中的應(yīng)用

電流、電壓、流量、溫度、壓力和成分等連續(xù)變化模擬量是很多生產(chǎn)生活中重要的指標，這些過程控制也是機電一體化控制系統(tǒng)中重要的組成部分。當這些指標的當前值能夠直接影響產(chǎn)品質(zhì)量時，在融合PLC技術(shù)過程中，要著重考慮這些過程控制因素。在過程控制過程中，也要根據(jù)現(xiàn)在生產(chǎn)的設(shè)計要求，充分分析這些指標的以往及現(xiàn)在的模擬量，實現(xiàn)對企業(yè)生產(chǎn)目標的控制。

5 結(jié)束語

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，PLC技術(shù)在機電一體化控制中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，尤其是在數(shù)據(jù)處理、開關(guān)邏輯控制、運動控制等控制過程方面，呈現(xiàn)出較為突出的優(yōu)勢。目前，“極大”和“極小”是PLC技術(shù)產(chǎn)品的主要發(fā)展方向，現(xiàn)今很多產(chǎn)品的輸入輸出口可以達到15 000個左右，而小規(guī)模的產(chǎn)品又朝著模塊化方向發(fā)展。隨著市場對PLC產(chǎn)品需求越來越大，各類針對性的PLC模塊應(yīng)運而生。在“中國制造2025”的背景下，我國著重打造大國利器、大國重器，而PLC技術(shù)將發(fā)揮出打造制造業(yè)強國的引導(dǎo)性和科技持續(xù)進步的強大優(yōu)勢，同時其在機電一體化控制中的應(yīng)用也越來越廣泛。

參 考 文 獻

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