PLC 技術(shù)應(yīng)用背景下機電一體化控制探析

曾武軍

（湖南文理學院，常德 415000）

隨著計算機技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，機械生產(chǎn)領(lǐng)域出現(xiàn)了一種新的數(shù)字運算控制器——PLC，而PLC 技術(shù)的深度應(yīng)用催生了機電一體化生產(chǎn)模式，并引發(fā)了機械生產(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)展進程。

1 PLC 技術(shù)概述

PLC，即可編程邏輯控制器，是通過可編程的存儲器存儲控制器內(nèi)部程序指令，執(zhí)行定時、邏輯運算、順序控制、計數(shù)與算術(shù)操作等命令，借助數(shù)字模擬輸入與輸出，對各類機械生產(chǎn)過程進行控制一種技術(shù)。PLC 猶如微型計算機中的硬件一樣，但又獨立于CPU 與控制面板，因而可對機電一體化生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行采集、分析和處理，加上自身編程功能強大，可有效簡化工作流程，提升處理效率，優(yōu)化接線技術(shù)，節(jié)約不必要的維護運行費用。

整體來看，PLC系統(tǒng)主要是由中央處理單元、編程器、系統(tǒng)程序存儲器、顯示單元與電源所構(gòu)成，其設(shè)計內(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)用特點進行程序軟件編寫，設(shè)計并編寫軟件，滿足行業(yè)要求；三是編制PLCI/O 分配表，并繪制輸入子接線圖；三是依循用戶操作要求，通過參數(shù)設(shè)置完成界面設(shè)計，突出界面的友好化、人性化；四是系統(tǒng)調(diào)試，設(shè)計結(jié)束后要對系統(tǒng)進行調(diào)試，確保參數(shù)科學合理，并進行操作說明書的編寫，配圖標示并說明PLC 操作事項與流程，以提高系統(tǒng)應(yīng)用銜接效果。當然，PLC 系統(tǒng)設(shè)計不僅僅體現(xiàn)在原理層面，關(guān)鍵是要通過軟、硬件協(xié)作充分發(fā)揮PLC 系統(tǒng)在機電一體化控制中的效能。

2 基于PLC 技術(shù)的機電一體化控制設(shè)計

2.1 總體設(shè)計

在機電一體化控制總體設(shè)計中，要以PLC 技術(shù)為基礎(chǔ)，重點考慮控制功能的實時性，選擇PLC 作為機電一體化控制系統(tǒng)的下位機，充分發(fā)揮PLC 實時性強、編程簡單、控制精度高等優(yōu)勢，滿足系統(tǒng)的實時性要求。機電一體化控制功能的實現(xiàn)離不開各工位主軸的調(diào)節(jié)，且對主軸調(diào)節(jié)的精度要求較高，因此，在控制模式下可將運動控制卡視為PLC 的一個控制對象加以處理，換言之，可將運動控制卡視作PLC 的輸出繼電器，在PLC 編程過程中借助中間繼電器完成運動控制卡。例如，當PLC發(fā)出主軸前進指令之時，上位機將完成對掃描程序的執(zhí)行，中間中繼器會調(diào)節(jié)對應(yīng)的運動控制函數(shù)，對主軸前進動作進行控制，當復位之后函數(shù)完成則主軸也停止運動，可見，機電一體化控制中主軸的運動乃至在各工位上的運動均離不開PLC 技術(shù)的支持，且相互間實現(xiàn)了互鎖控制，而若能夠?qū)崿F(xiàn)中間繼電器常閉觸點的串聯(lián)，并將其連接至各工位動作梯形圖之中，則主軸前進動作執(zhí)行過程中仍可確保證各工位狀態(tài)靜止，提升機電一體化控制的穩(wěn)定性、可靠性。

2.2 數(shù)控控制功能設(shè)計

對于機電一體化控制運動模式下，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程。而數(shù)控控制的實現(xiàn)需要借助上位機讀取相應(yīng)的加工代碼，并將該指令傳達給下位機，經(jīng)由下位機執(zhí)行操作對應(yīng)動作，繼而完成生產(chǎn)，該過程也離不開PLC 技術(shù)的支持。具體而言，數(shù)控控制設(shè)計包括四大步：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)動作指令，四是PLC 完成指令要求動作。基于PLC 技術(shù)的數(shù)控控制應(yīng)用優(yōu)勢顯著，機電一體化控制系統(tǒng)中上位機負責的是數(shù)控初始化功能及向PLC 發(fā)送對應(yīng)指令，而下位機、PLC 負責控制伺服電機與生產(chǎn)系統(tǒng)工作動作，并向上位機返回對應(yīng)指令，與之共同完成數(shù)控控制具體任務(wù)。當然，在機電一體化控制中，數(shù)控控制主要針對系統(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，并將模擬量當前值作為重要參數(shù)指標，該控制過程不僅關(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)用過程中要著重突出過程控制因素，重點分析模擬量，以滿足機電一體化控制設(shè)計要求，實現(xiàn)生產(chǎn)目標的高效控制。

2.3 自動控制與監(jiān)控功能設(shè)計

對于機電一體化控制而言，除了采用自動化控制運行模式以外，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)自動化運行控制，具體而言，順序控制如下：一是對控制流程圖進行構(gòu)建，二是依循流程圖建立對應(yīng)功能順序圖，三是借助轉(zhuǎn)換中心編程方式獲取梯形圖，在該過程之中，PLC 系統(tǒng)負責自動化控制與任務(wù)執(zhí)行過程，當執(zhí)行到數(shù)控加工該環(huán)節(jié)時，自動控制程序?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。除了自動控制功能，機電一體化控制中監(jiān)控功能的實現(xiàn)也十分關(guān)鍵，監(jiān)控對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，而監(jiān)控功能主要是由自動控制加工控制界面提供的，借助于控制界面的打開按鈕，進入代碼輸入界面，用戶將所需完成工位動作代碼直接錄入，將生產(chǎn)設(shè)備初始化并點擊“開始”按鈕，即完成了設(shè)備自動化運行，系統(tǒng)加工時界面上實時顯示數(shù)控加工的對應(yīng)代碼，便于用戶查看。

3 結(jié)束語

綜上所述，隨著科技水平的逐步發(fā)展，“中國制造2025”必將成為工業(yè)化發(fā)展的主旋律。而PLC 作為機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)革新所帶來的優(yōu)勢地位。因此，日后還應(yīng)進一步加強PLC 技術(shù)應(yīng)用研究，不斷完善機電生產(chǎn)模式，提高機電一體化生產(chǎn)制作水平，以便為機電一體化全面融合及機械自動化發(fā)展提供助力。