PLC在機電一體化系統中的應用

王新娜

(漯河職業技術學院，河南 漯河 462000)

1 PLC和機電一體化的概念論述

1.1 PLC技術的概念

PLC技術，即可編程控制器，早在1987年2月，國際電工委員會便對PLC技術的概念進行了定義：PLC技術是一種旨在為工業環境背景中使用而進行設計的數字化運算操作的電子設備，該設備使用能夠進行程序編譯的存儲器，用于進行內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計數、算數、計時等操作的命名，同時可以依靠數字或者模擬的方式進行輸入或輸出，對各類型機械設備的生產進行控制的過程。

1.2 機電一體化的概念

機電一體化理論一經提出，便對人類機械理論的認知進行了顛覆。之前的機械操作都是通過物理的方式進行機械控制，在機電一體化出現以后，虛擬電子控制的機械出現在人們的視野之中。機電一體化的背景是機械技術、微電子技術、計算機技術以及傳感器技術的集大成者。集大成就是不同學科領域和技術領域的有效融合，各取所需。從目前的情況來看，所有基于現代化高新技術、機械、電子科技相結合而產生的新型技術、系統或者產品，都隸屬于機電一體化。

2 PLC在機電一體化中的應用分析

2.1 PLC在機電一體化系統中的運動控制應用分析

在PLC技術背景下，其系統構成涵蓋有硬件結構、軟件結構、現場擴展結構。通常情況下，在PLC一體化系統當中，其應用主要是憑借各構成要素之間形成的組合作用，讓控制性能得到最大限度發揮。在設計人員針對PLC系統的輸入模塊和輸出模塊開展設計時，為了方便今后對模塊的有效替換，需要事先配置好替換的相似模塊，PLC系統對于機械設備的連接主要是通過遠程的I/O柜，同時系統的備用容量需要滿足相關技術標準。開關量I/O模塊完成對執行機構與位置傳感器的連通，選取專用的控制模塊對圓周運動和直線運動進行穩定地控制。從當前國內的生產情況進行分析，PLC系統的生產廠商對PLC系統的運動控制功能表現非常關注，在相關機械設備制造過程中，如機器人、裝配機械、電梯等都十分關注PLC的運動控制功能表現。

例如：在電梯當中，設計四層電梯自動控制演示板，在電梯上行的過程中，設計人員對電梯的要求是在電梯位于一層時、二層或者三層時，四層在發出呼叫指令后，上行到三樓后行程開關對電梯的控制就必須要停止；若電梯位于一層時，二層發出呼叫指令，則上行到二層形成開關就必須要停止；當電梯位于一層時，二層和三層同時發出呼叫指令，電梯需要先上行至二層，并停止5s，之后繼續上行至三層，然后控制開關停止；如果電梯位于一層，三層和四層同時呼叫，則電梯首先上行至三層，并停止5s，之后繼續上行至五層后，控制開關停止；若電梯位于一層時，二層和四層同時發出呼叫指令，則電梯首先上行至二層，并停止5s，之后再運動至四層后，控制開關停止；若電梯位于一層，二層、三層、四層同時發出呼叫指令，則電梯首先會上行至二層，停留5s，之后再上行至三層，停留5s，最后上行到四層后，控制開關停止。在上述過程中，進行了呼叫指令傳達、形成開關的開閉，都是基于PLC技術來實現的。

2.2 PLC在機電一體化系統中的邏輯控制應用分析

基于PLC技術的自身特征，工作人員能夠對其硬件結構和軟件程序進行靈活調整，在一體化系統的控制操作中，PLC技術使用非常靈活。在特殊環境下，工作人員可以編寫多組或多套程序，并根據自身實際需求進行調配使用。PLC滿足于工業施工現場中所表現的工況多狀態化的要求。進行控制時所體現的邏輯問題呈現出多元化特征，在邏輯組合的過程中可以按照時序、即時、延時、需要計數、不需要計數、固定順序、隨機順序等多種方式進行邏輯分析。在機械制造生產領域當中，PLC技術的這一特點被廣泛應用，并且在其快速發展的歷程中逐步取代了繼電器控制技術，給機械設備的生產制造流程中的運輸帶、機床、沖床等重要設備的邏輯性控制帶來了可能。在今后，伴隨著對PLC技術應用的逐漸成熟，化學工業領域當中的電磁閥控制，冶金工業中的高爐上料系統都得到了十分有效地控制。在機械制造的CNC機床數字控制系統當中使用PLC技術，能顯著增強數據處理的能力，可以使用可編輯控制器提高邏輯任務處理的效率。可編程控制器能夠和數據系統中的微處理器和機床強電控制系統進行連接，從而有效保障了在機電一體化背景下，所生產產品的質量和效率，給機械制造生產中的經濟型數控機床與普通型數控機床的改造帶來了無限的可能。

例如：在機電一體化背景下，針吸式穴盤自動播種機中使用PLC控制系統，能夠實現對電氣系統的有效控制，最大限度減小針吸式穴盤自動播種機結構的復雜程度，讓系統能夠始終處在高效且穩定的工作狀態之下，若設備在運行的過程中出現故障，PLC控制系統也能夠在第一時間，找到故障出現的區域，并通知相關工作人員進行檢修與管理。通過這樣的運行機制，機械設備往往在故障初期，工作人員就能及時發現并排除相關故障，降低了故障蔓延的可能性，保障了機械設備在生產過程中的安全，并且最大限度挽回了企業的經濟損失。

2.3 PLC在機電一體化系統中的數據處理應用分析

伴隨著全球各行業對計算機使用的日益普及，計算機技術在近30年的時間里取得了飛速發展，可編輯控制器的相關功能實現(如矩陣運算、函數運算、邏輯運算)等相關數據運算，均可以依托計算機技術來完成。引進PLC控制系統還可以開展有效的數據傳輸和轉換，在基于計算機技術高度成熟的基礎上完成對數據的存儲工作。如果機械設備在使用的過程中發生故障，使得數據丟失或損壞時，之前進行備份的數據便能夠幫助工作人員及時解決相關問題。在PLC系統的功能中，控制功能能夠基于已經獲取的數據，開展數據的調控和反饋，讓進行合理調控后的數據可以完成預期的相關功能以及工作人員對相關參數信息的要求。設備基于之前所設置的時間順序開始或停止作業，完成時間順序的控制首先必須要對PLC程序開展預設置，之后按照連鎖順序進行相關的保護，以此保障設備安全穩定地運行。

例如：近10年來，中國電梯安全事故時有發生，分析這些電梯安全事故不難發現，因為門系統出現問題所導致的電梯安全事故，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。可以看見，因為門系統故障導致的電梯安全事故比例最高，出現也最為頻繁。門系統故障發生率最高是因為電梯自身的結構特征所引起的，電梯在每一次運行的過程中，會進行兩次開門動作和兩次關門動作。重復多次的動作會讓電梯門鎖頻繁工作，所以其老化速度要遠遠高于電梯的其它系統，時間一久，使得門鎖機械保護裝置的動作穩定性變得不可靠，因此在電梯門鎖系統當中，可以使用PLC系統所特有的計數功能，以對其使用壽命進行評估，方便工作人員及時對電梯門系統部件進行復位和更換，以此來降低電梯門系統故障所導致安全事故的可能性和數量。實踐證明，在使用了PLC技術后的電梯當中，因為門系統故障導致安全事故發生的概率降低了近70%，有效保護了電梯使用者的生命健康安全。

2.4 PLC在機電一體化系統中的過程控制和通訊網絡應用分析

在機電一體化系統中，過程控制必須要使用模擬量作為核心的數據指標。在機械制造企業當中，相關生產設備的電流、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能夠有效開展相關工作。在機電一體化的生產流程中，可編程控制器通訊是其中非常關鍵的組成要件，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備之間的通訊。在全球范圍內，計算機技術快速發展的大背景下，可編程邏輯控制器目前已經在機電一體化系統中形成了專屬的網絡系統，PLC在機電一體化生產設備中發揮著十分深遠的作用。

3 結語

伴隨著我國科技的快速發展和經濟建設的持續向好，相關技術的日益成熟，PLC技術可以提升機械制造與機電一體化生產的質量與效率，促進我國機械工業產業實現產業升級、生產線優化、產品改良。因此，在機械生產制造領域，應密切關注PLC技術在今后的發展動向，在控制設備當中大力推廣和應用PLC技術，加速機電一體化進行，為中國從制造大國邁向制造強國提供強有力的技術支持。