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PLC在機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的作用
摘要：可編程控制器是建立在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上，以工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)為主要適用范圍的電控控制器，當(dāng)前我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平較低，PLC產(chǎn)品具有極大的發(fā)展空間。首先對(duì)PLC以及機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)闡述了機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：PLC;機(jī)電一體化;邏輯控制;應(yīng)用
引言
隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，學(xué)科與學(xué)科之間的交叉和滲透不斷加強(qiáng)，這也在一定程度上對(duì)工程領(lǐng)域的技術(shù)革命起到了促進(jìn)作用[1]。在機(jī)械工程領(lǐng)域中，微電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)向機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域不斷滲透，最終促成了機(jī)電一體化的產(chǎn)生，進(jìn)而促使機(jī)械工業(yè)不論是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、功能還是管理體系均出現(xiàn)明顯改變，工業(yè)生產(chǎn)也從之前的機(jī)械電氣化階段邁入機(jī)電一體化階段。
1 理論概述
1.1 PLC 定義、構(gòu)成及功能可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC，是指利用微電腦技術(shù)制造的通用自動(dòng)控制設(shè)備，其利用一類可編程的存儲(chǔ)器對(duì)其內(nèi)部程序進(jìn)行存儲(chǔ)，并對(duì)諸如邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制以及算術(shù)操作等面向用戶的指令進(jìn)行執(zhí)行，同時(shí)對(duì)數(shù)字或模擬式輸入及輸出方式實(shí)現(xiàn)相關(guān)類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程的控制。
從結(jié)構(gòu)方面分析，可編程邏輯控制器主要包括固定式及組合式2種類型。其中，固定式可編程邏輯控制器主要是由中央處理器模塊、I/0模塊、內(nèi)存塊、電源以及顯示面板等構(gòu)成，這幾大部分共同構(gòu)成一個(gè)不可拆卸的整體。組合式可編程邏輯控制器主要是由中央處理器模塊、內(nèi)存、I/O模塊、電源模塊、地板或機(jī)架等按照一定的規(guī)則組合而成�？删幊踢壿嬁刂破鞯暮诵牟考侵醒胩幚砥�，其充當(dāng)著神經(jīng)中樞的角色。每套可編程邏輯控制器最少配置一個(gè)中央處理器，其作用主要是依照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序所賦予的功能對(duì)用戶程序及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和保存，通過掃描的方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置傳輸來的狀態(tài)及數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并保存在寄存器中。中央處理器主要由運(yùn)算器、寄存器、控制器、控制狀態(tài)總線等部分構(gòu)成，中央處理器速度及內(nèi)存容量是可編程邏輯控制器十分重要的參數(shù)，其對(duì)可編程邏輯控制器工作的速度、I/O的數(shù)量以及軟件的容量等均發(fā)揮著決定性的作用。
可編程邏輯控制器主要具有以下功能：
(1)限時(shí)控制�？删幊踢壿嬁刂破骺梢蕴峁⿺�(shù)個(gè)定時(shí)器，同時(shí)對(duì)定時(shí)指令進(jìn)行設(shè)定，調(diào)用或改動(dòng)十分便捷。
(2)條件控制�？删幊踢壿嬁刂破鲗�(duì)與、或、非等邏輯運(yùn)算指令進(jìn)行了設(shè)置，可以對(duì)繼電器并聯(lián)、串聯(lián)、串并聯(lián)或者并串聯(lián)等相關(guān)連接進(jìn)行處理。
(3)步進(jìn)控制�？删幊踢壿嬁刂破鞯牟竭M(jìn)控制主要體現(xiàn)為下一工序的開展在上一工序?qū)崿F(xiàn)之后進(jìn)行，同時(shí)對(duì)移位寄存器進(jìn)行了設(shè)置。
(4)通信及聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)前，部分可編程邏輯控制器已經(jīng)具備了通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制，也就是將可編程邏輯控制器構(gòu)成一個(gè)分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便進(jìn)行集中管理和分散控制。
(5)模數(shù)及數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。這一功能并非所有可編程邏輯控制器都具備，此功能主要用來控制并調(diào)整模擬量。
1.2 機(jī)電一體化機(jī)電一體化，也被稱作機(jī)械電子學(xué)，最初見于日本1971年的《機(jī)械設(shè)計(jì)》雜志，后來隨著機(jī)電一體化技術(shù)的日益成熟，得到普遍接受和認(rèn)可。機(jī)電一體化具體是指在機(jī)構(gòu)動(dòng)力功能、信息處理功能、主功能以及控制功能等基礎(chǔ)之上將電子技術(shù)引入，實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝置、電子化設(shè)計(jì)以及軟件有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)的統(tǒng)稱。機(jī)電一體化立足于系統(tǒng)觀點(diǎn)，對(duì)機(jī)械技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、電力電子技術(shù)、信息變換技術(shù)、接口技術(shù)、軟件編程技術(shù)以及傳感觀測(cè)技術(shù)等進(jìn)行綜合運(yùn)用，以系統(tǒng)功能目標(biāo)以及優(yōu)化組織目標(biāo)為主要依據(jù)，對(duì)相關(guān)的功能單元進(jìn)行合理分配及布局，在高質(zhì)量、多功能、低能耗以及可靠性的基礎(chǔ)上確保既定功能價(jià)值的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而保證系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化狀態(tài)。
隨著技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢(shì)：
(1)智能化。21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)一大主要發(fā)展方向就是智能化，機(jī)器人及數(shù)控機(jī)床智能化就是有力的證明。
(2)網(wǎng)絡(luò)化。20世紀(jì)90年代，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)影響范圍迅速擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)取得極大發(fā)展，依托于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制及監(jiān)視技術(shù)取得長(zhǎng)足發(fā)展，而機(jī)電一體化產(chǎn)品就是遠(yuǎn)程監(jiān)控的終端設(shè)備。因此這也表明，網(wǎng)絡(luò)化是機(jī)電一體化技術(shù)的一大主要發(fā)展方向。
(3)模塊化。模塊化借助標(biāo)準(zhǔn)單元可以在很大程度上提升新產(chǎn)品研發(fā)的速度，除此之外還有助于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，但前提是要從現(xiàn)實(shí)需求出發(fā)，制定出一系列標(biāo)準(zhǔn)，為匹配單元和接口提供便利。
(4)綠色化。綠色化是時(shí)代發(fā)展的要求，具體到機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化，則是指要確保在機(jī)電一體化產(chǎn)品的使用過程中不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不利影響，并且確保機(jī)電一體化產(chǎn)品使用壽命終結(jié)之后可以被回收利用。
(5)系統(tǒng)化。采取開放式及模式化總線結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)化的突出特征。
(6)微型化。這一概念最初產(chǎn)生于20世紀(jì)80年代末，機(jī)電一體化產(chǎn)品的微型化主要是指機(jī)電一體化朝著微型機(jī)器以及微觀領(lǐng)域的方向發(fā)展，微型機(jī)電一體化產(chǎn)品體積更小，對(duì)能源的消耗量也更低，并且活動(dòng)靈活。
2 PLC在機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析
當(dāng)前，在工業(yè)發(fā)展水平較高的國(guó)家，PLC已經(jīng)在鋼鐵、電力、建材、機(jī)械制造、輕紡以及化工等諸多領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。
機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中可編程控制器的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面：
2.1 運(yùn)動(dòng)控制利用PLC可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的有效控制。之前主要是利用開關(guān)量I/O模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和位置傳感器的連接，當(dāng)前則通常選擇專用運(yùn)動(dòng)控制模塊。目前，全球PLC主要生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的PLC普遍具備運(yùn)動(dòng)控制功能。各種機(jī)械中都普遍使用到PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能，在實(shí)踐中比較常見的有金屬切削機(jī)床及成型機(jī)械、機(jī)器人、電梯以及裝配機(jī)械等。PLC具有可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)控制領(lǐng)域具有極大的發(fā)展空間。將PLC引入到磁選機(jī)中，可以在很大程度上提升設(shè)備的電氣性能和自動(dòng)化水平，確保設(shè)備安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。在干混凝土攪拌站生產(chǎn)運(yùn)行控制中引入PLC控制系統(tǒng)，可以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，有效控制設(shè)備故障率，提高生產(chǎn)效率，降低能源消耗量。
2.2 開關(guān)量邏輯控制PLC應(yīng)用最為普遍的一大領(lǐng)域就是開關(guān)量邏輯控制。可用PLC代替繼電器控制系統(tǒng)，對(duì)諸如運(yùn)輸帶、沖床、機(jī)床電氣、注塑機(jī)以及包裝等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行邏輯控制。此外，PLC還廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域中的電磁閥控制、冶金工業(yè)高爐上料系統(tǒng)以及電鍍生產(chǎn)線控制等。CNC機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，不論是數(shù)據(jù)處理性能還是圖形顯示功能，均十分優(yōu)越，在CNC機(jī)床中引入PLC，借助可編程控制器可以更好地完成邏輯處理任務(wù)，從一定意義上講，可編程控制器就是連接數(shù)據(jù)系統(tǒng)微處理器和機(jī)床強(qiáng)電控制的紐帶�？删幊炭刂破骱虲NC機(jī)床數(shù)控裝置的連接，可以實(shí)現(xiàn)較高的可靠性及穩(wěn)定性，特別是在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和普通型機(jī)床數(shù)控改造方面，具有極大的發(fā)展空間。在針吸式穴盤自動(dòng)播種機(jī)中引入可編程控制器，借助可編程控制器自動(dòng)控制啟動(dòng)系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)，可確保針吸式穴盤播種機(jī)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性以及高效性，還可以更加直觀地對(duì)故障情況進(jìn)行判斷。
2.3 數(shù)據(jù)處理隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，當(dāng)前的可編程邏輯控制器的功能越來越多，可以實(shí)現(xiàn)包括矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算以及邏輯運(yùn)算在內(nèi)的一系列數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸及轉(zhuǎn)換，還可以查表、排序、進(jìn)行位操作等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的收集、分析以及處理。對(duì)于數(shù)據(jù)，可以將其與保存在存儲(chǔ)器中的參考值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而開展相應(yīng)的控制操作，還可以借助通信功能向特定的智能裝置傳輸這些數(shù)據(jù)，或者直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打印，并制成相應(yīng)表格。通常情況下，數(shù)據(jù)處理主要應(yīng)用在如無人控制的柔性制造系統(tǒng)等規(guī)模較大的控制系統(tǒng)中，或者諸如冶金、造紙、食品加工等大型控制系統(tǒng)中。
2.4 過程控制模擬量是實(shí)現(xiàn)過程控制必不可少的重要指標(biāo)。通常情況下，模擬量是指連續(xù)變化的量，比較常見的有電壓、電流、壓力以及溫度等物理量。以相關(guān)模擬量的當(dāng)前值及歷史值為主要依據(jù)，生成所需要的開關(guān)量或者模擬量輸出，從而確保系統(tǒng)可以依據(jù)一定的要求開展工作，這是實(shí)施過程控制的最主要目的。在連續(xù)生產(chǎn)控制中，最為普遍的控制方式就是過程控制。
2.5 通信網(wǎng)絡(luò)可編程邏輯控制器通信，主要包括可編程邏輯控制相互之間的通信以及可編程邏輯控制器和其他智能設(shè)備之間的通信。
隨著現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)也取得長(zhǎng)足發(fā)展，可編程邏輯控制器的通信功能已經(jīng)引起了各個(gè)可編程邏輯控制器生產(chǎn)廠家的關(guān)注和重視，這些生產(chǎn)廠家相繼研發(fā)出專屬的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。最新生產(chǎn)的可編程邏輯控制器均具備通信接口，可以十分便利地開展通信。
3 結(jié)語
綜上所述，隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，制造業(yè)領(lǐng)域的信息化進(jìn)程也相應(yīng)加快，信息將會(huì)成為今后機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)。未來一段時(shí)期內(nèi)，機(jī)械制造業(yè)將會(huì)引入現(xiàn)代化制造系統(tǒng)及制造技術(shù)，逐步對(duì)生產(chǎn)模式進(jìn)行更新，并采用先進(jìn)的組織管理方式，促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。全球化、虛擬化、智能化以及網(wǎng)絡(luò)化將會(huì)成為未來機(jī)械制造業(yè)最突出的特點(diǎn)，可編程邏輯控制器在機(jī)械制造業(yè)中將會(huì)有極大的發(fā)展空間，以可編程邏輯控制器為核心的控制系統(tǒng)代表著今后機(jī)電設(shè)備電氣控制的發(fā)展方向。
[參考文獻(xiàn)]
[1]周云波.PLC是機(jī)電一體化的極佳選擇[J].新疆石油教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2003(1).
[2]孫筠，王志民.傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用及其發(fā)展[J].湖北教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2006(8).
[3]趙湘紋.單片機(jī)控制的“機(jī)電一體化產(chǎn)品”中按鍵的接口設(shè)計(jì)[J].福建電腦，2002(5).
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