PLC在机电一体化系统中的应用

王新娜

(漯河职业技术学院，河南 漯河 462000)

1 PLC和机电一体化的概念论述

1.1 PLC技术的概念

PLC技术，即可编程控制器，早在1987年2月，国际电工委员会便对PLC技术的概念进行了定义：PLC技术是一种旨在为工业环境背景中使用而进行设计的数字化运算操作的电子设备，该设备使用能够进行程序编译的存储器，用于进行内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计数、算数、计时等操作的命名，同时可以依靠数字或者模拟的方式进行输入或输出，对各类型机械设备的生产进行控制的过程。

1.2 机电一体化的概念

机电一体化理论一经提出，便对人类机械理论的认知进行了颠覆。之前的机械操作都是通过物理的方式进行机械控制，在机电一体化出现以后，虚拟电子控制的机械出现在人们的视野之中。机电一体化的背景是机械技术、微电子技术、计算机技术以及传感器技术的集大成者。集大成就是不同学科领域和技术领域的有效融合，各取所需。从目前的情况来看，所有基于现代化高新技术、机械、电子科技相结合而产生的新型技术、系统或者产品，都隶属于机电一体化。

2 PLC在机电一体化中的应用分析

2.1 PLC在机电一体化系统中的运动控制应用分析

在PLC技术背景下，其系统构成涵盖有硬件结构、软件结构、现场扩展结构。通常情况下，在PLC一体化系统当中，其应用主要是凭借各构成要素之间形成的组合作用，让控制性能得到最大限度发挥。在设计人员针对PLC系统的输入模块和输出模块开展设计时，为了方便今后对模块的有效替换，需要事先配置好替换的相似模块，PLC系统对于机械设备的连接主要是通过远程的I/O柜，同时系统的备用容量需要满足相关技术标准。开关量I/O模块完成对执行机构与位置传感器的连通，选取专用的控制模块对圆周运动和直线运动进行稳定地控制。从当前国内的生产情况进行分析，PLC系统的生产厂商对PLC系统的运动控制功能表现非常关注，在相关机械设备制造过程中，如机器人、装配机械、电梯等都十分关注PLC的运动控制功能表现。

例如：在电梯当中，设计四层电梯自动控制演示板，在电梯上行的过程中，设计人员对电梯的要求是在电梯位于一层时、二层或者三层时，四层在发出呼叫指令后，上行到三楼后行程开关对电梯的控制就必须要停止；若电梯位于一层时，二层发出呼叫指令，则上行到二层形成开关就必须要停止；当电梯位于一层时，二层和三层同时发出呼叫指令，电梯需要先上行至二层，并停止5s，之后继续上行至三层，然后控制开关停止；如果电梯位于一层，三层和四层同时呼叫，则电梯首先上行至三层，并停止5s，之后继续上行至五层后，控制开关停止；若电梯位于一层时，二层和四层同时发出呼叫指令，则电梯首先上行至二层，并停止5s，之后再运动至四层后，控制开关停止；若电梯位于一层，二层、三层、四层同时发出呼叫指令，则电梯首先会上行至二层，停留5s，之后再上行至三层，停留5s，最后上行到四层后，控制开关停止。在上述过程中，进行了呼叫指令传达、形成开关的开闭，都是基于PLC技术来实现的。

2.2 PLC在机电一体化系统中的逻辑控制应用分析

基于PLC技术的自身特征，工作人员能够对其硬件结构和软件程序进行灵活调整，在一体化系统的控制操作中，PLC技术使用非常灵活。在特殊环境下，工作人员可以编写多组或多套程序，并根据自身实际需求进行调配使用。PLC满足于工业施工现场中所表现的工况多状态化的要求。进行控制时所体现的逻辑问题呈现出多元化特征，在逻辑组合的过程中可以按照时序、即时、延时、需要计数、不需要计数、固定顺序、随机顺序等多种方式进行逻辑分析。在机械制造生产领域当中，PLC技术的这一特点被广泛应用，并且在其快速发展的历程中逐步取代了继电器控制技术，给机械设备的生产制造流程中的运输带、机床、冲床等重要设备的逻辑性控制带来了可能。在今后，伴随着对PLC技术应用的逐渐成熟，化学工业领域当中的电磁阀控制，冶金工业中的高炉上料系统都得到了十分有效地控制。在机械制造的CNC机床数字控制系统当中使用PLC技术，能显著增强数据处理的能力，可以使用可编辑控制器提高逻辑任务处理的效率。可编程控制器能够和数据系统中的微处理器和机床强电控制系统进行连接，从而有效保障了在机电一体化背景下，所生产产品的质量和效率，给机械制造生产中的经济型数控机床与普通型数控机床的改造带来了无限的可能。

例如：在机电一体化背景下，针吸式穴盘自动播种机中使用PLC控制系统，能够实现对电气系统的有效控制，最大限度减小针吸式穴盘自动播种机结构的复杂程度，让系统能够始终处在高效且稳定的工作状态之下，若设备在运行的过程中出现故障，PLC控制系统也能够在第一时间，找到故障出现的区域，并通知相关工作人员进行检修与管理。通过这样的运行机制，机械设备往往在故障初期，工作人员就能及时发现并排除相关故障，降低了故障蔓延的可能性，保障了机械设备在生产过程中的安全，并且最大限度挽回了企业的经济损失。

2.3 PLC在机电一体化系统中的数据处理应用分析

伴随着全球各行业对计算机使用的日益普及，计算机技术在近30年的时间里取得了飞速发展，可编辑控制器的相关功能实现(如矩阵运算、函数运算、逻辑运算)等相关数据运算，均可以依托计算机技术来完成。引进PLC控制系统还可以开展有效的数据传输和转换，在基于计算机技术高度成熟的基础上完成对数据的存储工作。如果机械设备在使用的过程中发生故障，使得数据丢失或损坏时，之前进行备份的数据便能够帮助工作人员及时解决相关问题。在PLC系统的功能中，控制功能能够基于已经获取的数据，开展数据的调控和反馈，让进行合理调控后的数据可以完成预期的相关功能以及工作人员对相关参数信息的要求。设备基于之前所设置的时间顺序开始或停止作业，完成时间顺序的控制首先必须要对PLC程序开展预设置，之后按照连锁顺序进行相关的保护，以此保障设备安全稳定地运行。

例如：近10年来，中国电梯安全事故时有发生，分析这些电梯安全事故不难发现，因为门系统出现问题所导致的电梯安全事故，占事故总量的80%左右；冲顶或蹲底造成的电梯安全事故，占事故总量的15%左右；其它类型原因造成的电梯安全事故，占事故总量的5%左右。可以看见，因为门系统故障导致的电梯安全事故比例最高，出现也最为频繁。门系统故障发生率最高是因为电梯自身的结构特征所引起的，电梯在每一次运行的过程中，会进行两次开门动作和两次关门动作。重复多次的动作会让电梯门锁频繁工作，所以其老化速度要远远高于电梯的其它系统，时间一久，使得门锁机械保护装置的动作稳定性变得不可靠，因此在电梯门锁系统当中，可以使用PLC系统所特有的计数功能，以对其使用寿命进行评估，方便工作人员及时对电梯门系统部件进行复位和更换，以此来降低电梯门系统故障所导致安全事故的可能性和数量。实践证明，在使用了PLC技术后的电梯当中，因为门系统故障导致安全事故发生的概率降低了近70%，有效保护了电梯使用者的生命健康安全。

2.4 PLC在机电一体化系统中的过程控制和通讯网络应用分析

在机电一体化系统中，过程控制必须要使用模拟量作为核心的数据指标。在机械制造企业当中，相关生产设备的电流、通电电压等物理量便是模拟量。模拟量的输出可保障控制系统能够有效开展相关工作。在机电一体化的生产流程中，可编程控制器通讯是其中非常关键的组成要件，它可以被分成可编辑逻辑控制的相互通讯与可编程控制器与其它智能化设备之间的通讯。在全球范围内，计算机技术快速发展的大背景下，可编程逻辑控制器目前已经在机电一体化系统中形成了专属的网络系统，PLC在机电一体化生产设备中发挥着十分深远的作用。

3 结语

伴随着我国科技的快速发展和经济建设的持续向好，相关技术的日益成熟，PLC技术可以提升机械制造与机电一体化生产的质量与效率，促进我国机械工业产业实现产业升级、生产线优化、产品改良。因此，在机械生产制造领域，应密切关注PLC技术在今后的发展动向，在控制设备当中大力推广和应用PLC技术，加速机电一体化进行，为中国从制造大国迈向制造强国提供强有力的技术支持。