基于PLC控制的机电一体化设备的安装及调试探析

谢欢

（徐州机电技师学院，江苏 徐州 221131）

0 引言

在目前的背景下，PLC系统不仅具备位置控制上的优势，同时也体现出了数据控制与逻辑开关处理上的优势。将PLC系统应用于机电一体化的建设中不仅有助于提升工作效率，同时PLC系统具备的可靠性优势，也有助于提升系统运行的稳定性与可靠性。从而促进提升设备安装与调试的质量。而分析PLC的优势，将其充分引入到工业领域中，有助于促进推动工业领域的集中发展。本次研究针对PLC控制在机电一体化设备的安装与调试工作中的注意事项与核心关注点。

1 PLC与机电一体化

1.1 PLC

PLC是一种具备编程能力的存储器，主要应用于控制器的内部，在具体应用的过程中，通过程序的设计的方式为系统运行提供指令，通过指令实现具体操作的目的。PLC操作较为简便[1-2]，如图1所示。第一、电源。电源主要为PLC内部提供运行所需要的直流电，目前实务工作中所使用的PLC多为开关式电源。第二、中央处理器。中央处理器是PLC的控制中枢，也是PLC的核心组成部分，其决定了PLC的性能情况。中央处理器主要由控制器。寄存器与运算器组成，统一被布置在同一芯片上，通过各种线路连接后，介入电路开始运转。第三、存储器。存储器是PLC中具备记忆功能半导体电路，其主要负责的存储系统的程序，运算逻辑，并整体协调系统的运行。第四、输入单元。输入单元主要负责控制的连接设备的输入接口，收到信号介入PLC内部，在实际运行中，首先检测元器件传输的信号，包括直流输入、交流输入及联合输入（直流/交流）三种方式。第五、输出单元[3]。输出单元主要负责输出信号，将系统中央处理器具传输的信号转化为电平信号，传输给机械设备进行执行。

图1 PLC系统外观操作示意图

1.2 机电一体化

机电一体化是工程机械自动化的重要组成部分，具体包括电子技术（微电子技术、信息技术、传感器技术，接口技术等。

机电一体化的优势主要表现在三方面：第一，提升精度。机电一体化适用后，机构得到了相应的简化，主要表现为传动部件减少。而机构的减少也改善了机械磨损的问题。因而，因机械磨损、受力、变形而引发的误差也得到了相应的控制。而当机械客观误差得到控制后，因系统调整所产生的误差也将得到一定程度的控制。第二，安全性与可靠性进一步提升。机电一体化实现了内部检测，自动诊断与自动报警。通过安全联锁进行控制。及时发现故障，避免对人体造成损害，或发生相应的事故。第三，提升生产效率。机电一体化基于虚拟原型设计方针技术，并建立相应的模型。通过模拟实务工作的需求，为实务工作提供清晰的指引，并针对模拟中发生的问题进行针对性改良，以形成应用企业的理论最优应用方案[4]。从而促进实现系统控制的目的，提前防控问题的发生。在提升工作效率的基础上，促进工作的精确度。

2 PLC控制系统的实务价值

将PLC控制系统应用实务工作中，能够凸显出的实效性优势、可靠性优势与操作性优势。

2.1 实效性优势

PLC中的设计与开发围绕着自动化展开，因而在信号处理方面具有一定的速度优势，独立信息处理的时间较短，因而程序运行的速度也较快。应用与机电一体化系统中，不仅能在高速信息处理的基础上提升设备运行的效率，同时能充分满足的安全联锁门的保护功能需求，实现安全性。

2.2 可靠性优势

在PLC系统中，输入信号与输出信号均采用光电隔离的形式，能够在外部线路与内部线路间形成电气隔离层。对于输入端，PLC系统采用了R—C滤波器，具体滤波的时间维持10ms至20ms之间[5]。在此基础上，PLC系统还设计了相应的自我诊断功能，当电源或操作软件发生问题时，中央处理器能在第一时间识别问题，并做出相应的处置，防止故障因连续变量错误而导致故障的进一步扩大。

2.3 操作性优势

实务中的PLC控制器的种类较多，结合实务中机电设备的种类，PLC控制器均能提供相应的样式满足其需求。同时PLC系统的I/O种类也较为丰富，在实务应该中能够结合不同设备对自动控制的不同需求而进行调整，充分满足不同系统的实际需求。而当系统发生故障时，系统内部会提示出精确的故障报警，不仅提示故障的位置，还能通过软件提示关联元件的损坏程度。维修人员可根据故障提示进行维修处置，操作较为方便。

3 安装与调试

3.1 布置线路

在常规的布线中，应保证PLC设备远离电源，同时严禁将高压电器安装在同一开关柜中。输入线与输出线应分开设置数字量与模拟量。针对输出信号，一般采用专门的屏蔽线，屏蔽线的一端需要接地。最后设置接电线的电阻维持屏蔽层电阻1/10的状态[6]。在具体布线的过程中，应充分注意外界信号对系统的影响。针对系统的基本单元、拓展单元进行单独布线，同时针对不同模块设置不同的电缆线。在布线的过程中，需要针对性检查是否将直流线与交流线安排在了相同的电缆上。

3.2 电路与电器

在PLC的安装、调试中涉及的线路系统接线较多，安装前精确掌握设计原理图，见图2所示。在掌握设计原理的基础上，应侧重与输入线路的接线方法。PLC机电一体化设备具有多个输入线路，具体包括启动按键（1）、传感器（7）、磁性开（11）。虽然输出线路也较多，包括变频器、蜂鸣器、转盘点击及警示灯等。但输出线路与其他系统无显著区别，无需引起特别的注意。

图2 PLC设计原理图

在具体安装的过程中，需要严格按照设计图纸的规定进行安装，按照各种线路的安装顺序进行安装[7]。在连接DC24V这一线路时，需要特别注意“-”段对接的较多的连接线路，在进行插拔线路的过程中需明确设备处于断电的状态中，在开始操作前，还需对电动机、磁性开关及传感器上的电器原件进行科学、精确的检查。确保其处于无电力存留的状态。最后安装电磁换向阀在底座上，设置进气孔进气通道，同时根据进气孔与进气通道设置侧面的排气孔与排气通道。

3.3 安全联锁试验与检测

在进行试验与检测前，应对系运行的情况进行充分的了解，为试验与检测工作提供相应的基础，安全联锁装置见图3所示。检测人员需明确设备的理论值域与实际运行过程中能够达到的范围[8]。而在具体开展转录锤炼工作的过程中，控制氧枪中的水流瞬间突破值不超过58t/h，但出现水流量瞬间突破值低于58t/h的情况时，并维持这一状态，或持续下降超过3s时，PLC系统应保证能够第一时间进行报警，并做出响应，第一时间关闭氧气阀门。

图3 安全联锁装置示意图

3.4 自动化线路设备控制要求

控制过程中应严格按照操作顺序进行，具体包括3个部分内容。第一，处于初始位置的机械手臂，通电通气后，应依次进行伸缩工作，上台工作，指关节放松与接卸放置等调试测试[9]。其后，进行退料染缸缩回操作，并配合红色警示灯的报警。第二，开启警报灯开关，维持警报灯处于同时点亮的状态中，其后转动料盘，使用拨打杆将物料运送到出口的物料台上。当物料进入后，传感器会收到响应的信号，提示转盘停止运转。转盘停止运转后，操作用机械手臂将物料运送至传输皮带顶端的物料口处。在此操作模式下，要求：实现在物料台上没有物料时开始转动，进行送料的操作，建立其循环模式。而当检测到台上存在物料时，落料口的传感器会做出相应的提示，驱动传送皮带运动。电动机维持12Hz的频率进行运转为，传送提供动力[10]。第三，当启动传送皮带后，30s内未捕捉到物料的信号，变频器会停止运动，蜂鸣器启动，提示告警。此时需要按下停止按键，提示系统单循环已经实现。

3.5 控制程序设计

机械手臂的操作内容较为复杂，因为难以通过基础指令满足其操作需求。基于此，结合客观情况的实际需求，应采用“顺空指令”进行编程。“顺空指令”具有的指令层次分明，思路清晰的优势，应用于复杂线路的编程中，不仅能满足机械操作的基本需求，同时满足及时修正的需求，从而促进提升工作效率。

4 结语

本次研究集中分析了PLC系统控制机电一体化设备的安装与调试。在分析PLC系统与机电一体化的基础上，分析了设备安装与调试中的重点内容，具体包括：布置线路的安装与调试；电路与电器的安装与调试；安全联锁试验与检测的安装与调试；自动化线路设备控制要求的安装与调试及控制程序设计的安装与调试。而关于这一问题还可以从案例分析的角度进行进一步的研究。选取具体的案例，分析PLC在实际应用中的效果，为改善理论设计提供充分的支持。