PLC技术在机电一体化控制中的融合

邵春

【摘 要】可编程逻辑控制器（PLC）是传统继电器与微机技术相结合的产物。它从根本上简化了传统的连接模式，充分借助并融合了微机处理器的优势，尤其是在实施PLC程序编制过程中，不再使用专门的计算机编程语言，而是仅通过简单指令的模式就可以进行全面控制，使PLC技术在生产系统中得到了广泛认可与应用。文章从PLC技术的设计特点入手，着重分析PLC技术在机电一体化控制系统中的作用，结合实例探讨PLC技术在与机电一体化控制融合应用的场景，以提升PLC技术在机电一体化控制中的应用水平，为现代生产系统的技术发展提供参考。

【关键词】PLC;机电一体化;融合

【中图分类号】TP273 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）03-0092-03

0 引言

近年来，全球智能化科技发展成效逐渐凸显，尤其是在工业领域，已经精确地对准4.0时代大步迈进[1]。随着技术变革的加速，许多新技术日益涌现，其中机电一体化开始进入大众视野，并在行业内应用，在此基础上，企业发现PLC技术的融合应用具有广阔的发展前景。研究发现，如果将PLC与机电一体化控制技术相融合，便可在工业生产实践过程中全面了解整体生产系统，从而对技术水准进行升级，因此深入研究PLC技术具有影响深远的推动价值[2]。

1 PLC技术及机电一体化的概念

1.1 PLC技术

PLC，中文名称为可编程逻辑控制器，其可以通过可编程的存储器存储控制器内部的程序指令，如执行定时、逻辑运算、顺序控制、计数等程序设定的命令，借助数字模拟进行输入与输出，从而对各种机器生产过程进行控制[3]。PLC虽然看似是微型计算机中的硬件，但是它完全不依赖CPU和控制面板，可以完成对机电一体化采集，分析并处理生产数据。而且，PLC的自身编程功能强大，可大幅度简化工作流程，缩短工作时间，使数据处理更加简单[4]。

在PLC技术出现之前，人们通常使用鼓式开关、继电器等器件对工业生产过程进行控制。在小规模工业生产时期，这些控制器兴许还能满足基本的需要，但是随着生产规模的扩大，生产效率和产品质量要求的提升，继电器等控制系统已经无法满足生产需求[5]。伴随着信息工业革命的到来，计算机网络信息技术得到了快速发展，小型计算机逐渐开始被人们应用到工业开关控制系统的生产过程中。小型计算机的应用虽然解决了部分传统控制系统的问题，但却是“大材小用”，因此该技术并没有得到广泛普及[6]。PLC技术就是在此环境下被人们开发出来。

1.2 机电一体化

在现代工业技术快速发展的时代背景下，机电一体化应运而生，经过不断地发展升级，机电一体化在生产市场中出现了越来越多的应用领域。在结构方面，机电一体化将电子技术应用、软件技术与传统机械进行技术上的融合，实现了“三位一体”，主要功能有控制功能、动力功能和主功能[7]。在技术发展初期，因为初次接触该核心技术的领域，全球对此领域的研究少之又少，所以很多人都悲观地认为此技术不靠谱，工业领域也不认可此不成熟的技术，后来生产快速发展，越来越需要高效的技术提供支持，通过不断实验和迭代，PLC技术也在这个过程中不断得以提升，技术逐渐走向成熟，PLC的技术优势也逐渐凸显，越来越多的领域认可了此技术。随着应用领域不断扩大，PLC一些应用功能逐渐得以优化和完善[8]。

2 PLC技术设计要点

2.1 PLC系统基本结构

PLC的主要构成有中央处理单元、编程器、系统程序储存器及电源（如图1所示）[9]。

2.2 PLC系统设计内容

中央处理单元、编程器是PLC系统的主要构成部分，同时也是发挥PLC系统作用的关键部件。此外，PLC系统还包括显示单元、系统程序存储器和电源3个部分。PLC设计一般按以下5个步骤展开：第一，选择合适的设备。设备要依据生产控制的需求和现有技术情况择优选择，这样才能切实保障系统的稳定性和有效性。第二，根据需求设计并编写程序。第三，绘制输入子接线图，并编制配套的I/O分配表。第四，设计界面。界面尽量做到科学和人性化。第五，调试系统。核对各类参数设置的准确性，调试没问题以后，编写使用说明书[10]。

2.3 PLC系统软、硬件的设计

PLC系统的相关设计除了需要专业原理知识，还需要考虑PLC系统是否能在机电一体化控制中达到高效率的呈现，而高效的实现需要依靠系统软、硬件各个相关联方面的有效协作。一是硬件系统的相关设计。重点选择对PLC系统的实际应用，包括机型结构等内容。二是软件系统的相关设计。软件不仅是编程设计非常关键的一个环节，还是PLC技术实现控制与融合相关联最为关键的一个步骤，所以需要格外注意在程序编译上的代码，注重简单、快捷、易上手的特点，如逻辑流程图法、梯形图法和时序流程图法。

3 PLC技术背景下机电一体化控制系统的作用分析

在工业生产过程中，机电一体化控制系统有着不可忽视的使用价值，在PLC技术加持下，所有的生产过程都得以操控，并且PLC技术能够将其过程简化，有效化解了技术人员工作时因技术错误引发的矛盾。在现实生产应用过程中，PLC技术不但能简化生产技术方面的相关操作，大大降低系统故障问题，还能将所有与机电控制系统相关的任务实现清晰分配，通过使用不同的指令，使其更快、更高效地运行，并与系统中的其他程序积极合作、协调处理问题。除此之外，PLC技术还能够在整体控制系统出现故障时逐一排查问题，使系统在最短的时间内恢复运行，大大提升了系統的工作效率，为相关企业的稳定、可持续发展做出贡献。PLC技术背景下机电一体化控制系统的主要作用有以下3点。

3.1 对工业生产过程进行监控检测

经过PLC技术加持的机电一体化系统，能够实时监控整个生产开发过程，对工业生产状况进行自动检测，随时报告各种机械装备的工作状态，并在第一时间对机械问题进行处理。每当出现异常情况时，系统会第一时间自动报警，快速找到问题来源，如果是升级版的机电一体化控制系统，还可以直接对问题进行处理以及清扫，使工业生产在短时间内实现正常运行，大大提高了工业生产中机械装备的应用效率，并保证了相关企业在检测设备时不会造成太大的损失与不必要的资金投入[7]。66A535AF-469B-4FA0-BA91-0F2FB353E7F3

3.2 调整工业生产的精度

由于工业生产中加入了PLC技术，机电一体化又多了一项技能：调整工程生产的精细化程度。正常情况下，PLC技术加持的机电一体化控制系统在工业生产中可以实现零失误，提高各类工业生产的相关资源及配置应用匹配的准确性，并实现自动化称量，从源头上避免了各种人工操作失误，这种失误是在非自动化时期不可避免的状况。PLC技术的应用将工业生产的商品精度提升到最高，大幅度提升产品的质量。

3.3 节约工业生产中的资源

在PLC技术支持下，机电一体化控制系统能够减少工业生产中相关资源的使用量。在如今的工业生产中，很多工厂设备的实际工作强度远远超过了设备本身能承受的范围。还有一些已经出现问题，如机电在不能达到额定功率的情况下，却还要强行运转，导致工厂大量资源被浪费，甚至存在由于利用率低导致资源被遗弃的现象。但是PLC技术及机电一体化的应用，不仅能高效解决这些问题，还能自动调整和提高机械设备的生产功率，避免出现资源浪费现象[8]。

4 PLC技术与机电一体化的融合应用

机电一体化应用场景比较多，其中以数控机床、电梯制造、包装生产等为主，而随着PLC技术的发展和应用，这些领域的发展效率得到了明显提升。

4.1 在开关逻辑控制中的应用

传统的电路开关是用继电器单一设备进行控制，随著PLC技术融合到机电一体化控制系统中，现有的电路开关的逻辑控制已经能够实现对设备整体的控制，这样就可以系统控制流水线上的每个设备，大大提升了流水线系统控制效率。在过去的工业生产过程中，电磁阀系统的控制与生产流程的控制是割裂开的，而随着PLC技术的广泛应用，现在已经能够实现统一控制，极大地提高了生产效率，保障了生产安全。

4.2 在运动控制中的应用

传统的机电一体化技术在运动控制过程中的表现难以达到理想的效果，而PLC技术的应用，有效弥补了该短板。如今，在PLC技术加持下，机电一体化技术已经可以实现多种方向的灵活控制，包括且不限于在圆周、曲线、直线等平面运行中的控制。同时，开关量输入/输出（I/O）模块和相应的位置传感器是实现运动控制的核心结构，可以实现不同条件下的运行轨迹。目前，专属的运动控制模块已经出现在PLC系统中，其核心技术是位置检测传感器的应用，可以实现实时检测，并且把收集到的数据进行处理，从而实现精准控制。目前，PLC技术已经可以实现很多比较复杂的运动精准控制[9]。

4.3 在通信和数据处理中的应用

逻辑、关系、算术和数据转换等功能都是可以通过PLC技术加持下的机电一体化控制系统来控制。目前，在通信领域设备和设备可以联通，在多种通信协议的保障下，设备和数据、数据和数据也可实现联通，“分散控制、集中管理”模式已经可以在现有的通信领域中完美实现。PLC技术与CNC系统相结合，可以在数据处理方面发挥重要作用。PLC与CNC设备的数据交换和传输可以通过PLC独立的编程软件进行编写，同时能够实现对系统控制要求的随时读写和改变（如图2所示）[11]。

4.4 在过程控制中的应用

电流、电压、流量、温度、压力和成分等连续变化模拟量是很多生产生活中重要的指标，这些过程控制也是机电一体化控制系统中重要的组成部分。当这些指标的当前值能够直接影响产品质量时，在融合PLC技术过程中，要着重考虑这些过程控制因素。在过程控制过程中，也要根据现在生产的设计要求，充分分析这些指标的以往及现在的模拟量，实现对企业生产目标的控制。

5 结束语

通过分析可以发现，PLC技术在机电一体化控制中发挥至关重要的作用，尤其是在数据处理、开关逻辑控制、运动控制等控制过程方面，呈现出较为突出的优势。目前，“极大”和“极小”是PLC技术产品的主要发展方向，现今很多产品的输入输出口可以达到15 000个左右，而小规模的产品又朝着模块化方向发展。随着市场对PLC产品需求越来越大，各类针对性的PLC模块应运而生。在“中国制造2025”的背景下，我国着重打造大国利器、大国重器，而PLC技术将发挥出打造制造业强国的引导性和科技持续进步的强大优势，同时其在机电一体化控制中的应用也越来越广泛。

参 考 文 献

[1]张芳.电工新技术在机电一体化中的应用探析[J].科技创新与应用，2017（3）：146.

[2]王晓鹏.试析传感器技术在机电一体化中的应用[J].数字技术与应用，2016（8）：226.

[3]解丹婷.试分析智能控制及其在机电一体化系统中的应用[J].黑龙江科技信息，2017（9）：21.

[4]王文琦.PLC技术背景下机电一体化控制系统的应用[J].湖北农机化，2020（6）：66.

[5]关宏强.PLC在机电一体化生产系统中的应用分析[J].科技创新导报，2020（7）：152-153.

[6]王飞.基于PLC机电一体化技术在数控机床中的应用研究[J].科学技术创新，2019（35）：191-192.

[7]欧继宏.PLC技术应用背景下机电一体化控制研究[J].电子世界，2019（21）：158-159.

[8]陈丽娟.基于PLC技术的机电一体化生产系统控制研究[J].电子元器件与信息技术，2019（9）：118-119，122.

[9]冯仁书.PLC技术在机电一体化控制中的重要性[J].建材与装饰，2018（25）：212.

[10]黄军.PLC技术在机电一体化控制中的作用[J].幸福生活指南，2018（8）：1.

[11]章亮，陈超.PLC技术在机电一体化控制中的作用[J].电子技术与软件工程，2018（8）：138.66A535AF-469B-4FA0-BA91-0F2FB353E7F3