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PLC在機電一體化生產系統(tǒng)中的作用
摘要：可編程控制器是建立在計算機基礎之上，以工業(yè)現場作業(yè)為主要適用范圍的電控控制器，當前我國工業(yè)生產自動化水平較低，PLC產品具有極大的發(fā)展空間。首先對PLC以及機電一體化技術進行了簡要介紹，在此基礎上詳細闡述了機電一體化生產系統(tǒng)中PLC的應用。
關鍵詞：PLC;機電一體化;邏輯控制;應用
引言
隨著現代化科學技術的迅猛發(fā)展，學科與學科之間的交叉和滲透不斷加強，這也在一定程度上對工程領域的技術革命起到了促進作用[1]。在機械工程領域中，微電子技術以及計算機技術向機械工業(yè)領域不斷滲透，最終促成了機電一體化的產生，進而促使機械工業(yè)不論是產品結構、技術結構、生產方式、功能還是管理體系均出現明顯改變，工業(yè)生產也從之前的機械電氣化階段邁入機電一體化階段。
1 理論概述
1.1 PLC 定義、構成及功能可編程邏輯控制器，簡稱PLC，是指利用微電腦技術制造的通用自動控制設備，其利用一類可編程的存儲器對其內部程序進行存儲，并對諸如邏輯運算、定時、計數、順序控制以及算術操作等面向用戶的指令進行執(zhí)行，同時對數字或模擬式輸入及輸出方式實現相關類型的機械或生產過程的控制。
從結構方面分析，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、內存塊、電源以及顯示面板等構成，這幾大部分共同構成一個不可拆卸的整體。組合式可編程邏輯控制器主要是由中央處理器模塊、內存、I/O模塊、電源模塊、地板或機架等按照一定的規(guī)則組合而成�？删幊踢壿嬁刂破鞯暮诵牟考侵醒胩幚砥鳎涑洚斨窠浿袠械慕巧�。每套可編程邏輯控制器最少配置一個中央處理器，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用戶程序及相關數據進行接收和保存，通過掃描的方式對現場輸入裝置傳輸來的狀態(tài)及數據進行收集，并保存在寄存器中。中央處理器主要由運算器、寄存器、控制器、控制狀態(tài)總線等部分構成，中央處理器速度及內存容量是可編程邏輯控制器十分重要的參數，其對可編程邏輯控制器工作的速度、I/O的數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)限時控制。可編程邏輯控制器可以提供數個定時器，同時對定時指令進行設定，調用或改動十分便捷。
(2)條件控制�？删幊踢壿嬁刂破鲗εc、或、非等邏輯運算指令進行了設置，可以對繼電器并聯、串聯、串并聯或者并串聯等相關連接進行處理。
(3)步進控制�？删幊踢壿嬁刂破鞯牟竭M控制主要體現為下一工序的開展在上一工序實現之后進行，同時對移位寄存器進行了設置。
(4)通信及聯網。當前，部分可編程邏輯控制器已經具備了通信技術，可以實現遠程I/O控制，也就是將可編程邏輯控制器構成一個分布式控制網絡，以便進行集中管理和分散控制。
(5)模數及數模轉換功能。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整模擬量。
1.2 機電一體化機電一體化，也被稱作機械電子學，最初見于日本1971年的《機械設計》雜志，后來隨著機電一體化技術的日益成熟，得到普遍接受和認可。機電一體化具體是指在機構動力功能、信息處理功能、主功能以及控制功能等基礎之上將電子技術引入，實現機械裝置、電子化設計以及軟件有機結合的系統(tǒng)的統(tǒng)稱。機電一體化立足于系統(tǒng)觀點，對機械技術、自動控制技術、微電子技術、信息技術、電力電子技術、信息變換技術、接口技術、軟件編程技術以及傳感觀測技術等進行綜合運用，以系統(tǒng)功能目標以及優(yōu)化組織目標為主要依據，對相關的功能單元進行合理分配及布局，在高質量、多功能、低能耗以及可靠性的基礎上確保既定功能價值的實現，進而保證系統(tǒng)達到最優(yōu)化狀態(tài)。
隨著技術的發(fā)展，機電一體化呈現出以下發(fā)展趨勢：
(1)智能化。21世紀機電一體化技術一大主要發(fā)展方向就是智能化，機器人及數控機床智能化就是有力的證明。
(2)網絡化。20世紀90年代，網絡技術影響范圍迅速擴大，計算機信息技術取得極大發(fā)展，依托于網絡的遠程控制及監(jiān)視技術取得長足發(fā)展，而機電一體化產品就是遠程監(jiān)控的終端設備。因此這也表明，網絡化是機電一體化技術的一大主要發(fā)展方向。
(3)模塊化。模塊化借助標準單元可以在很大程度上提升新產品研發(fā)的速度，除此之外還有助于生產規(guī)模的擴大，但前提是要從現實需求出發(fā)，制定出一系列標準，為匹配單元和接口提供便利。
(4)綠色化。綠色化是時代發(fā)展的要求，具體到機電一體化產品的綠色化，則是指要確保在機電一體化產品的使用過程中不會對生態(tài)環(huán)境造成不利影響，并且確保機電一體化產品使用壽命終結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構是系統(tǒng)化的突出特征。
(6)微型化。這一概念最初產生于20世紀80年代末，機電一體化產品的微型化主要是指機電一體化朝著微型機器以及微觀領域的方向發(fā)展，微型機電一體化產品體積更小，對能源的消耗量也更低，并且活動靈活。
2 PLC在機電一體化生產系統(tǒng)中的應用分析
當前，在工業(yè)發(fā)展水平較高的國家，PLC已經在鋼鐵、電力、建材、機械制造、輕紡以及化工等諸多領域得到普遍應用。
機電一體化生產系統(tǒng)中可編程控制器的應用主要體現在以下幾方面：
2.1 運動控制利用PLC可以實現對直線運動或圓周運動的有效控制。之前主要是利用開關量I/O模塊實現對執(zhí)行機構和位置傳感器的連接，當前則通常選擇專用運動控制模塊。目前，全球PLC主要生產廠家所生產的PLC普遍具備運動控制功能。各種機械中都普遍使用到PLC的運動控制功能，在實踐中比較常見的有金屬切削機床及成型機械、機器人、電梯以及裝配機械等。PLC具有可靠性高、穩(wěn)定性強、抗干擾能力強等優(yōu)點，因此在工業(yè)控制領域具有極大的發(fā)展空間。將PLC引入到磁選機中，可以在很大程度上提升設備的電氣性能和自動化水平，確保設備安全、高效、穩(wěn)定運行。在干混凝土攪拌站生產運行控制中引入PLC控制系統(tǒng)，可以確保設備的穩(wěn)定運行，有效控制設備故障率，提高生產效率，降低能源消耗量。
2.2 開關量邏輯控制PLC應用最為普遍的一大領域就是開關量邏輯控制�？捎肞LC代替繼電器控制系統(tǒng)，對諸如運輸帶、沖床、機床電氣、注塑機以及包裝等機械設備進行邏輯控制。此外，PLC還廣泛應用于化工領域中的電磁閥控制、冶金工業(yè)高爐上料系統(tǒng)以及電鍍生產線控制等。CNC機床數控系統(tǒng)，不論是數據處理性能還是圖形顯示功能，均十分優(yōu)越，在CNC機床中引入PLC，借助可編程控制器可以更好地完成邏輯處理任務，從一定意義上講，可編程控制器就是連接數據系統(tǒng)微處理器和機床強電控制的紐帶�？删幊炭刂破骱虲NC機床數控裝置的連接，可以實現較高的可靠性及穩(wěn)定性，特別是在經濟型數控機床和普通型機床數控改造方面，具有極大的發(fā)展空間。在針吸式穴盤自動播種機中引入可編程控制器，借助可編程控制器自動控制啟動系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)，可確保針吸式穴盤播種機結構的簡單性，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性以及高效性，還可以更加直觀地對故障情況進行判斷。
2.3 數據處理隨著技術的不斷進步，當前的可編程邏輯控制器的功能越來越多，可以實現包括矩陣運算、函數運算以及邏輯運算在內的一系列數學運算，可以對相關數據進行傳輸及轉換，還可以查表、排序、進行位操作等，從而實現對數據的收集、分析以及處理。對于數據，可以將其與保存在存儲器中的參考值進行對比，進而開展相應的控制操作，還可以借助通信功能向特定的智能裝置傳輸這些數據，或者直接對數據進行打印，并制成相應表格。通常情況下，數據處理主要應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現過程控制必不可少的重要指標。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。以相關模擬量的當前值及歷史值為主要依據，生成所需要的開關量或者模擬量輸出，從而確保系統(tǒng)可以依據一定的要求開展工作，這是實施過程控制的最主要目的。在連續(xù)生產控制中，最為普遍的控制方式就是過程控制。
2.5 通信網絡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備之間的通信。
隨著現代化計算機控制技術的不斷進步，工廠自動化網絡也取得長足發(fā)展，可編程邏輯控制器的通信功能已經引起了各個可編程邏輯控制器生產廠家的關注和重視，這些生產廠家相繼研發(fā)出專屬的網絡系統(tǒng)。最新生產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 結語
綜上所述，隨著現代化信息技術的不斷進步，制造業(yè)領域的信息化進程也相應加快，信息將會成為今后機械制造業(yè)發(fā)展的主導。未來一段時期內，機械制造業(yè)將會引入現代化制造系統(tǒng)及制造技術，逐步對生產模式進行更新，并采用先進的組織管理方式，促進機械制造業(yè)的進一步發(fā)展。全球化、虛擬化、智能化以及網絡化將會成為未來機械制造業(yè)最突出的特點，可編程邏輯控制器在機械制造業(yè)中將會有極大的發(fā)展空間，以可編程邏輯控制器為核心的控制系統(tǒng)代表著今后機電設備電氣控制的發(fā)展方向。
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