PLC在机电一体化生产系统中的应用分析

    李青松 林启华

    摘 要：近年来，随着各种高新技术应用于工业生产，制造行业发生了巨大的变革。以PLC为代表的新兴技术渐渐应用到生产制造行业中来，这不仅加快了工业生产的自动化，还提高了社会生产力，真正体验到科学技术带给制造业的动力。其主要体现在传统的机械与电气生产系统中PLC技术的应用，这也推动了工业生产从机械电气化时代迈向机电一体化时代。本文先对机电一体化和PLC的发展和概念作了简单介绍，理解了其技术的相关背景，之后利用实例论证分析了PLC技术在机电一体化生产系统中的具体应用。

    关键词：PLC；机电一体化；生产系统；应用

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.134

    0 前言

    随着社会的发展，不同学科和技术之间彼此交融，使技术的集成成为必然趋势。PLC作为技术比较成熟的控制系统具有较强的通用性和较高的可靠性，所以在生产制造行业中PLC被普遍使用，将其应用于生产系统也使得工业生产从机械电气化时代迈向机电一体化时代。

    1 机电一体化和PLC概述

    1.1 机电一体化简述

    机电一体化的出现，刷新了人们对机械的认知。以往的机械操作都是物理的机械控制，机电一体化出现之后，虚拟电子控制的机械出现在人们视野。其背景是机械技术、计算机技术和微电子技术及传感器技术等技术的集成，集成就是不同学科和技术的交叉、融合、渗透，就是各取其长。就当前来看，凡是由现代各种高新技术与机械和电子相互结合而形成的各种技术、产品或系统，都属于机电一体化范畴。[1]

    1.2 PLC简述

    PLC，即可编程控制器。国际电工委员会在1987年2月通过了对它的定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。”[2]由定义可以将PLC理解为：一种工业控制器。PLC具有处理器和存储器，可以对数据完成处理和储存；同时，它还具有大量输入/输出（I/O）接口，可接收输入设备的控制信号和将处理器处理后的信号输出到相应设备，完成相应操作。

    2 PLC在机电一体化生产系统的应用分析

    PLC在国民生产的各个控制领域中有极其普遍的应用，主要包括钢铁冶炼、矿石开采、化工生产、电力供电、机械制造等行业。[3]PLC在实际应用中，主要包括对开关量的逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、通信及网络的应用。下面将对上述应用作具体分析并举例说明。

    2.1 开关量的逻辑控制

    PLC代替了以往的继电接触器控制，可实现逻辑控制，因此普遍应用于各种机电相结合的生产系统。例如，PLC在工化工工业中可对电磁阀进行控制、在冶金工业中可对高炉上料系统控制等等。[4]其中，在化工工业中应用PLC对电磁网系统进行控制，使化工流程的得以正常运作；在冶金工业高炉上料系统中应用PLC的开关逻辑控制，解决了传统继电器控制系统走线复杂、维修困难和不能实现自动化上料的缺陷，使高炉上料系统更加安全可靠。

    2.2 過程控制

    PLC作为工业控制器，PLC具备数字/模拟（D/A）、模拟/数字（A/D）转换和算术、关系运算等功能。内部具有模拟量输入/输出（I/O）模块，可将传感器采集到的模拟信号通过（I/O）模块输入到（D/A）转换为数字信号再和设置值进行对比，可闭环控制随时间而不断发生变化的模拟量，诸如对温度变化、速度变化、流量变化、压力变化、电压变化、电流变化等模拟量进行控制。例如PLC在恒压供水中的应用，压力传感器将采集到的模拟电流信号输入到模数转换再到PLC，并和内部设置的压力值与历史压力值作比较，判断是否给变频器信号。

    2.3 运动控制

    PLC技术应用在机电一体化的生产系统中可以对平面运动进行有效控制，如圆周运动或直线运动。从控制原理和机械组成来说，以前主要是通过开关量输入/输出（I/O）模块与相应的位置传感器连接对运动进行控制，最后由执行机构执行而实现的。而现在生产的PLC有专门控制运动的模块，[5]通过位置检测传感器，将检测结果输入到运动模块通过数据处理由输出对相应部件作出调整，可对复杂运动可进行精准控制。PLC的运动控制功能普遍应用于各种机器人、电梯及数控机床中。例如将PLC运动控制应用于机器人的运动控制中，通过设定的程序，可以准确地控制多种复杂的运动。

    2.4 数据处理

    科学技术的发展极大提高了生产效率，促使产品的更新换代变得极为频繁。现在生产的PLC功能越来越强大与之前的产品相比在数据处理方面有较为突出的表现。在数据处理上PLC基本具有算术、逻辑、关系、数据类型转换等功能，可以对收集到数据转换成当前值与存储器中设置的参考值作比较，从而完成相关控制操作。数据处理大多数应用于大型加工中心的控制，通过对数据的分析和处理可提高生产效率。

    2.5 通信及网络

    通信是先进生产制造业发展的要求。[6]对于生产要求来说，各设备间的通信可以保证根据不同生产需要进行调节控制。为了实现生产设备的联网通信，加快集中控制的网络化生产模式的形成。在未来，PLC应该具有较全的网络连接功能，支持多种通信协议。通过联网，可在任意一台PLC上对其他PLC进行通信，完成程序和数据的交换。从而做到对生产过程进行实时监视和有效管理。做到“分散控制、集中管理”的通信网络化生产。

    3 结语

    在科技飞速发展的今天，以PLC为技术关键的控制系统在机电一体化生产中已经得到普遍地应用，它正以高效、平稳、安全的控制方式加速推进着我国的工业化进程。在未来相信会有更多新技术、新理念融入机电一体化生产系统，必定会使机电一体化生产向网络化、结构化、智能化的方向发展，最终成为工业生产控制的主流技术。

    参考文献：

    [1]杜威.智能控制在机电一体化系统中的应用[J].科技与生活，2012

    （08）.

    [2]王鑫.三菱FXA可编程控制器在高校供电系统中的应用[J].数字技术与应用，2016，10（09）.

    [3]周玉宇.机电一体化的发展趋势及其在我国应用的探讨[J].中国科技信息，2015（12）：157-158.

    [4]黎洪洲.智能控制及其在机电一体化系统中的应用研究[J].信息系统工程，2014（03）.

    [5]李青文.关于机电一体化自动控制系统的研究[J].中国电子商务，

    2014（10）.

    [6]樊硕.浅析制造业的现状与未来发展[J].天津经济，2016（06）.