淺談PLC在工業機電一體化生產系統中的運用

Q摘要：在全球經濟帶動下，現代工業自動化快速發展，機電一體化作為嶄新的技術正處于不斷演化并越來越完善的發展過程中。PLC是為工業生產領域專門設計的數字操作電子系統，適用于以工業現場作業為主的電控控制設備，是專門用于工業控制的微機系統。文章對PLC在工業機電一體化生產系統中的應用進行了探討。

關鍵詞：PLC；工業現場作業；機電一體化；邏輯控制；生產系統；電控控制設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2016）06-0051-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.026

由于現代科學技術更新換代的迅速性，在各種不同專業的學科技術之間展現出越來越深入的相互交叉、相互滲透甚至相互融合的現象，這對工程領域的科學技術研究與革新在一定程度上起到了很大的促進作用。在工業機械化生產過程中，計算機和微電子的相關技術不斷向機械工業滲透，使工業機械的自動化發展突飛猛進，最終產生了機電一體化系統，進而促使機械工業在技術、生產、管理等方面發生了全面的產業革新，推動了工業生產從機械電氣化階段步入全自動智能化的機電一體化新階段。

1 機電一體化

機電一體化是站在系統工程的高度上，將機械、微電子、信息等技術的相關學科有機融合而形成和發展起來的新興邊緣技術科學。它主要是在機械的主要功能、動力系統、信息處理和自動控制等功能上引入微型電子技術，并用一些關聯軟件技術將電子設備和機械裝置有機結合而構成系統的總稱。因此機電一體化是以微電子的相關技術為主導因素，將多種新興的技術融入到機械設計研究環節中，而形成的高性能、高質量、高性價比的綜合性技術，是電子技術和機械設計兩個方向的有機結合產物。

機電一體化是對機械、自動控制、微型電子、電力電子、傳感應用觀測、軟件編程以及信息處理等多種技術相互穿插的綜合性運用。它以系統功能優化為目標，合理分配及布局相關的功能模塊，在實現高質量、全功能、低耗能及高可靠性的基礎上，確保目標功能價值的體現，以達到最優化的系統狀態。機電一體化不是單純地將機械技術和電子技術進行疊加，而是將電氣設備的信息處理和控制功能兩者運用特定技術“揉和”到工業機械設備中去，相互穿插，互為補充，使機電一體化產品體現出系統科學的完整性，更具備環境競爭力和適應性。

機電一體化這種強調機與電的有機結合的嶄新的學術正處在不斷發展和完善的過程中，它對工業機械領域的發展具有深遠的意義。根據機電一體化的學術思想，各種新型的產業、產品、技術以及系統，如果是各種現代高新技術與機械和電子相互結合而形成的，均隸屬于機電一體化研究范疇。

伴隨著科學技術的發展和工業技術的不斷革新，機電一體化技術呈現出新的發展趨勢：（1）智能化。應用現代控制理論和技術，吸收人工智能、神經網絡、模糊控制等新思想，使機電一體化產品具有一定的判斷推理和邏輯思維能力；（2）微型化。采用精細加工技術，使工業產品向著微米級別和納米級別發展，從而達到小體積、低耗能、運動靈活的相關優勢；（3）數字化。使機電一體化產品實現了遠程操作、診斷和修復功能，使機電一體化產品更具前瞻性；（4）模塊化。使產品的標準化、模塊化和系統化是生產技術發展的趨勢，對新產品的研發具有代表性的意義；（5）集成化。對各種不同的技術相互之間進行滲透和融合、對產品結構的優化和整改，生產過程中對加工、裝配、檢測、管理等多種工序同時進行處理，節約了產品的生產成本和時間成本。

2 可編程序邏輯控制器（PLC）

PLC為可編程序邏輯控制器（Programmable Logical Controller）的簡稱，它是一種把微型處理設備作為重要元件，使現代化的計算機技術、自動控制技術和通信技術三者結合協調發展起來的工業自動控制的通用裝置。現代PLC是由早期的繼電器邏輯控制系統發展演變而來的，它的主要功能由邏輯控制、順序控制衍生出適用于工業機械智能化的邏輯判斷、算術運算和數據處理、定時和計數、記憶和聯網通信及PID回路調節等功能。它是微型計算機控制技術與繼電器控制技術相結合的產物，是以順序控制器作為基礎、以位處理器為核心而發展起來的用作數字控制方面的專用工業計算機。它有專門的硬件設計，通過存放在存儲器中的控制程序來確定控制功能，因此，若是要對控制功能做相應的調整和改進，只需要更改部分軟件即可實現。

基于計算機技術和自動控制理論相互融合發展而來的可編程序邏輯控制器（PLC），它既不是普通的計算機，也不是一般的計算機控制系統，它作為一種特殊形式的計算機控制裝置，在硬件、軟件結構和系統組成以及多通道用戶界面等許多方面都有其獨特的性能。

根據可編程序邏輯控制器的組成結構，可將PLC劃分為整體式和模塊式兩種類型：（1）整體式PLC是在一個標準的機箱內將電源、輸入輸出I/O接口、中央處理器（CPU）等部件緊湊地排列在一起，具有體積小、價格低等優點。小型的PLC裝置的組裝常采用整體式，比如用于教學的三菱FX2N系列PLC、西門子S7-200PLC等。整體式PLC由基本單元和擴展單元所組成，中央處理器、輸入輸出接口及擴展口以及編程器相連的接口等在基本單元內，而擴展單元只包括輸入輸出和電源等。由電纜線連接著基本單元和擴展單元。PLC還有模擬量單元、位置控制單元等特殊功能單元用于功能擴展。（2）模塊式PLC是將組成PLC的各部分元器件，分割成中央處理器模塊、輸入輸出模塊、電源模塊以及各種單獨的功能模塊。模塊式PLC是由一個基架和各種單獨功能模塊所組成的。模塊式PLC可根據所選的不同的功能模塊構成不同的系統，裝配靈活多變。模塊式的可編程序邏輯控制器的功能擴展、故障維修和設備維護極其簡單方便。因此，為了安裝方便，大、中型PLC都采用的是模塊式結構。

可編程序邏輯控制器（PLC）雖是具有專業用途的工業控制計算機，但它的市場是面向廣大人民群眾的，因此具備許多顯著的特點，主要包括：性能可靠，抗干擾性好；通用性強，控制程序可靈活多變，使用方便；功能強，適應面廣；編程簡單，容易掌握；在很大程度上節省了控制系統程序的設計及施工過程需要的工作量；日常維護十分方便。

可編程邏輯控制器（PLC）是多種科學技術結合的產物，其功能非常強大，主要基本功能為：（1）控制功能。包括邏輯、定時、計數以及步進控制，使PLC具有位處理、時間設定、計數操作等能力，PLC中的若干個位移寄存器可以實現以指定邏輯信號、時間、計數為轉換條件的步進控制；（2）數據處理。對所需的相關聯的數據可以進行運算、轉換和傳送等相關處理；（3）回路控制。PLC具有數模和模數轉換功能，可以方便地完成對模擬量的采集和變換等的控制盒調節；（4）通信聯網。采用先進的現代化通信技術，對輸入輸出I/O口實現遠程控制，實現多臺PLC之間以及PLC與計算機之間的信息傳遞的遠程控制等；（5）監控。PLC設置了較強的監控功能；（6）停電記憶。PLC內部有停電保持器件，以保證斷電后能夠將信息長期保存。

3 工業機電一體化生產系統中PLC的運用情況

在現代化工業領域產品的全自動化、智能化前提下，由于可編程序控制器（PLC）功能的強大，已經普遍應用在機械制造行業、電力電子通信行業、建筑建材行業、交通行業等工業控制的各個領域。PLC通過以下四個方面影響著現代化工業產品：

3.1 實現運動控制

把專用的運動控制模塊運用在生產和自動控制過程中來提高運動的準確程度，并且方便運行操作。因此，利用PLC可以實現對直線運動或圓周運動的有效控制，較為常見類型有機械塑型、金屬切削、混凝土攪拌機等。由于高可靠性、高穩定性、高抗干擾性等優勢特點，使PLC在工業控制領域的發展前途十分廣闊。

3.2 實現開關邏輯量控制

PLC是從繼電器控制發展而來的，因此可用PLC代替繼電器實現開關量邏輯控制。PLC常應用于家用電器空調的溫度控制、裝配車間的上下料系統控制、電鍍生產線控制、傳輸帶運行控制、機床電氣控制等。

3.3 實現數據處理

機械加工中的計算機數控控制與PLC有機結合組成一體，可對數據進行收集、分析和處理，主要是運用數據的傳輸與轉換操作、查表與排序操作以及位操作等功能，也可以對比和傳輸處理存儲器中存儲的數據，并可直接對存儲器中數據進行打印并制作出相應的表格。此控制功能在一些大型機械制造、電子電路裝配、造紙等行業的無人控制的自動控制系統中應用較為廣泛。

3.4 實現過程控制

模擬量是隨時間不斷變化的變量，比如壓力以及溫度等物理量。根據實際生產應用PLC技術，依據相關模擬量的當前測定值以及歷史測定值，衍生出所需要的相關開關量或者模擬量進行輸出，以確保整個系統按照既定目標準確無誤地運行，此為實施過程控制的最主要目的。

4 結語

在工業機電一體化生產系統中，可編程序控制器（PLC）起著舉足輕重的作用，對現代化信息技術的發展和全球工業智能化的形成以及工業制造領域的信息化進程的加快起著助推劑的作用。因此生產過程中，要不斷加強PLC的創新技術的研發，將現代化制造系統及制造技術引入工業生產中，對生產系統進行改進，推動生產模式的更新換代的速度，促使工業自動化進一步的發展。隨著時代的發展，工業機械制造行業將面臨全球化、虛擬化、智能化、網絡化，從而會擴大可編程邏輯控制器未來的發展空間。

參考文獻

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作者簡介：周方方，女，山東濟寧人，濟寧市技師學院助理講師，研究方向：電氣工程及其自動化。

（責任編輯：陳 潔）