PLC在智能機械控制上的應用與關鍵技術分析

薄潤芳

（鄂爾多斯職業學院， 內蒙古 鄂爾多斯 017010）

引言

在知識經濟發展背景下，基于新一代信息技術創新發展與應用下的智能制造已經成為社會現代化建設與發展的新主題、新動力、新趨勢。基于此，在當前提倡構建網絡強國、制造強國，重視信息化、自動化、智能化建設的背景下，有必要加強PLC在智能機械控制上的應用與關鍵技術分析，推動智能機械優化發展。

1 PLC控制系統概述

PLC控制系統最早形成于20世紀60年代的美國，是在傳統繼電器控制原理創新的基礎上得以發展，并隨著信息處理技術、網絡通信技術、計算機技術、控制技術的創新與應用得到強化與完善，并逐漸取代傳統繼電器控制系統，在邏輯控制、過程控制以及運動控制等領域得到廣泛應用。

通常情況下，PLC控制系統主要由可編程邏輯控制器（PLC）、邏輯組態軟件以及監督管控組態軟件等共同組成，能夠執行系統中已經存儲的邏輯運算、計算、定時、順序操控等指令，并在數據信息采集、輸入、輸出下，依據工藝流程操作要求進行實踐操作，完成各類機械裝置控制任務[1]。就可編程邏輯控制器而言，編程邏輯控制器是PLC控制系統的核心部分，是在通信技術、控制技術、通信技術等結合應用下形成的數字化控制設備，主要由電源板塊、中央處理器板塊、I/O（(input/output，輸入/輸出端口）板塊、功能與通信板塊等共同組成，用以促進用戶與系統的連接，并在現場總線技術應用下，實現現場設備之間、設備與系統之間的通信；就邏輯組態軟件而言，是系統監控層中的重要組成部分，主要運行在上位機開發環境中，以實現在線診斷、監控、邏輯翻譯控制、離線仿真等功能；而監控組態軟件側重于數據采集與機械過程控制，能夠科學控制需求靈活組態，系統控制要求，提升控制系統監控水平[2]。因此，PLC控制系統在智能機械控制中的應用，可有效提升系統運行的安全性、穩定性、可靠性，并在模塊化設計中提升系統維護管理的便捷性。

2 PLC在智能機械控制上的應用——以智能機械手臂控制為例

智能機械手臂是應用較為廣泛的典型智能機械控制系統，以智能機械手臂為例，分析PLC在智能機械控制系統中的應用及其關鍵技術，具有代表性。由圖1可知，智能機械手臂在日常運行過程中，當通電啟動后，檢測裝置依托傳感技術進行工位到位檢測，并根據檢測結果發送信號，當信號傳遞到PLC控制系統中時，系統依據信號執行“下降”指令，實現機械下降操作；當機械下降到指定位置后，PLC檢測到“下降到位”信號，并發出“下降停止”指令，機械停止下降操作，依據“抓緊”操作指令，進行工件抓緊；待完成抓緊操作后，PLC控制系統發出“上升”指令，當上升到一定位置后，根據實際需求，發出左右移動指令，當系統檢測到“到位”信號后，停止移動并執行“放松”指令；檢測到工件到位后，執行“上升——停止”指令，形成循環作業模式[3]。

圖1 智能機械手臂工作流程圖

從智能機械手臂系統組成結構出發，PLC應用下的關鍵技術主要體現在以下幾個方面。

1）主控系統中的關鍵技術：主控系統是智能機械手臂控制系統中的重要組成部分，也是PLC控制系統應用的核心所在。其主要功能在于通過應用可編程存儲裝置，實現編輯程序的內部存儲，并進行邏輯運算、定時、順序操控等指令的發出與執行。與此同時，系統中配有自動程序與手段程序處理板塊，能夠依據控制編程原則實現機械動作的自動與手段管控，實現系統運行故障自動檢測。在此過程中，需以先進的 CPU（Central Processing Unit/Processor，微處理器）技術為支撐，提升系統可控性。

2）電氣系統中的關鍵技術：電氣系統側重于系統中和電氣設備的有效管控，如繼電器、電源裝置、I/O設備等，實現電氣設備自身功能在系統中的充分發揮，保證系統穩定與正常運行。在此過程中，需配置電氣設備檢測技術、信號轉換技術、繼電器控制技術等關鍵技術，實現各種信號的有效檢測、輸入、輸出與監控。

3）機械系統中的關鍵技術：機械系統是指令執行的重要載體，主要由機械手、機械臂、機械身、機械腕等硬件組成。其“向上、向下、向左、向右、放松、抓緊、工件到位”等功能的實現，需依托DCS（Distributed Control System，分布控制）技術、OS（OperatingSystem，操作系統）軟件技術來實現。通過模塊化、系統化、規范化、開放化設計，實現信息實時更新與傳輸，提升系統控制可靠性，簡化控制系統結構，提升操作靈活性。

3 PLC在智能機械控制上的發展趨勢

隨著新一代信息技術的創新發展與應用，PLC在智能機械控制系統中的應用將得到進一步優化，呈現出更智能、更安全、更可控的發展趨勢。

例如，在PLC控制系統研究過程中，面對越來越復雜的智能機械執行任務以及控制要求，需實現PLC控制系統“認知——決策——監控”多功能一體化操作，在網絡協同、分布式管控下進行多設備、多控制裝置的完美連接，做到集成化、標準化、智能化管控，以提升系統運行要求，實現智能化發展。與此同時，隨著網絡開放程度的不斷提升，網絡環境通訊安全、系統設備運行穩定成為PLC在智能機械控制系統中應用所需關注與研究的重點問題。對此，應促進PLC技術與網絡安全技術的有機融合，利用安全密鑰技術，提升PLC系統網絡終端通信的安全性、真實性、準確性；通過構建系統運行狀態安全評估模型，加強系統網絡安全風險的識別、防范能力，實現PLC系統故障與狀態運行穩定的科學診斷與處理，在保證系統結構簡單的同時，提升操作行為、信息存儲能力與資源配置的可信性，推動系統向更安全的方向發展。此外，相關工作人員需加強PLC控制系統編程組態軟件、可編程邏輯控制器以及邏輯組態軟件的自主研發能力，實現可編程邏輯控制器以及軟件在系統環境中的自適應性。同時，基于數據庫、微處理器芯片、操作系統、現場總線布局、機械設備等核心技術與基礎設施的完善，形成能夠完全自主管控的生態鏈，以推動PLC控制系統向更可控的方向發展。

4 結語

可編程控制器作為自動化系統控制體系中的重要組成設備，隨著智能制造系統的不斷優化以及先進信息技術的不斷創新，已經得到進一步發展并廣泛應用于智能機械控制中，提升智能機械控制質量與運行安全。與此同時，PLC與新技術的有機結合，將推動智能機械控制系統向更智能、更安全、更可控等方向發展。本文以智能機械手臂為例，通過分析PLC在智能機械控制上的應用與關鍵技術，旨在加強對PLC的認知與理解，為智能機械控制系統優化設計提供有益參考。