PLC在智能機械控制上的應用與關鍵技術分析

唐 毅，常 建，高 雪，岳明明

（1.四川天源宏創科技有限公司，四川 成都 610040；2.航天鈞和科技有限公司，河北 廊坊 065500）

0 引 言

隨著我國科技水平的快速提升，社會經濟趨于知識型發展，各種先進信息技術得到進一步的發展和應用，智能制造成為新時期的重要發展趨勢。新型工業時代悄然到來，為使我國從制造大國轉為制造強國，需提高對智能機械的重視和有效應用。此外，需加強PLC在該領域的深入研究，促進智能機械不斷進步和發展，保證我國在世界大市場的激烈競爭中站穩腳步。

1 PLC控制系統

隨著工業化發展的不斷深入，傳統繼電器控制裝置已無法有效滿足工業生產要求。從20世紀60年代開始，美國率先研發出PLC控制系統，并在世界范圍內大規模推廣和應用。在良好的工業環境下，各種新型網絡信息技術迅速發展并科學運用，PLC控制系統的功能也進一步完善和優化，并在工業生產中成功實現有效地控制邏輯、運動和過程。

PLC控制系統由中央處理單元、存儲器及邏輯組態軟件等組成。通過綜合運用可完成邏輯運算、制定順序操作及定時等不同的工作指令，可在采集、輸入及輸出相關信息數據時，按照具體工藝流程規定和要求完成各項操作。可編程邏輯控制器是PLC最重要的組成部分之一，同時綜合運用了控制、通信等相關技術，實現了數字化的有效控制。該控制器主要包括電源、I/O模塊及中央處理器等部分。通過這些模塊可實現系統和廣大用戶之間的連接。同時，在現場總線技術的支持下，可使不同設備和系統之間完成有效通信。邏輯組態軟件屬于PLC控制系統中的監控層，主要工作于上位機的開發系統，具有實時監控離線仿真、在線診斷等不同的應用功能。監控組態軟件在PLC中發揮了關鍵作用，主要滿足于信息數據的采集和機械操作過程的有效掌控，可確保控制的高效性和科學性，并確保系統監控的質量和水平達到標準。綜上所述，通過加強PLC控制系統的科學、有效應用，可保障智能機械的合理化掌控，同時提升系統運行效率和安全性。此外，PLC可在模塊化設計時促使系統維護更加方便，易于操作。

2 PLC特點概述

PLC控制系統主要應用大規模集成電路，在其內部電路中對輸入、輸出信號進行有效的光電隔離，同時應用故障診斷和電源屏蔽等技術，實現系統的可靠性要求。PLC的無故障時間較多，一般可達5～10萬小時。分析機外電路，并比較其他規模一致的繼電接觸器后發現，PLC控制系統中的電氣接線大幅降低，故障率也不斷下降。現階段，運用PLC逐漸形成了一系列系統化、規模化的產品。PLC控制系統可應用于不同的工業控制，還可有效完成相關工作任務。另外，應用PLC分析和計算信息數據，并將其成功運用于數字控制作業。隨著PLC各項功能單元的增加，通信能力得到大幅提升，并逐漸向人機界面方向發展。

3 智能機械控制中PLC的具體應用

當前，PLC控制系統實現了在冶金、化工、機械制造及環保等不同行業的有效運用[1]。由于PLC綜合性能的提升，它的應用范圍越來越廣泛，應用類型可分為5類。

3.1 邏輯運算

PLC控制系統具有邏輯運算能力。通過PLC系統的定時和計收等不同功能完成相應運算，一般應用于單片機、生產自動線的有效控制，如科學合理的操控機床和電鍍流水線，這是PLC最常應用的領域之一。

3.2 運動控制

大部分控制系統都設置了伺服電機、拖動步進電機等控制模塊，可有效應用于裝配機械和機床等不同的機械設備。

3.3 過程控制

規模較大的PLC中均配置相應的PID控制功能，同時配備相應的多路模擬量I/O模塊。一些小型PLC也設置模擬量的科學輸入、輸出功能。因此，利用PLC可準確掌控模擬量，且形成閉環控制，實現對整個操作過程的掌控。該功能一般應用于反應堆和釀酒等操作。

3.4 數據處理

當前，PLC控制系統基本都具有豐富的操作功能，如數學運算和相關信息數據的傳輸、轉換以及科學排序。此外，PLC控制系統可采集、歸納和處理所需的信息數據，并利用通信接口傳輸相關信息數據，最終到達機械智能裝置。

3.5 通信聯網

PLC控制系統的通信模塊主要用于PLC和計算機、PLC間及PLC與其他智能設備間的信息傳遞。應用PLC可連接計算機的通信轉換單元并形成網絡，進而轉換各項信息數據構成不同級別的分布式控制系統，最終實現工廠自動化系統的有效運行和進一步發展[2]。

4 關于智能機械手臂控制的分析

PLC在智能機械控制中的有效運用，比較有代表性的是智能機械手臂。通過系統性的分析和探究，智能機械手臂的實際運行情況如圖1所示。通電后，檢測裝置馬上執行到位，并啟動檢測功能，然后按照具體的檢測結果發送相應的指示信號，并傳輸信號至PLC控制系統，然后系統結合信號指示機械下降。當下降到相應位置時，PLC接受指示命令，機械終止操作，然后按照“抓緊”指示完成工件抓緊等一系列操作。完成上述過程后，PLC控制系統啟動上升指示，到達規定位置后，系統終止運行并下達放松指示。在確定工件到達制定位置后，繼續執行上述一系列指示要求，從而實現作業的有效循環[3]。

以智能機械手臂為例，系統分析各部分組成結構，同時探討PLC在其中的應用和關鍵技術。

4.1 主控系統

分析智能機械手臂，它的最關鍵的內部結構是主控系統，也是PLC的核心。通過科學運用該系統內部的可編程存儲裝置，可有效存儲相關編輯程序，同時實現邏輯運算和順序操控等一系列功能。此外，該系統內部設置了程序處理模塊，可按照控制編程的具體規定和要求完成機械動作的有效管控，同時分析和自動檢測系統故障，最終通過CPU的支持，確保系統具有良好的可控性。

圖1 智能機械手臂示意圖

4.2 電氣系統

在PLC控制系統中，電氣系統主要負責管理和控制電氣設備，包括I/O設備、繼電器等，可有效保障系統的順利運行。應用電氣系統時，需有效配置繼電器控制和電氣設備檢測等相關技術，更好地檢測和監控不同信號，保障信號的順利輸入、輸出。

4.3 機械系統

該系統的主要功能是機械控制中為各種指令的執行提供載體支持，包括機械手、臂、身及腕等組成部分。通過配合DC技術和相關軟件，實現向上、下、左、右操作和機械手的放松、收緊等各項功能。在科學化、系統化設計中，可及時更新和快速傳輸信息數據，保障系統控制的良好穩定性和可靠性。同時，在一定程度上簡化控制系統的組成結構，促使操作過程更便捷、高效[4]。

5 PLC在智能機械控制領域的未來發展趨勢

為適應新時期的發展要求，我國加強對新型信息技術的發展、優化及科學高效應用。PLC控制系統的完善和優化，實現了更加安全、智能的應用。例如，分析和研究PLC時，由于執行任務難度不斷提高，控制要求和標準不斷增加，它在實際操作中集成了更多功能，并綜合運用了認知、采集、決策、執行及監控等不同功能。同時，在網絡協同的基礎上，有效連接不同設備裝置，促使管理和控制過程趨向于集成化、智能化方向發展，從而更好地滿足實際運行中的相關要求[5]。

隨著網絡覆蓋范圍和開放程度的擴大，網絡環境不斷優化，有效保障了通信過程的安全和系統設備運行的安全。在外界環境支持下，人們提高了對PLC控制系統的重視，并期望其在智能機械領域中發揮更大作用。基于此，需科學融合PLC和相關網絡安全技術，并利用安全密鑰增強網絡通信的有效性和安全性。針對系統的實際運行情況，可建立相應的安全評估模型，進一步提高網絡風險的判斷力，以準確診斷和有效處理PLC運行時出現的故障問題，保障系統操作更加可靠、安全。

此外，工作人員應著重分析和研究PLC組態軟件、控制器等組件，確保其在系統大環境下有良好的可操作性和自適應性，同時不斷升級和完善數據庫、操作系統及機械設備，增強系統的自主管控性，提高PLC的可控程度。

6 結 論

綜上所述，在自動化系統中，通過編程控制器可實現對整個系統的有效控制，同時該控制器也是系統中最關鍵的組成部分之一。隨著信息化技術的應用升級，智能制造系統不斷完善和優化，智能機械控制得

到了進一步發展，保障了控制質量和實際運行中的穩定性。此外，PLC中不斷融入新技術，促使智能機械控制趨于高等智能化方向發展，整個應用過程更加安全、可靠。本文分析和研究了智能機械手臂，系統研究了PLC的科學應用和涉及的關鍵技術，以期促進PLC系統更好地發展。