PLC技術在機電一體化控制中的融合

邵春

【摘 要】可編程邏輯控制器（PLC）是傳統繼電器與微機技術相結合的產物。它從根本上簡化了傳統的連接模式，充分借助并融合了微機處理器的優勢，尤其是在實施PLC程序編制過程中，不再使用專門的計算機編程語言，而是僅通過簡單指令的模式就可以進行全面控制，使PLC技術在生產系統中得到了廣泛認可與應用。文章從PLC技術的設計特點入手，著重分析PLC技術在機電一體化控制系統中的作用，結合實例探討PLC技術在與機電一體化控制融合應用的場景，以提升PLC技術在機電一體化控制中的應用水平，為現代生產系統的技術發展提供參考。

【關鍵詞】PLC;機電一體化;融合

【中圖分類號】TP273 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）03-0092-03

0 引言

近年來，全球智能化科技發展成效逐漸凸顯，尤其是在工業領域，已經精確地對準4.0時代大步邁進[1]。隨著技術變革的加速，許多新技術日益涌現，其中機電一體化開始進入大眾視野，并在行業內應用，在此基礎上，企業發現PLC技術的融合應用具有廣闊的發展前景。研究發現，如果將PLC與機電一體化控制技術相融合，便可在工業生產實踐過程中全面了解整體生產系統，從而對技術水準進行升級，因此深入研究PLC技術具有影響深遠的推動價值[2]。

1 PLC技術及機電一體化的概念

1.1 PLC技術

PLC，中文名稱為可編程邏輯控制器，其可以通過可編程的存儲器存儲控制器內部的程序指令，如執行定時、邏輯運算、順序控制、計數等程序設定的命令，借助數字模擬進行輸入與輸出，從而對各種機器生產過程進行控制[3]。PLC雖然看似是微型計算機中的硬件，但是它完全不依賴CPU和控制面板，可以完成對機電一體化采集，分析并處理生產數據。而且，PLC的自身編程功能強大，可大幅度簡化工作流程，縮短工作時間，使數據處理更加簡單[4]。

在PLC技術出現之前，人們通常使用鼓式開關、繼電器等器件對工業生產過程進行控制。在小規模工業生產時期，這些控制器興許還能滿足基本的需要，但是隨著生產規模的擴大，生產效率和產品質量要求的提升，繼電器等控制系統已經無法滿足生產需求[5]。伴隨著信息工業革命的到來，計算機網絡信息技術得到了快速發展，小型計算機逐漸開始被人們應用到工業開關控制系統的生產過程中。小型計算機的應用雖然解決了部分傳統控制系統的問題，但卻是“大材小用”，因此該技術并沒有得到廣泛普及[6]。PLC技術就是在此環境下被人們開發出來。

1.2 機電一體化

在現代工業技術快速發展的時代背景下，機電一體化應運而生，經過不斷地發展升級，機電一體化在生產市場中出現了越來越多的應用領域。在結構方面，機電一體化將電子技術應用、軟件技術與傳統機械進行技術上的融合，實現了“三位一體”，主要功能有控制功能、動力功能和主功能[7]。在技術發展初期，因為初次接觸該核心技術的領域，全球對此領域的研究少之又少，所以很多人都悲觀地認為此技術不靠譜，工業領域也不認可此不成熟的技術，后來生產快速發展，越來越需要高效的技術提供支持，通過不斷實驗和迭代，PLC技術也在這個過程中不斷得以提升，技術逐漸走向成熟，PLC的技術優勢也逐漸凸顯，越來越多的領域認可了此技術。隨著應用領域不斷擴大，PLC一些應用功能逐漸得以優化和完善[8]。

2 PLC技術設計要點

2.1 PLC系統基本結構

PLC的主要構成有中央處理單元、編程器、系統程序儲存器及電源（如圖1所示）[9]。

2.2 PLC系統設計內容

中央處理單元、編程器是PLC系統的主要構成部分，同時也是發揮PLC系統作用的關鍵部件。此外，PLC系統還包括顯示單元、系統程序存儲器和電源3個部分。PLC設計一般按以下5個步驟展開：第一，選擇合適的設備。設備要依據生產控制的需求和現有技術情況擇優選擇，這樣才能切實保障系統的穩定性和有效性。第二，根據需求設計并編寫程序。第三，繪制輸入子接線圖，并編制配套的I/O分配表。第四，設計界面。界面盡量做到科學和人性化。第五，調試系統。核對各類參數設置的準確性，調試沒問題以后，編寫使用說明書[10]。

2.3 PLC系統軟、硬件的設計

PLC系統的相關設計除了需要專業原理知識，還需要考慮PLC系統是否能在機電一體化控制中達到高效率的呈現，而高效的實現需要依靠系統軟、硬件各個相關聯方面的有效協作。一是硬件系統的相關設計。重點選擇對PLC系統的實際應用，包括機型結構等內容。二是軟件系統的相關設計。軟件不僅是編程設計非常關鍵的一個環節，還是PLC技術實現控制與融合相關聯最為關鍵的一個步驟，所以需要格外注意在程序編譯上的代碼，注重簡單、快捷、易上手的特點，如邏輯流程圖法、梯形圖法和時序流程圖法。

3 PLC技術背景下機電一體化控制系統的作用分析

在工業生產過程中，機電一體化控制系統有著不可忽視的使用價值，在PLC技術加持下，所有的生產過程都得以操控，并且PLC技術能夠將其過程簡化，有效化解了技術人員工作時因技術錯誤引發的矛盾。在現實生產應用過程中，PLC技術不但能簡化生產技術方面的相關操作，大大降低系統故障問題，還能將所有與機電控制系統相關的任務實現清晰分配，通過使用不同的指令，使其更快、更高效地運行，并與系統中的其他程序積極合作、協調處理問題。除此之外，PLC技術還能夠在整體控制系統出現故障時逐一排查問題，使系統在最短的時間內恢復運行，大大提升了系統的工作效率，為相關企業的穩定、可持續發展做出貢獻。PLC技術背景下機電一體化控制系統的主要作用有以下3點。

3.1 對工業生產過程進行監控檢測

經過PLC技術加持的機電一體化系統，能夠實時監控整個生產開發過程，對工業生產狀況進行自動檢測，隨時報告各種機械裝備的工作狀態，并在第一時間對機械問題進行處理。每當出現異常情況時，系統會第一時間自動報警，快速找到問題來源，如果是升級版的機電一體化控制系統，還可以直接對問題進行處理以及清掃，使工業生產在短時間內實現正常運行，大大提高了工業生產中機械裝備的應用效率，并保證了相關企業在檢測設備時不會造成太大的損失與不必要的資金投入[7]。66A535AF-469B-4FA0-BA91-0F2FB353E7F3

3.2 調整工業生產的精度

由于工業生產中加入了PLC技術，機電一體化又多了一項技能：調整工程生產的精細化程度。正常情況下，PLC技術加持的機電一體化控制系統在工業生產中可以實現零失誤，提高各類工業生產的相關資源及配置應用匹配的準確性，并實現自動化稱量，從源頭上避免了各種人工操作失誤，這種失誤是在非自動化時期不可避免的狀況。PLC技術的應用將工業生產的商品精度提升到最高，大幅度提升產品的質量。

3.3 節約工業生產中的資源

在PLC技術支持下，機電一體化控制系統能夠減少工業生產中相關資源的使用量。在如今的工業生產中，很多工廠設備的實際工作強度遠遠超過了設備本身能承受的范圍。還有一些已經出現問題，如機電在不能達到額定功率的情況下，卻還要強行運轉，導致工廠大量資源被浪費，甚至存在由于利用率低導致資源被遺棄的現象。但是PLC技術及機電一體化的應用，不僅能高效解決這些問題，還能自動調整和提高機械設備的生產功率，避免出現資源浪費現象[8]。

4 PLC技術與機電一體化的融合應用

機電一體化應用場景比較多，其中以數控機床、電梯制造、包裝生產等為主，而隨著PLC技術的發展和應用，這些領域的發展效率得到了明顯提升。

4.1 在開關邏輯控制中的應用

傳統的電路開關是用繼電器單一設備進行控制，隨著PLC技術融合到機電一體化控制系統中，現有的電路開關的邏輯控制已經能夠實現對設備整體的控制，這樣就可以系統控制流水線上的每個設備，大大提升了流水線系統控制效率。在過去的工業生產過程中，電磁閥系統的控制與生產流程的控制是割裂開的，而隨著PLC技術的廣泛應用，現在已經能夠實現統一控制，極大地提高了生產效率，保障了生產安全。

4.2 在運動控制中的應用

傳統的機電一體化技術在運動控制過程中的表現難以達到理想的效果，而PLC技術的應用，有效彌補了該短板。如今，在PLC技術加持下，機電一體化技術已經可以實現多種方向的靈活控制，包括且不限于在圓周、曲線、直線等平面運行中的控制。同時，開關量輸入/輸出（I/O）模塊和相應的位置傳感器是實現運動控制的核心結構，可以實現不同條件下的運行軌跡。目前，專屬的運動控制模塊已經出現在PLC系統中，其核心技術是位置檢測傳感器的應用，可以實現實時檢測，并且把收集到的數據進行處理，從而實現精準控制。目前，PLC技術已經可以實現很多比較復雜的運動精準控制[9]。

4.3 在通信和數據處理中的應用

邏輯、關系、算術和數據轉換等功能都是可以通過PLC技術加持下的機電一體化控制系統來控制。目前，在通信領域設備和設備可以聯通，在多種通信協議的保障下，設備和數據、數據和數據也可實現聯通，“分散控制、集中管理”模式已經可以在現有的通信領域中完美實現。PLC技術與CNC系統相結合，可以在數據處理方面發揮重要作用。PLC與CNC設備的數據交換和傳輸可以通過PLC獨立的編程軟件進行編寫，同時能夠實現對系統控制要求的隨時讀寫和改變（如圖2所示）[11]。

4.4 在過程控制中的應用

電流、電壓、流量、溫度、壓力和成分等連續變化模擬量是很多生產生活中重要的指標，這些過程控制也是機電一體化控制系統中重要的組成部分。當這些指標的當前值能夠直接影響產品質量時，在融合PLC技術過程中，要著重考慮這些過程控制因素。在過程控制過程中，也要根據現在生產的設計要求，充分分析這些指標的以往及現在的模擬量，實現對企業生產目標的控制。

5 結束語

通過分析可以發現，PLC技術在機電一體化控制中發揮至關重要的作用，尤其是在數據處理、開關邏輯控制、運動控制等控制過程方面，呈現出較為突出的優勢。目前，“極大”和“極小”是PLC技術產品的主要發展方向，現今很多產品的輸入輸出口可以達到15 000個左右，而小規模的產品又朝著模塊化方向發展。隨著市場對PLC產品需求越來越大，各類針對性的PLC模塊應運而生。在“中國制造2025”的背景下，我國著重打造大國利器、大國重器，而PLC技術將發揮出打造制造業強國的引導性和科技持續進步的強大優勢，同時其在機電一體化控制中的應用也越來越廣泛。

參 考 文 獻

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[5]關宏強.PLC在機電一體化生產系統中的應用分析[J].科技創新導報，2020（7）：152-153.

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[11]章亮，陳超.PLC技術在機電一體化控制中的作用[J].電子技術與軟件工程，2018（8）：138.66A535AF-469B-4FA0-BA91-0F2FB353E7F3