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PLC在机电一体化生产系统中的作用
摘要：可编程控制器是建立在计算机基础之上，以工业现场作业为主要适用范围的电控控制器，当前我国工业生产自动化水平较低，PLC产品具有极大的发展空间。首先对PLC以及机电一体化技术进行了简要介绍，在此基础上详细阐述了机电一体化生产系统中PLC的应用。
关键词：PLC;机电一体化;逻辑控制;应用
引言
随着现代化科学技术的迅猛发展，学科与学科之间的交叉和渗透不断加强，这也在一定程度上对工程领域的技术革命起到了促进作用[1]。在机械工程领域中，微电子技术以及计算机技术向机械工业领域不断渗透，最终促成了机电一体化的产生，进而促使机械工业不论是产品结构、技术结构、生产方式、功能还是管理体系均出现明显改变，工业生产也从之前的机械电气化阶段迈入机电一体化阶段。
1 理论概述
1.1 PLC 定义、构成及功能可编程逻辑控制器，简称PLC，是指利用微电脑技术制造的通用自动控制设备，其利用一类可编程的存储器对其内部程序进行存储，并对诸如逻辑运算、定时、计数、顺序控制以及算术操作等面向用户的指令进行执行，同时对数字或模拟式输入及输出方式实现相关类型的机械或生产过程的控制。
从结构方面分析，可编程逻辑控制器主要包括固定式及组合式2种类型。其中，固定式可编程逻辑控制器主要是由中央处理器模块、I/0模块、内存块、电源以及显示面板等构成，这几大部分共同构成一个不可拆卸的整体。组合式可编程逻辑控制器主要是由中央处理器模块、内存、I/O模块、电源模块、地板或机架等按照一定的规则组合而成。可编程逻辑控制器的核心部件是中央处理器，其充当着神经中枢的角色。每套可编程逻辑控制器最少配置一个中央处理器，其作用主要是依照可编程逻辑控制器系统程序所赋予的功能对用户程序及相关数据进行接收和保存，通过扫描的方式对现场输入装置传输来的状态及数据进行收集，并保存在寄存器中。中央处理器主要由运算器、寄存器、控制器、控制状态总线等部分构成，中央处理器速度及内存容量是可编程逻辑控制器十分重要的参数，其对可编程逻辑控制器工作的速度、I/O的数量以及软件的容量等均发挥着决定性的作用。
可编程逻辑控制器主要具有以下功能：
(1)限时控制。可编程逻辑控制器可以提供数个定时器，同时对定时指令进行设定，调用或改动十分便捷。
(2)条件控制。可编程逻辑控制器对与、或、非等逻辑运算指令进行了设置，可以对继电器并联、串联、串并联或者并串联等相关连接进行处理。
(3)步进控制。可编程逻辑控制器的步进控制主要体现为下一工序的开展在上一工序实现之后进行，同时对移位寄存器进行了设置。
(4)通信及联网。当前，部分可编程逻辑控制器已经具备了通信技术，可以实现远程I/O控制，也就是将可编程逻辑控制器构成一个分布式控制网络，以便进行集中管理和分散控制。
(5)模数及数模转换功能。这一功能并非所有可编程逻辑控制器都具备，此功能主要用来控制并调整模拟量。
1.2 机电一体化机电一体化，也被称作机械电子学，最初见于日本1971年的《机械设计》杂志，后来随着机电一体化技术的日益成熟，得到普遍接受和认可。机电一体化具体是指在机构动力功能、信息处理功能、主功能以及控制功能等基础之上将电子技术引入，实现机械装置、电子化设计以及软件有机结合的系统的统称。机电一体化立足于系统观点，对机械技术、自动控制技术、微电子技术、信息技术、电力电子技术、信息变换技术、接口技术、软件编程技术以及传感观测技术等进行综合运用，以系统功能目标以及优化组织目标为主要依据，对相关的功能单元进行合理分配及布局，在高质量、多功能、低能耗以及可靠性的基础上确保既定功能价值的实现，进而保证系统达到最优化状态。
随着技术的发展，机电一体化呈现出以下发展趋势：
(1)智能化。21世纪机电一体化技术一大主要发展方向就是智能化，机器人及数控机床智能化就是有力的证明。
(2)网络化。20世纪90年代，网络技术影响范围迅速扩大，计算机信息技术取得极大发展，依托于网络的远程控制及监视技术取得长足发展，而机电一体化产品就是远程监控的终端设备。因此这也表明，网络化是机电一体化技术的一大主要发展方向。
(3)模块化。模块化借助标准单元可以在很大程度上提升新产品研发的速度，除此之外还有助于生产规模的扩大，但前提是要从现实需求出发，制定出一系列标准，为匹配单元和接口提供便利。
(4)绿色化。绿色化是时代发展的要求，具体到机电一体化产品的绿色化，则是指要确保在机电一体化产品的使用过程中不会对生态环境造成不利影响，并且确保机电一体化产品使用寿命终结之后可以被回收利用。
(5)系统化。采取开放式及模式化总线结构是系统化的突出特征。
(6)微型化。这一概念最初产生于20世纪80年代末，机电一体化产品的微型化主要是指机电一体化朝着微型机器以及微观领域的方向发展，微型机电一体化产品体积更小，对能源的消耗量也更低，并且活动灵活。
2 PLC在机电一体化生产系统中的应用分析
当前，在工业发展水平较高的国家，PLC已经在钢铁、电力、建材、机械制造、轻纺以及化工等诸多领域得到普遍应用。
机电一体化生产系统中可编程控制器的应用主要体现在以下几方面：
2.1 运动控制利用PLC可以实现对直线运动或圆周运动的有效控制。之前主要是利用开关量I/O模块实现对执行机构和位置传感器的连接，当前则通常选择专用运动控制模块。目前，全球PLC主要生产厂家所生产的PLC普遍具备运动控制功能。各种机械中都普遍使用到PLC的运动控制功能，在实践中比较常见的有金属切削机床及成型机械、机器人、电梯以及装配机械等。PLC具有可靠性高、稳定性强、抗干扰能力强等优点，因此在工业控制领域具有极大的发展空间。将PLC引入到磁选机中，可以在很大程度上提升设备的电气性能和自动化水平，确保设备安全、高效、稳定运行。在干混凝土搅拌站生产运行控制中引入PLC控制系统，可以确保设备的稳定运行，有效控制设备故障率，提高生产效率，降低能源消耗量。
2.2 开关量逻辑控制PLC应用最为普遍的一大领域就是开关量逻辑控制。可用PLC代替继电器控制系统，对诸如运输带、冲床、机床电气、注塑机以及包装等机械设备进行逻辑控制。此外，PLC还广泛应用于化工领域中的电磁阀控制、冶金工业高炉上料系统以及电镀生产线控制等。CNC机床数控系统，不论是数据处理性能还是图形显示功能，均十分优越，在CNC机床中引入PLC，借助可编程控制器可以更好地完成逻辑处理任务，从一定意义上讲，可编程控制器就是连接数据系统微处理器和机床强电控制的纽带。可编程控制器和CNC机床数控装置的连接，可以实现较高的可靠性及稳定性，特别是在经济型数控机床和普通型机床数控改造方面，具有极大的发展空间。在针吸式穴盘自动播种机中引入可编程控制器，借助可编程控制器自动控制启动系统以及电气系统，可确保针吸式穴盘播种机结构的简单性，系统运行的稳定性、可靠性以及高效性，还可以更加直观地对故障情况进行判断。
2.3 数据处理随着技术的不断进步，当前的可编程逻辑控制器的功能越来越多，可以实现包括矩阵运算、函数运算以及逻辑运算在内的一系列数学运算，可以对相关数据进行传输及转换，还可以查表、排序、进行位操作等，从而实现对数据的收集、分析以及处理。对于数据，可以将其与保存在存储器中的参考值进行对比，进而开展相应的控制操作，还可以借助通信功能向特定的智能装置传输这些数据，或者直接对数据进行打印，并制成相应表格。通常情况下，数据处理主要应用在如无人控制的柔性制造系统等规模较大的控制系统中，或者诸如冶金、造纸、食品加工等大型控制系统中。
2.4 过程控制模拟量是实现过程控制必不可少的重要指标。通常情况下，模拟量是指连续变化的量，比较常见的有电压、电流、压力以及温度等物理量。以相关模拟量的当前值及历史值为主要依据，生成所需要的开关量或者模拟量输出，从而确保系统可以依据一定的要求开展工作，这是实施过程控制的最主要目的。在连续生产控制中，最为普遍的控制方式就是过程控制。
2.5 通信网络可编程逻辑控制器通信，主要包括可编程逻辑控制相互之间的通信以及可编程逻辑控制器和其他智能设备之间的通信。
随着现代化计算机控制技术的不断进步，工厂自动化网络也取得长足发展，可编程逻辑控制器的通信功能已经引起了各个可编程逻辑控制器生产厂家的关注和重视，这些生产厂家相继研发出专属的网络系统。最新生产的可编程逻辑控制器均具备通信接口，可以十分便利地开展通信。
3 结语
综上所述，随着现代化信息技术的不断进步，制造业领域的信息化进程也相应加快，信息将会成为今后机械制造业发展的主导。未来一段时期内，机械制造业将会引入现代化制造系统及制造技术，逐步对生产模式进行更新，并采用先进的组织管理方式，促进机械制造业的进一步发展。全球化、虚拟化、智能化以及网络化将会成为未来机械制造业最突出的特点，可编程逻辑控制器在机械制造业中将会有极大的发展空间，以可编程逻辑控制器为核心的控制系统代表着今后机电设备电气控制的发展方向。
[参考文献]
[1]周云波.PLC是机电一体化的极佳选择[J].新疆石油教育学院学报，2003(1).
[2]孙筠，王志民.传感器技术在机电一体化系统中的应用及其发展[J].湖北教育学院学报，2006(8).
[3]赵湘纹.单片机控制的“机电一体化产品”中按键的接口设计[J].福建电脑，2002(5).
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