浅谈PLC在工业机电一体化生产系统中的运用

Q摘要：在全球经济带动下，现代工业自动化快速发展，机电一体化作为崭新的技术正处于不断演化并越来越完善的发展过程中。PLC是为工业生产领域专门设计的数字操作电子系统，适用于以工业现场作业为主的电控控制设备，是专门用于工业控制的微机系统。文章对PLC在工业机电一体化生产系统中的应用进行了探讨。

关键词：PLC；工业现场作业；机电一体化；逻辑控制；生产系统；电控控制设备 文献标识码：A

中图分类号：TP273 文章编号：1009-2374（2016）06-0051-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.026

由于现代科学技术更新换代的迅速性，在各种不同专业的学科技术之间展现出越来越深入的相互交叉、相互渗透甚至相互融合的现象，这对工程领域的科学技术研究与革新在一定程度上起到了很大的促进作用。在工业机械化生产过程中，计算机和微电子的相关技术不断向机械工业渗透，使工业机械的自动化发展突飞猛进，最终产生了机电一体化系统，进而促使机械工业在技术、生产、管理等方面发生了全面的产业革新，推动了工业生产从机械电气化阶段步入全自动智能化的机电一体化新阶段。

1 机电一体化

机电一体化是站在系统工程的高度上，将机械、微电子、信息等技术的相关学科有机融合而形成和发展起来的新兴边缘技术科学。它主要是在机械的主要功能、动力系统、信息处理和自动控制等功能上引入微型电子技术，并用一些关联软件技术将电子设备和机械装置有机结合而构成系统的总称。因此机电一体化是以微电子的相关技术为主导因素，将多种新兴的技术融入到机械设计研究环节中，而形成的高性能、高质量、高性价比的综合性技术，是电子技术和机械设计两个方向的有机结合产物。

机电一体化是对机械、自动控制、微型电子、电力电子、传感应用观测、软件编程以及信息处理等多种技术相互穿插的综合性运用。它以系统功能优化为目标，合理分配及布局相关的功能模块，在实现高质量、全功能、低耗能及高可靠性的基础上，确保目标功能价值的体现，以达到最优化的系统状态。机电一体化不是单纯地将机械技术和电子技术进行叠加，而是将电气设备的信息处理和控制功能两者运用特定技术“揉和”到工业机械设备中去，相互穿插，互为补充，使机电一体化产品体现出系统科学的完整性，更具备环境竞争力和适应性。

机电一体化这种强调机与电的有机结合的崭新的学术正处在不断发展和完善的过程中，它对工业机械领域的发展具有深远的意义。根据机电一体化的学术思想，各种新型的产业、产品、技术以及系统，如果是各种现代高新技术与机械和电子相互结合而形成的，均隶属于机电一体化研究范畴。

伴随着科学技术的发展和工业技术的不断革新，机电一体化技术呈现出新的发展趋势：（1）智能化。应用现代控制理论和技术，吸收人工智能、神经网络、模糊控制等新思想，使机电一体化产品具有一定的判断推理和逻辑思维能力；（2）微型化。采用精细加工技术，使工业产品向着微米级别和纳米级别发展，从而达到小体积、低耗能、运动灵活的相关优势；（3）数字化。使机电一体化产品实现了远程操作、诊断和修复功能，使机电一体化产品更具前瞻性；（4）模块化。使产品的标准化、模块化和系统化是生产技术发展的趋势，对新产品的研发具有代表性的意义；（5）集成化。对各种不同的技术相互之间进行渗透和融合、对产品结构的优化和整改，生产过程中对加工、装配、检测、管理等多种工序同时进行处理，节约了产品的生产成本和时间成本。

2 可编程序逻辑控制器（PLC）

PLC为可编程序逻辑控制器（Programmable Logical Controller）的简称，它是一种把微型处理设备作为重要元件，使现代化的计算机技术、自动控制技术和通信技术三者结合协调发展起来的工业自动控制的通用装置。现代PLC是由早期的继电器逻辑控制系统发展演变而来的，它的主要功能由逻辑控制、顺序控制衍生出适用于工业机械智能化的逻辑判断、算术运算和数据处理、定时和计数、记忆和联网通信及PID回路调节等功能。它是微型计算机控制技术与继电器控制技术相结合的产物，是以顺序控制器作为基础、以位处理器为核心而发展起来的用作数字控制方面的专用工业计算机。它有专门的硬件设计，通过存放在存储器中的控制程序来确定控制功能，因此，若是要对控制功能做相应的调整和改进，只需要更改部分软件即可实现。

基于计算机技术和自动控制理论相互融合发展而来的可编程序逻辑控制器（PLC），它既不是普通的计算机，也不是一般的计算机控制系统，它作为一种特殊形式的计算机控制装置，在硬件、软件结构和系统组成以及多通道用户界面等许多方面都有其独特的性能。

根据可编程序逻辑控制器的组成结构，可将PLC划分为整体式和模块式两种类型：（1）整体式PLC是在一个标准的机箱内将电源、输入输出I/O接口、中央处理器（CPU）等部件紧凑地排列在一起，具有体积小、价格低等优点。小型的PLC装置的组装常采用整体式，比如用于教学的三菱FX2N系列PLC、西门子S7-200PLC等。整体式PLC由基本单元和扩展单元所组成，中央处理器、输入输出接口及扩展口以及编程器相连的接口等在基本单元内，而扩展单元只包括输入输出和电源等。由电缆线连接着基本单元和扩展单元。PLC还有模拟量单元、位置控制单元等特殊功能单元用于功能扩展。（2）模块式PLC是将组成PLC的各部分元器件，分割成中央处理器模块、输入输出模块、电源模块以及各种单独的功能模块。模块式PLC是由一个基架和各种单独功能模块所组成的。模块式PLC可根据所选的不同的功能模块构成不同的系统，装配灵活多变。模块式的可编程序逻辑控制器的功能扩展、故障维修和设备维护极其简单方便。因此，为了安装方便，大、中型PLC都采用的是模块式结构。

可编程序逻辑控制器（PLC）虽是具有专业用途的工业控制计算机，但它的市场是面向广大人民群众的，因此具备许多显著的特点，主要包括：性能可靠，抗干扰性好；通用性强，控制程序可灵活多变，使用方便；功能强，适应面广；编程简单，容易掌握；在很大程度上节省了控制系统程序的设计及施工过程需要的工作量；日常维护十分方便。

可编程逻辑控制器（PLC）是多种科学技术结合的产物，其功能非常强大，主要基本功能为：（1）控制功能。包括逻辑、定时、计数以及步进控制，使PLC具有位处理、时间设定、计数操作等能力，PLC中的若干个位移寄存器可以实现以指定逻辑信号、时间、计数为转换条件的步进控制；（2）数据处理。对所需的相关联的数据可以进行运算、转换和传送等相关处理；（3）回路控制。PLC具有数模和模数转换功能，可以方便地完成对模拟量的采集和变换等的控制盒调节；（4）通信联网。采用先进的现代化通信技术，对输入输出I/O口实现远程控制，实现多台PLC之间以及PLC与计算机之间的信息传递的远程控制等；（5）监控。PLC设置了较强的监控功能；（6）停电记忆。PLC内部有停电保持器件，以保证断电后能够将信息长期保存。

3 工业机电一体化生产系统中PLC的运用情况

在现代化工业领域产品的全自动化、智能化前提下，由于可编程序控制器（PLC）功能的强大，已经普遍应用在机械制造行业、电力电子通信行业、建筑建材行业、交通行业等工业控制的各个领域。PLC通过以下四个方面影响着现代化工业产品：

3.1 实现运动控制

把专用的运动控制模块运用在生产和自动控制过程中来提高运动的准确程度，并且方便运行操作。因此，利用PLC可以实现对直线运动或圆周运动的有效控制，较为常见类型有机械塑型、金属切削、混凝土搅拌机等。由于高可靠性、高稳定性、高抗干扰性等优势特点，使PLC在工业控制领域的发展前途十分广阔。

3.2 实现开关逻辑量控制

PLC是从继电器控制发展而来的，因此可用PLC代替继电器实现开关量逻辑控制。PLC常应用于家用电器空调的温度控制、装配车间的上下料系统控制、电镀生产线控制、传输带运行控制、机床电气控制等。

3.3 实现数据处理

机械加工中的计算机数控控制与PLC有机结合组成一体，可对数据进行收集、分析和处理，主要是运用数据的传输与转换操作、查表与排序操作以及位操作等功能，也可以对比和传输处理存储器中存储的数据，并可直接对存储器中数据进行打印并制作出相应的表格。此控制功能在一些大型机械制造、电子电路装配、造纸等行业的无人控制的自动控制系统中应用较为广泛。

3.4 实现过程控制

模拟量是随时间不断变化的变量，比如压力以及温度等物理量。根据实际生产应用PLC技术，依据相关模拟量的当前测定值以及历史测定值，衍生出所需要的相关开关量或者模拟量进行输出，以确保整个系统按照既定目标准确无误地运行，此为实施过程控制的最主要目的。

4 结语

在工业机电一体化生产系统中，可编程序控制器（PLC）起着举足轻重的作用，对现代化信息技术的发展和全球工业智能化的形成以及工业制造领域的信息化进程的加快起着助推剂的作用。因此生产过程中，要不断加强PLC的创新技术的研发，将现代化制造系统及制造技术引入工业生产中，对生产系统进行改进，推动生产模式的更新换代的速度，促使工业自动化进一步的发展。随着时代的发展，工业机械制造行业将面临全球化、虚拟化、智能化、网络化，从而会扩大可编程逻辑控制器未来的发展空间。

参考文献

[1] 江秀汉，汤楠.可编程控制原理与应用（第2版）

[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.

[2] 王科.浅谈PLC在机电一体化的生产系统中的应用[J].中国电子商务，2012，（7）.

[3] 李建勇.机电一体化技术[M].北京：科学出版社，2004.

[4] 杨春红.浅议机电一体化技术的发展趋势[J].中国科技纵横，2015，（1）.

[5] 李国厚，张发玉.PLC原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2005.

[6] 邱士安.机电一体化技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，1997.

作者简介：周方方，女，山东济宁人，济宁市技师学院助理讲师，研究方向：电气工程及其自动化。

（责任编辑：陈 洁）