PLC在机电一体化生产系统中的应用

PLC在机电一体化生产系统中的应用

孙磊

身份证号： 37098319830811****

摘要：随着机电自动化控制水平的不断提高，PLC技术的应用越来越广泛，不仅促进了社会生产力的提高，而且创造了更大的经济效益。在PLC技术的应用过程中，需要以处理器为基础，充分发挥计算机自动控制技术的优势，体现出较强的适用性。在大量的应用实例中可以发现，与传统技术相比，PLC技术具有明显的优势和较强的可操作性。同时便于维护。对提高机电自动化控制水平，促进产品质量和整体生产能力的提高具有重要作用。在自动化技术飞速发展的过程中，将PLC技术应用于机电自动化控制，有利于提高自动化水平，在有限的机电设备中创造更大的生产效益。

关键词：PLC；机电一体化；生产系统；应用

11PLC技术概述

在现代工业的发展中，PLC技术作为一种特殊的计算机技术，又称可编程控制器，正变得越来越成熟。它可以创建一个高度专业化的自动控制器，为电子自动化生产提供便利。在推动机电自动化控制发展的过程中，需要从不同用户的需求出发，按照既定的顺序和顺序进行相应的软件控制，以实现用户的目标。与传统的自动控制系统相比，在PLC控制系统的应用中，只需与相关软件连接，即可用较少的布线完成相关操作。同时，它还可以按照既定程序处理系统获取的信息，以提高自身的工作效率。

在机电自动化控制中，PLC技术的优势更加明显。作为工业控制领域的先进技术，它的自动化程度很高。其核心是中央处理器，可以为机电自动化控制的发展提供可靠的保障。通过使用ROM或RAM存储器，完成相关程序的编程工作，然后借助逻辑运算和接口连接进行自动控制。PLC技术的设计和开发是基于工业生产运行环境的实际情况，可以为大多数机电设备的控制提供保障，也保证了该技术的强适用性。同时，借助梯形图，PLC技术可以通过编程控制机电设备的运行，在简单控制的基础上实现控制能力的提高。特别是在整个机电自动控制系统中，PLC占用空间小，设备本身配备了多个接口，为大多数场合的应用提供了方便的条件。

2基于PLC的机电一体化生产系统硬件组成

基于PLC的机电一体化生产控制系统的核心控件为PLC。X、Y、Z轴三个坐标方向的限位开关、启停开关等作为输入信号；系统内部各项信号指示及X、Y、Z轴所对应的电机控制信号为输出信号。本文所述机电一体化生产控制系统以数字量作为输入输出信号，实现X、Y、Z轴方向的运动控制。借助于三路高速脉冲，遵循工程设计中I/O点数的30%为预留原则。设计过程中CPU选择S7-200SmartPLCST30CPU，其作为标准的CPU模块，内部数字量输入点、数字量输出点分别有18个和12个，在脉冲输出过程中其最大频率能够达到100kHz。

此时以每秒90mm的运行速度进行计算，电机在接收到4000个脉冲旋转一周，使滑台直行距离达到90mm时，需提供PWM4kHz的频率。基于上文脉冲输出过程中其最大频率能够达到100kHz，完全能够满足机电一体化生产控制需求。如图1所示为PLC与驱动器连接示意图，由图可知，CPU模块中Q0.0、Q0.1、Q0.3分别对应连接X、Y、Z轴电机驱动器的脉冲接收端子；Q0.2、Q0.7、Q1.0分别对应连接X、Y、Z轴电机驱动器的方向接受端子，可见通过该CPU模块能够实现速度控制与位置控制。

图1PLC与驱动器连接示意图

电机驱动器和步进电机共同构成了系统驱动程序，即：将方向信号和脉冲信号传递至电机驱动器后能够将相应的信号转变成位移信息及方向信息。在驱动器接收到脉冲信号后，促使驱动电机发生转动。可见，在了解需移动位移后，将其转变成相应的脉冲数据，进而转变成X、Y、Z轴的位移数据，进而驱动系统到达制定位置。在基于PLC的机电一体化生产控制系统中，转变脉冲占空比可带动电机角速度随意发生变化；若转变脉冲方向，能够实现控制电机的正转或反转。从理论数据角度分析，在电机接收到脉冲信号后，会产生相应的步距角。然而在实际运用过程中，若脉冲信号以过快的频率发生变化，可能电机会因为转动惯量过大而出现发热严重或丢位移现象。因此，在系统设计过程中对步进电机启动加速时由快到过度，停止运行减速时同样由快到慢过度。为了实现基于PLC的机电一体化生产控制系统运行经济性及控制准确性，在设计中以开环设计为主。

3基于PLC的机电一体化生产系统软件设计

3.1执行和驱动技术

在伺服驱动中，具体使用对象是驱动装置和执行元件。数控装置和执行元件连接。所有输入指令完成后，它可以快速响应，执行元素也可以通过相关接口与执行机制连接。采用机电一体化技术，执行和驱动的工作原理和控制环节基本相同。技术人员输入的操作说明是机床使用的关键部分，以简化机床的操作过程，减少事故，提高工作效率。

3.2控制面板

数控机床中有许多不同的控制面板，它们是保证机床运行的重要部件。在以往的工作中，由于其内部结构复杂，控制难度大，往往无法将输入信号及时传输到信号接收区域。然而，利用机电一体化技术不仅可以准确地将信号传输到合适的位置，而且可以保证相关信号可以传输到指定的系统中完成工作转换。此外，还可以优化电子元件的结构，测试机床中的数据。

3.3PLC程序设计

由于STEP7micro/win智能编程模式灵活丰富，即使是复杂的功能也能快速完成，因此用于执行PLC编程。控制系统软件一般包括：通用子程序、手动操作程序和自动操作程序。在设计过程中，每个模块都是单独编写的，这样便于调试和修改。基于机电一体化生产控制系统的过程，需要实现三自由度滑台的顺序控制。

在此过程中，可以使用手动操作程序调整各轴的运动参数或位置参数，或进行一系列维护工作，以确保各单元功能模块的完整功能，调试各轴的运行精度。同时，手动控制也被称为单步执行。缺少手动控制会给调试工作带来一些不便。自动运行程序可实现连续循环运行，手动程序可实现全速运行。常见的子程序包括初始化、启动-停止控制、零原点、速度控制

系统初始化。在该程序中，X、y和Z轴的初始位置、传感器的初始状态和电磁阀的初始状态被初始化。当运动轴启动或初始化时，CPU将调整至自动操作模式。

启动停止控制。启停控制程序主要控制系统上电后的启停，实现联锁或自锁，以确保系统在运行中遇到紧急情况时能及时停止运行，提高安全性。

原点归零。程序由传感器和限位开关实现。设置分为三种情况。首先，在系统突然断电、关机和通电后，如果直接启动时存在碰撞风险，此时需要将原点重置为零；第二，x、y和z轴电机不在原点；第三，其中一个X、y和z轴电机位于原点。对于第一种和第二种情况，需要实现x轴和y轴的联动调零；对于第三种情况，可以将一个x轴或y轴电机设置为原点。

位置控制。根据图2，x轴、Y轴和z轴运动轨迹投影在二维平面上，并分析x轴和Y轴运动路径。轨迹1可以从点a到点B，这可以通过x轴和y轴的同时移动，或者通过x轴在y轴之前、y轴在x轴之前的单轴移动来实现。可以看出，第一种方法中的线性插值方法更有效。

图2位置控制

结论

综上所述，随着工业产业不断发展，当前人工生产线已难以契合现代制造的生产需求。因此，基于PLC的运行控制优势，将其运用于机械生产领域，强化机电一体化生产控制系统运行效率的同时缩减人力成本，推进工业制造、工业生产更好更快发展。

参考文献

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