機電一體化論文

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機電一體化論文 題目： PLC在機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的應用 學院： 專業(yè)： 班級： 學號： 姓名： 摘　要：可編程控制器指建立在計算機的基礎之上，以工業(yè)現(xiàn)場作業(yè)等為主要適用范圍的一類電控控制器，當前我國工業(yè)生產(chǎn)自動化水平整體來說較低，PLC產(chǎn)品具有著極大發(fā)展空間。PLC在生產(chǎn)系統(tǒng)中起著至關重要的作用，自動控制已經(jīng)成為智能生產(chǎn)系統(tǒng)中必不可少的一部分。首先對機電一體化技術及PLC進行了簡要介紹，在此基礎上詳細闡述了PLC在機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的應用。 關鍵字： PLC 生產(chǎn) 控制 智能 一、機電一體化： 1、 機電一體化的概念： 機電一體化又稱機械電子學，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成。機電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上，隨著機電一體化技術的快速發(fā)展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發(fā)展。現(xiàn)在的機電一體化技術，是機械和微電子技術緊密集合的一門技術，他的發(fā)展使冷冰冰的機器有了人性化，智能化。 2、 機電一體化的發(fā)展方向 機電一體化向智能化方向邁進.20世紀90年代后期，各主要發(fā)達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎。 關注六個發(fā)展方向： 機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關技術的發(fā)展和進步。未來機電一體化的主要發(fā)展方向有： 1．智能化。智能化是21世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究中日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用。 2．模塊化。模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。 3．網(wǎng)絡化。20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網(wǎng)絡技術。網(wǎng)絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品。 4．微型化。微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS)，泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。 5．綠色化。工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。 6．系統(tǒng)化。系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。 二、可編程控制器（PLC）： 1、PLC的概念： PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關的外圍設備都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。 PLC是工控的利器,機電一體化專業(yè)本來就是一門控制機械的學科,包含了機械設計和電控設計.所以只要是機械要用到(非人工)控制的都可以用到PLC,當然單片機也可以,但是對于電氣控制來說可編程控制以其編程便捷、接口通用和工業(yè)環(huán)境適應性等特點支撐著整個控制核心，是機電一體化產(chǎn)品中重要的器件。 2、PLC的構成： PLC實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為： a、電源 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。 b、中央處理單元（CPU) 中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高PLC的可靠性，對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 c、存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 d、輸入輸出接口電路。 1．現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 2．現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。 e、功能模塊 如計數(shù)、定位等功能模塊。 f、通信模塊 如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。 3、PLC具有的鮮明的特點： （1） 功能完善，組合靈活，擴展方便，實用性強 （2） 使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調試容易。 （3）安裝簡單，容易維修。PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行，只需將現(xiàn)場的各種設備與PLC相應的I/O端相連接，寫入程序即可運行。 （4）抗干擾能力和可靠性能力都強，遠高于其他各種機型。 （5）環(huán)境要求低。PLC的技術條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強電磁干擾環(huán)境下可靠工作。 （6）易學易用。PLC是面向工礦企業(yè)的工控設備，接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。 所以對于電氣控制來說可編程控制支撐著整個控制核心，是機電一體化產(chǎn)品中重要的器件。 三、PLC在機電一體化技術中的應用 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂機電一體化領域，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1、開關量的邏輯控制 這是PLC最基本最廣泛的應用領域。PLC取代繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制。例如：機床電氣控制，沖床、鑄造機械、運輸帶、包裝機械的控制，注塑機的控制，化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制，冶金企業(yè)的高爐上料系統(tǒng)、軋機、連鑄機、飛剪的控制，電鍍生產(chǎn)線、啤酒灌裝生產(chǎn)線、汽車配裝線、電視機和收音機的生產(chǎn)線控制等。 PLC在CNC機床中的應用方式及其特點，PLC在CNC機床中的作用及數(shù)控裝置I/O口和機床控制面板、強電信號的連接方法，研究了數(shù)控機床中T功能代碼和M功能代碼在PLC上的實現(xiàn)方法。CNC機床數(shù)控系統(tǒng)具有較強的數(shù)據(jù)處理能力和圖形顯示功能，可編程控制器具有較好的邏輯處理功能，可以充當數(shù)控系統(tǒng)微處理器與機床強電控制的橋粱。PLC與CNC機床數(shù)控裝置聯(lián)接可靠性高，在經(jīng)濟型數(shù)控機床和普通機床數(shù)控改造中有廣泛的應用前景。PLC在針吸式穴盤自動播種機上的應用，將PLC用于對氣動系統(tǒng)和電器系統(tǒng)的自動控制，使針吸式穴盤播種機結構簡單、緊湊，系統(tǒng)工作安全、可靠、效率高，且對故障的判斷也較容易和直觀。 2、運動控制 PLC可用于對直線運動或圓周運動的控制。早期直接用開關量I/O模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。世界上各主要PLC廠家生產(chǎn)的PLC幾乎都有運動控制功能。 PLC的運動控制功能廣泛地用于各種機械。例如：金屬切削機床、金屬成型機械、配裝機械、機器人和電梯等。PLC以其工作平穩(wěn)、可靠、抗干擾能力強等特點，在工業(yè)控制領域得到了越來越廣泛的應用。在磁選機中引入PLC控制，能極大地改善設備的電氣性能，提高設備的自動化水平，保證設備高效、安全運行，以達到提高礦山企業(yè)經(jīng)濟效益之目的。從控制系統(tǒng)的組成、控制原理以及程序設計思想方面以PLC為核心的控制系統(tǒng)應用干混凝土攪拌站的生產(chǎn)運行控制，具有運轉平穩(wěn)、攪拌的混凝土質量好，故障率低，生產(chǎn)量大，能耗低以及操作簡便等優(yōu)點，可廣泛應用于建筑工程、公路工程、橋梁工程等。 3、過程控制 過程控制要用到模擬量。模擬量一般是指連續(xù)變化的量，如電流、電壓、溫度、壓力等物理量。過程控制的目的就是根據(jù)有關模擬量的當前與歷史的輸入狀況，產(chǎn)生所要求的開關量或模擬量輸出，以使系統(tǒng)工作參數(shù)能按一定要求作。是連續(xù)生產(chǎn)過程最常用的控制。 4、數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 5、通訊聯(lián)網(wǎng) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 四、結論 總的概括說來，21 世紀的機械制造業(yè)是以信息為主導,它是采用先進生產(chǎn)模式、先進制造系統(tǒng)、先進制造技術和先進組織管理形式的全新的機械制造業(yè)。它的特征是全球化、網(wǎng)絡化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調的綠色制造。所以以PLC為主組成的控制系統(tǒng)將代表著當前機電設備電氣控制的先進水平與發(fā)展方向。 五、參考文獻 1.《PLC編程及應用》 廖常初主編 機械工業(yè)出版社 2.《機電一體化技術》 劉德全主編 大連理工大學出版社. 3.《電力拖動自動控制系統(tǒng)》 陳伯時主編 機械工業(yè)出版社. 4.《計算機控制系統(tǒng)》 何克忠 李偉編著 清華大學出版社 5.《計算機工業(yè)控制》 楊勁松 張濤編著 中國電力出版社