摘 要： 不同于以前的手动操作时代，在当下自动化技术运用广泛的背景下，各种不同功能和用途的机电一体化设备正在行业发展的各大领域中得到推广和应用。因此，为了让众多机电一体化设备更好地运行，并有效提升机电设备的运行效率，需要专业人员在对机电一体化设备进行安装和调试时进行有效地分析，保障设备运行，降低故障率。本文会结合案实际例探讨如何对PLC控制的机电一体化设备的安装和调试进行分析。
关键词： PLC控制; 机电一体化; 一体化设备; 安装调试;
Abstract： Different from the previous manual operation, under the background of extensive application of automation technology, electromechanical integration equipments with various functions and uses are being promoted and applied in many fields of industrial development. Therefore, in order to improve the working efficiency of these mechatronics equipments, effective analysis on the installation and debugging of mechatronics equipments by professional personnel is needed to ensure the operation of equipment and reduce the failure rate. This paper will discuss how to make analysis on the installation and debugging of the mechatronics equipment controlled by PLC.
Keyword： PLC control; Mechatronics; Integrated equipment; Installation and debugging;
1、 PLC控制技术的含义和特点
1.1、 PLC控制技术的含义
PLC,Programmable Logic Controller，是可编程逻辑控制器的简称，其在机电设备控制过程中主要完成控制信号采集、内部存储程序运行和输出程序执行结果更新输出设备状态的任务，是过程控制中最为核心部分的部分。从物理形式的角度来看，PLC和PLC控制技术是分开存在的，两者之间依靠PLC内存中控制程序有效地作用，实现对机电设备的自动化控制；但从发展的过程来看，在对机电设备进行PLC控制的过程中，不仅输入和输出设备之间存在着必然的联系，就PLC控制过程本身而言，也是依靠多种程序共同辅助完成的一个过程。通过具体的执行过程，我们依然可以看出，PLC控制技术相较于其它控制技术能够更稳定地传递和处理各类相应的控制信息。
1.2、 PLC控制技术的特点
PLC控制技术，是新时代背景下工业发展的产物，具有其自身优越的性能和特点。
首先，随着工业发展，PLC控制技术在未来很长一段时间内依然会发挥出更加强大的功能。采用PLC控制，可运用的指令数量多，必要时，还可以运用不同的逻辑条件处理问题，使程序运算的过程变得更为顺利。专业人员可以直接通过个人计算机完成程序的编写、调试和维护等实现对系统的全方位控制功能，此外，PLC控制技术还能够让人员、机器和各项信息都更好地被交换[1]。
第二，整个PLC控制系统操作过程非常方便。根据系统控制要求，我们运用PLC控制逻辑编写控制程序，用程序来代替传统的硬件接线，在实际操作过程中，更改程序较于更改接线，显然要方便很多。此外，系统所需的各类硬件基本已经高度集成化、模块化，配套模块也已实现了系列化与规格化生产，种种控制系统所需的模块，PLC厂家基本都有现货供应，市场上即可购得，因此适用于工业生产的各种系统的配置和搭建都非常方便。最后，所有PLC控制系统也会形成相关的标准，从而让整个硬件系统的配置在实际采用的过程中变得更加灵活。
第三，PLC控制系统性能非常可靠。一般而言，PLC控制系统能够在同一时间保护硬件和软件。一方面，PLC内部多数硬件由于采用现代大规模集成电路技术，并用严格的生产工艺制造，内部电路还配备先进的防干扰技术，具有很高的可靠性。另一方面，使用PLC控制的系统，其周边电路和相同规模的继电控制系统相比，大量减少了电气接点，有效地降低了系统的故障率，而且PLC本身自带硬件检测功能，能在第一时间处理突发异常，如果真正遇到紧急的情况，也能及时进行报警。
2、 PLC机电控制系统的原理
目前，计算机技术的发展速度很快，可以说是日新月益。然而，如果工厂本身工作环境较为恶劣，在设备操作的过程中若不能及时抵抗干扰，系统的稳定性、可靠性将会被大幅削弱。前面我们也分析了PLC控制技术自身所具有的优秀性能，这些也决定了它在工业制造的过程中必然会占据很重要地位。
在实践过程中，作为专业的人员，只有在充分PLC机电控制系统的工作原理和控制结构的基础上，才能更好地调试PLC控制电路。
一般而言，在结构上，PLC控制系统主要由CPU模块、输入模块、输出模块、独立电源、编程软件和其他外部部件构成，这些部件各有不同功能，在控制中心CPU模块的调度下共同完成对机电设备或工业生产过程的实时控制。PLC部件主要是为了更好地实现工业控制而存在的[2],在实际的安装和调试过程中，专业人员可以从整个系统的结构下手，先分析构成部件的具体功能，了解系统设计思路，进而解析系统的控制功能和工作任务等，之后再结合梯形图、逻辑功能、逻辑方程或其他语言进行用户程序的编写，最终完成系统的调试工作。
3 、PLC控制的机电一体化设备安装调试的原则
3.1、 设计中遵循可靠性原则
在实际设计PLC控制的机电一体化设备的过程中，不仅要把控制的过程设计得科学合理，还需要考虑有效地增强软硬件抗干扰的能力。配置方式和元件问题会引发硬件故障，强行电设备的入侵也会引发外部干扰，所以，在硬件设计时需要注意做好保险，确保主机电源小于2A。在实际的系统设计过程中，专业人员一定要遵循可靠性原则，保证PLC控制的机电设备在使用的过程中能够安全可靠地运行。
3.2、 有效防止电磁干扰
在实际安装和调试的过程中，专业人员可以从电源抗干扰的角度进行分析。不仅需要全面检查外围信号和模板配置的问题，还需要尽量减少外围设备在运行过程中产生的中间环节，最终才能更好地减少各种类型的电气干扰。如果一旦发现PLC一体电机内部融入了大功率电机时，一定要直接将输入点和继电器相互连接[3]。只有这样才能够直接隔离电机回路，经过一番调试之后才能减少运作过程中产生的额外干扰。
4 、PLC的优势
4.1 、控制逻辑修改灵活
控制逻辑在PLC发展的过程中扮演着重要的角色，不仅能够直接连接输入端和输出端，甚至可以控制整个复杂的逻辑过程。正是因为有了PLC系统的支持，所以整体连接的过程不仅较为简短，内部的部件也会显得较小。与传统的PLC集成电路相比，控制逻辑只会和特定的程序发生关系，操作的过程中，也只需要先修改程序，就能让整个PLC结构变得更加灵活。
4.2 、控制速度快
在实际控制速度的过程中，专业人员可以根据相关机械的动作来实现。在传统的控制模式下，继电器需要花费几十毫秒的时间才能够顺利地完成触点开闭的过程，整个过程也相对较慢，所以整个工作的效率偏低。但若能配合PLC结构，专业人员可以借助相应指令来控制整体速度，整个过程在短时间内就能完成，工作速度得到提升，能使得操作的过程不会出现抖动的现象。
4.3、 实效性强
所有PLC控制系统内部的控制元件都是围绕着自动化的结构开展的。正因为PLC控制和处理信号的速度非常快，自然会使得整个系统运行地更快，最终也就能够更好地提升机电一体化设备的抗干扰能力[4]。所以，PLC控制系统能够被运用于控制装置内部，最终也才能够全方位地满足企业自动化控制的过程。
4.4 、可靠性高
PLC控制系统内部所有的I/O输入信号和输出信号都会处于光电隔离的状态。如果全面地设置，自然可以在PLC控制系统内部形成一层电气隔离层。也可以采用R-C的方式来输入滤波器，持续的时间会被控制在10ms之内。在实际操作的过程中，PLC控制系统会全面地诊断。一旦电源或者软件发生了异常现象，有关的中央处理器能够在第一时间采用对应的措施，才能够预防故障进一步扩大。
4.5、 维修更方便
即便PLC控制系统在使用的过程中出现了故障，维修起来也非常简单。因为PLC控制系统内部有着较多的提示故障的信号，如果其中任何一个元件会出现故障，灯的信号就会不断地闪动，只需要派遣专业的维修人员直接更换元件。
5、 PLC机电控制系统的安装和调试
5.1 、布线
整个系统主要是由电源线、控制线、动力线和其他部件组成。在实际操作的过程中，大家需先了解清楚不同线的功能再进行布线[5]。布线过程中，PLC设备和电源线之间要保持一定的距离，以免产生干扰，要特别注意不要将高低压电气安置在同一个开关柜。PLC设备内部的输入线和输出线也有所不同，要结合屏蔽线合理计算模拟量端口，预留足够以备不需。PLC系统内部可设置不同类型的拓展单元，不同单元、不同模块之间需通过电缆传递信息，布线时要注意同一根电缆线中不能同时出现交流线和直流线。此外，输出线和动力线之间也需保持一定距离。设计屏蔽层时，要注意先将一端接地，将接地线的电阻控制在屏蔽线电阻的十分之一左右。
5.2、 安装输入设备
安装输入设备也是PLC机电控制系统安装和调试过程中重要的一个环节。一方面，需要考虑到中期安装输入设备的内容，另外一方面也需要按照相关的程序来安装机电一体化设备。
5.3 、I/O接线端处理
I/O端接入的输入线长度不能够超过32m。专业人员可以利用常开点的方式在第一时间接入输入的端口，只有这样才能够保证内部梯形图和原理图相互一致，同时还需要在输入和输出组件内部设置专业的短路保护装置。常规而言，信号隔离器是一种常见处理器，这是一种借助线性隔离器来发挥作用的隔离器。实践的过程中更可以将输入过程、输出过程和工作电源更好地隔离开来。若在工作过程中系统内部发生短路，信号隔离器能够借助隔离短路的线路来联络PLC系统，调度其内部的故障处理机制进行事故应急处理，最终更好地保护整个系统[6]。在实际选择继电器的过程中，可以选择寿命较长且可以有效防止干扰的继电器来更好地进行操作。
如果有特殊的情况，专业人员还可以通过设置外部安全电路来防止线路出现异常，这样也可以有效地防止不安全状态的出现。例如，常见的互锁保护电路、急停保护电路和故障报警器都能够在第一时间防止电路内部出现电源过载保护的现象。
实践的过程中，还要注意将PLC接地线和机器接地线有效连接在一起，才能减少工作中出现的电压冲击。而要将PLC的接地线和机器接地线相互连接在一起，不仅要将接地线的截面积控制在1.5mm，更需要将接地的电阻控制在小于99欧姆左右。如果因为使用需要涉及到扩展单元，则需要做好接地点和基本单元之间的连接，但要注意此时不能将PLC设施和其他设备连接在一起，要让接地点直接靠近PLC控制系统。
5.4、 电源模块
在实际设计电源模块的过程中几乎所有PLC模块内部都会预先设置一个24V的电源。交流电源和直流电源都可以在运作的过程中发挥重要的作用。在使用的过程中，所有的交流电都是以单向的交流电源端子为媒介的。在运作的过程中，中间也会设有一定的交流开关和保险。另外，包括24V电源和5V电源也可以在使用的过程中发挥更大的作用。
5.5、 安全联锁试验和故障测试
先评估出机电设备一体化的运行的情况，检测人员才能够全方位地评估被检测设备的功能。在检测的过程中若发现机电一体化的设备出现了故障，专业人员需要先停下手中的设备，并进行全方位地检查，预估故障所引起的破坏程度。在操作的过程中要注意按照系统要求的相关步骤进行，才能有效地在第一时间防止事故发生。
5.6 、软件调试
一般而言，PLC系统内部都会设置有专业的开机自动检测程序。在实际开机之后，系统可以有效地进行自检。专业人士可以依照指示灯来判断其是否正常运行。在实际输入软件的过程中，只有充分地利用抖动程序才能够有效地避免在输入信号时会产生抖动问题。
在实际调试的过程中，专业的程序能够有效地防止产生故障。在实际施工的过程中，因为经常会出现多数连续的故障，专业人员如果能够在第一时间知道故障，就可以在之后有效地分析有关的问题，必要时更可以通过控制系统中的逻辑来编制整个监视系统。
6 、案例分析
6.1 、自动线路设备控制
在实际控制自动线路的过程中，可以从以下几个方面着手。
第一，先确定初始位置，再在实际通电之后让机械手臂完成伸缩、上抬手臂、放松手指和其他操作。在运作的过程中，退料的气缸会因此逐步缩回，红色的报警器也会发挥作用[7]。第二，也可以在控制的过程中先打开启动的开关，这样红色报警器和绿色报警器就会在第一时间亮起。如果此时料盘会不断地转动，物料杆就可以将物料输送到相对应的料台上。在物料就位之后，存在于料台内部的传感器会在第一时间接收到有关的信号，操纵料盘的电机也会因此停止。此时，关键的机械手可以将所有的物料都输送到皮带顶部。如果料台上一旦不存在物料，电机就会重新开始转动，从而继续进行送料。整个机械就在这样的循环过程中不断地运转。
第三，安装于落料口的光电传感器会直接检测到相对应的物料，之后就可以直接变为驱动变频器。传统的电动机更会直接使用频率为12Hz的驱动器来有效地进行传动。此时，金属物料会进入到料槽1内部，白色的塑料垃圾会进入到料槽2内部，黑色的塑料会直接进入料槽3内部。第四，如果机械内部的皮带在启动之后，会直接持续30s，若此时还没能够检测到对应的物料，变频器会在第一时间停止运作。此时，蜂鸣器会在同时响起。第五，在按下停止键之后，整个设备会完成一个单独的循环，在运作一段时间后就会停止工作。
6.2、 生产线程序控制
一定要从大局着手控制整个生产线程序。正是因为机械手较为复杂，所以只使用基本的指令很难真正发挥更好的作用。因此，专业人员可以使用顺控指令来编程。在大部分情况下，顺控指令内部的思路都显得较为清晰，如果在针对复杂线路进行编程时，其修改的过程较为方便。在控制机械手的过程中，需要将“初始位”、“放料”、“抓料”和其他几个程序都结合在一起。在输送物料的过程中，也可以让对应的编写指令发挥更好的作用。
6.3 、变频器参数设置
在实际运作的过程中，专业人员可以先设置变频器内部的参数，并让接线的过程变得更加顺利。在实践的过程中，SIEMENS MN420变频器一般可以发挥更大的作用。高效的变频器不仅显得更加多样化，而且在运行的过程中有着较高的效率。在实际操作的过程中，专业人员需要先了解MM420的基础变频结构，才能够更好地调制后续的参数。
在设置变频器参数的过程中，需要注意如下几大要点。第一，先设置好固定的参数，再在等了三分钟之后再设置新的参数。第二，在向变频器内部接线的过程中，可以设置包括L1、L2和L3等的三相电源。但是在设置电源的时候不要让PE保护线和N线混合在一起。如果在使用的过程中出现了问题，空气开关会在第一时间就自动断电。第三，目前，U、V和W都属于三种重要的电动机线。在实际接线的过程中，可以将线路确定为82、83、84和其他类型的线路。并注意将接地的线路确定为81号线路。第四，可以直接将扭转的开关向左边拨动，电机会因此进入到调整的状态。如果在实际运行的过程中发现电机会直接反转，则需要在第一时间转动电动机线。在经过一番调整之后，5号、6号和不同的开关都会直接被转移到右边。第五，可以发现，常规变频器内部的5W开关会直接和PLC内部的部件相互连接。如果变频器内部的线路确定会和PLC输入口内部的线路相互连接时，就不能够在操作的过程中直接拨动开关。这样就能够避免因为使用电源而毁坏电气。
6.4、 电路电气安装与调试
在实际操作的过程中，可以先分析存在于电路系统内部的诸多线路。通过分析不同模块内部原理图之后，将内部电路分为三大主要部分，再让相关人员具体分析各部分内容。在生产的过程中，生产线内部常设有多个传感器和多个磁性开关[8]。在运作的过程中，每一个传感器和磁性开关都会发挥实际的作用。安装时，可以先将磁性开关连接在DC25V上，再将棕线连接在PLC内部的位置上；传感器内部的每一个线路都会发挥重要的作用，可以先将传感器内部的棕线接入DC25V上，再将蓝线接在DC25V上。
通常情况下，可以在运作PLC输入电源的过程中使用自带的24V电源，并让单独的电源更好地为输出部分服务。广大人员也可以将24V电源和25V电源融入系统中，这样能更好地满足输入电源和输出电源的需要。在系统运行时，也能够让PLC内部的电源发挥更大的作用。
6.5、 电源单元和PLC单元有效地连接
在一般情况下，存在于PLC内部的输出部分的电源是由用户本身独自提供的。通常情况下，系统内部会配置专门的DC24V电源，这样能够在第一时间满足输出电源和输入电源的需求[9]。因此，只有设置一套专业的输入设备和输入设备一体的电源方案，才能够在之后防止出现电源不断叠加的现象。整个电源单元和PLC单元连接的结构如图1所示。
7、 未来发展趋势
在未来，PLC设备还会朝着监控和维护这两个方向完善，物联网的出现也会更好地促进PLC向前发展。从目前的发展形势来看，PLC设备中融入物联网的系统也已经非常多见。我国一些产业和企业只有借助物联网企业才能够更好地向前发展。当下多数企业也正在以工业发展为基础，通过有效地依靠物联网来摆脱高价电缆的束缚实现信息的互通互助，由此我们更可以看出，在未来以往多数信息传递的过程受诸多限制的局面终将会被改善。最终，再借助各类云端产品，还可以实现对系统运行过程的全面监测，这些也会使得越来越多的复杂系统程序会变得更加简单、方便。因此，PLC设备和物联网的联合会是未来发展的重要趋势。
8 、结束语
机电一体化设备属于社会发展的客观的要求。借助PLC来控制一体化设备，能让设备发挥更大的作用。本文从多方面讨论PLC设备的安装和调试过程，并让机电一体化设备发挥更大的作用。从实践来看，只有将相应的技术运用于机电一体化设备中，才能够让机电一体化设备朝前更好地发展。
图1 PLC电源方案图
参考文献
[1]张宇.基于PLC机电一体化技术在数控机床中的应用研究[J].南方农机, 2017, 48(23):100-101.
[2]李春雨.机电一体化技术的应用与发展[J].工程技术研究,2016(7):64-65.
[3]张晓霞.基于PLC控制的机电一体化设备的安装与调试[J].价值工程, 2017, 36(6):96-98.
[4] 鲍江超.机电一体化设备安装与调试探析[J].城市建设理论研究:电子版, 2015, 5(13):23-24.
[5]郭红艳.机电一体化设备安装与调试路径研究[J].河北企业, 2015(7):128.
[6] 王建业,于飞.基于PLC控制的机电一体化设备的安装与调试[J].工程技术:文摘版:125.
[7]付兴鹏,朱珈锐,王常明.机电一体化技术的应用及发展趋势[J].南方农机, 2017, 48(4):78.
[8]吴健.建筑机电一体化设备安装技术及电动机的调试方法[J].工程技术研究, 2017,(3):40+43.
[9] 邹美星.机电设备安装工程的管理[J].商品与质量.建筑与发展, 2017(5):139-144.
