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微電子控制機電設備在工業(yè)中的實(shí)際應用研究
[摘要]隨著(zhù)現代電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，在工業(yè)中應用微電子控制機電設備的范圍也逐漸擴大，使得機電一體化的水平越來(lái)越高。微型計算機具有體積小、信息處理功能強等特征，同時(shí)其作為機電一體化系統的關(guān)鍵，促使現代機電一體化逐漸發(fā)展為機械計算機化。文章通過(guò)對該系統原理、PLC的特點(diǎn)及應用情況、變頻器的工作狀態(tài)等內容進(jìn)行分析，對當前微電子控制機電設備的應用情況進(jìn)行研究。
[關(guān)鍵詞]微電子控制;機電設備;工業(yè)
工業(yè)機電設備在利用機電一體化系統時(shí)，微型計算機發(fā)揮著(zhù)十分重要的作用，主要包括控制機械工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程、對物理參數進(jìn)行測試和記錄、對測量參數進(jìn)行計算與分析、監管機械工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程等。計算機選擇、硬件系統設計、團建開(kāi)發(fā)以及計算機系統維護等工作都是機電一體化系統正常運行的重要內容。
1機電一體化系統的構成以及運行原理
本系統的構成主要包括一臺可編程邏輯控制器(PLC)、一臺變頻器、一臺管路壓力變送器、多臺循環(huán)離心泵。其中電動(dòng)差壓變送器對給水量、蒸發(fā)量以及管路水量這三個(gè)變量進(jìn)行檢測，最后由可編程邏輯控制器(PLC)進(jìn)行計算，并輸出4～20mA的電流信號，對變頻器進(jìn)行控制，實(shí)現調節給水泵轉速的目的。
系統的設計需要全面考慮多方面因素，才能保證正常運行，由于變頻器的輸出頻率對整個(gè)系統的控制效果具有直接重要的決定作用，因此首先應對變頻器的輸出頻率進(jìn)行確定，通過(guò)對水泵流量、揚程以及用水量的最大程度與最小程度進(jìn)行確定，確定輸出頻率。在系統中，PLC可以通過(guò)壓力變送器將用水量的大小反映出來(lái)，再分配給循環(huán)離心泵，同時(shí)工作人員應對循環(huán)泵的頻率進(jìn)行及時(shí)調節，以保障能源分配的合理性。管路循環(huán)水的壓力是本系統中的關(guān)鍵控制變量，使用點(diǎn)的多少會(huì )直接影響到管路循環(huán)水壓力的大小，壓力情況通過(guò)壓力變送器傳輸到PLC實(shí)現控制調節。
2可編程邏輯控制器的特征與應用情況
21特征
可編程邏輯控制器(PLC)作為工業(yè)控制器具有邏輯運算、計數控制、定時(shí)控制、步進(jìn)控制、數據處理以及A/D與D/A轉換等功能，主要進(jìn)行微處理。PLC具有體積小、省電、價(jià)格低廉、實(shí)現積木式組合等特征，同時(shí)吸取了計算機技術(shù)與微電子技術(shù)，其發(fā)展速度很快。PLC在機電設備單機自動(dòng)化、生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化控制、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中都具有重要作用，并且在柔性制造系統、工業(yè)機器人以及大型分散型控制系統中均發(fā)揮出不可忽視的優(yōu)勢。當前PLC、工業(yè)機器人以及數字控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為機械工業(yè)中自動(dòng)化控制的三大關(guān)鍵技術(shù)。
當前，PLC已經(jīng)實(shí)現了直接與工業(yè)現場(chǎng)信號進(jìn)行連接的功能，其數字及模擬量輸入、輸出功能不僅在離散型開(kāi)關(guān)量控制系統中發(fā)揮著(zhù)重要作用，同時(shí)在連續的流量控制過(guò)程中也經(jīng)常被應用。
PLC的控制程序可以按照需求進(jìn)行調整和變化，柔性較好。當生產(chǎn)設備需要更新或生產(chǎn)工藝流程出現調整時(shí)，PLC的硬件設備不需要進(jìn)行改變，只需要對其控制程序按要求進(jìn)行調整即可，具有較強的應用性。
PLC的編程操作較為便捷，安裝及維修都十分方便。PLC的編程和監控是通過(guò)利用編程器實(shí)現的，因此，使用者在對控制程序進(jìn)行調試和編程時(shí)只需掌握梯形圖語(yǔ)言就可以。同時(shí)，PLC的自診斷功能較好，在故障出現時(shí)能夠及時(shí)進(jìn)行維修。
22應用情況
PLC應用程序的開(kāi)發(fā)可以直接在個(gè)人計算機上進(jìn)行并生成可執行文件，對Microsoft embedded Visual C++開(kāi)發(fā)環(huán)境提供的下載功能可以進(jìn)行直接使用。PLC在應用中運行控制程序，同時(shí)人機界面中會(huì )運行可執行文件。利用串口兩者可以實(shí)現通信，并且人機界面為主動(dòng)方。PLC通過(guò)接收人機界面發(fā)送的監控要求，完成相應的操作，并將相應的控制數據反饋給人機界面，從而實(shí)現監控數據的存儲、打印以及傳輸至ERP管理系統等。
3變頻器調速器的作用
其一，相較于傳統的正弦波控制技術(shù)，由于變頻器采用電壓空間矢量控制技術(shù)，在性能上體現出更好的先進(jìn)性與獨特性，并且具有低速轉矩大、諧波成分小以及運行穩定性更好等明顯特征，相對于我國電網(wǎng)來(lái)說(shuō)其輸出電壓自動(dòng)調整的功能發(fā)揮出很大優(yōu)勢。其二，變頻器具有鍵盤(pán)電位器、外部端子以及多功能端子等多種操作方式，使其功能更加全面，能夠對多種模擬信號進(jìn)行輸入，包括電壓、電流、頻率等效范圍檢測、轉速追蹤等。同時(shí)，變頻器還具有擺頻運行及程序運行等多種模式。其三，由于變頻器全系列主元件均采用西門(mén)子產(chǎn)品，保護性能更強，更具可靠性，能夠對短路、過(guò)流、過(guò)壓等問(wèn)題進(jìn)行預防，保證本機的正常運行。同時(shí)變頻器的絕緣耐壓性能較好，產(chǎn)品質(zhì)量高，鍵盤(pán)布局合理、設定簡(jiǎn)潔等特征使其應用性更強。
4變頻器的工作狀態(tài)
變頻器的工作狀態(tài)包括手動(dòng)和自動(dòng)兩種，其中手動(dòng)工作狀態(tài)主要是在PLC停止工作時(shí)進(jìn)行人工操作行為，通過(guò)調節電位器對變頻器的輸出頻率進(jìn)行給定。自動(dòng)工作狀態(tài)即由PLC的輸出信號對變頻器的輸出頻率進(jìn)行控制。相較于傳統的調節閥控制方式，PLC控制具有節電、控制水泵磨損等優(yōu)點(diǎn)，對延長(cháng)設備壽命以及提高系統的自動(dòng)化水平具有重要作用。
5調試電路
在進(jìn)行電路調試時(shí)可以通過(guò)兩種方法進(jìn)行，一是在全部電路安裝結束后進(jìn)行統一調試，二是在電路安裝過(guò)程中進(jìn)行調試，以電路原理框圖中的功能將復雜電路劃分為單元進(jìn)行同步安裝和調試，在單元安裝與調試的基礎上逐漸擴大范圍，最后完成整機調試。下文主要對應用第二種調試方法的調試工作進(jìn)行分析。
在調試電路的過(guò)程中，首先，應通過(guò)目測對電路面板進(jìn)行仔細檢查，判斷電路連線(xiàn)、連橋等是否正確可靠，是否存在虛接、短路或混線(xiàn)等問(wèn)題。其次，在初步的目測檢查后進(jìn)行靜態(tài)檢查，利用萬(wàn)用表的最小電阻量程檔對電路面板進(jìn)行檢查，對開(kāi)路、閉路、地線(xiàn)連接、電源連線(xiàn)以及電源到地情況進(jìn)行檢查。在電路安裝結束后，應先以原理為依據為電路連線(xiàn)等各方面進(jìn)行全面檢查，確定無(wú)誤后再通電。在電路測量中為了排查接觸不良等情況，應盡可能對元器件的連接點(diǎn)進(jìn)行直接測量，在對電源電壓進(jìn)行測量時(shí)應保證電壓情況正常，尤其是連接PLC以及調速變頻器電路上的電源電壓，必須保證是正確的。最后，對硬件電路進(jìn)行調試，應綜合全面地將各種影響因素考慮進(jìn)去，按照電路功能的原理要求進(jìn)行調試，對硬件各部分單元電路進(jìn)行仔細調試，最后進(jìn)行整體調試。
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