❶ 機電一體化技術都有哪些應用
機電一體化技術的應用：
一、可編程式控制制器的一般原理及組成
(一)概述
可編程式控制制器的起源可以追溯到20世紀60年代。美國通用汽車(GM)公司為了適應汽車型號不斷更新的需要，提出希望有這樣一種控制設備：
(1)它的繼電控制系統設計周期短，接線簡單，成本低。
(2)它能把計算機的許多功能和繼電控制系統結合起來，但編程又比計算機簡單易學、操作方便。
(3)系統通用性強。
1969年美國DEC公司研製出第一台可編程式控制制器，用在GM公司生產線上獲得成功。其後日本、德國等相繼引入，可編程式控制制器迅速發展起來。但這一時期它主要用於順序控制，雖然也採用了計算機的設計思想，但實際上只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC(ProgrammableLogicController)。
進入20世紀80年代，隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發展，才使得可編程式控制制器有突飛猛進的發展。其功能已遠遠超出邏輯控制、順序控制的范圍，故稱可編程式控制制器簡稱PC(ProgratamableController)。但由於PC容易和個人計算機(PersonalComputer)混淆，故人們仍習慣地用PLC作為可編程式控制制器的縮寫。
目前PLC功能日益增強，可進行模擬量控制、位置控制。特別是遠程通信功能的實現，易於實現柔性加工和製造系統(FMS)，使得PLC如虎添翼。無怪乎有人將PLC稱為現代工業控制的三大支柱(即：PLC、機器人和CAD／CAM)之一。
目前PLC已廣泛應用於冶金、礦業、機械、輕工等領域，為工業自動化提供了有力的工具，加速了極點一體化的實現。
二、PLC的基本結構及工作原理
(一)PLC的基本結構
PLC生產廠家很多，產品結構也各不相同，但其基本組成部分大致相同。PLC採用了典型的計算機結構，主要包括CPU、RAM、ROM和輸入、輸出介面電路等。其內部採用匯流排結構，進行數據和指令的傳輸。如果把PLC看作一個系統，該系統由輸入變數一PLC一輸出變數組成，外部的各種開信號、模擬信號、感測器檢測的各種信號據均作為PLC的輸入變數，它們經PLC外部輸入到內部寄存器中，經PLC內部邏輯運算或其他各種運算、處理後送到輸出端子，它們是PLC的輸出變數。由這些輸出變數對外圍設備進行各種控制。這里可以將PLC看作一個中間處理器或變換器，以將輸入變數變換為輸出變數。
下面具體介紹各部分作用。
1、CPU
CPU是中央處理器(CentreProcessingUnit)的英文縮寫。它作為整個PLC的核心，起著總指揮的作用，它主要完成以下功能：
(1)將輸入信號送入PLC中存儲起來。
(2)按存放的先後順序取出用戶指令，進行編譯。
(3)完成用戶指令規定的各種操作。
(4)將結果送到輸出端。
(5)響應各種外圍設備(如編程器、列印機等)的請求。
目前PLC中所用的CPU多為單片機，在高檔機中現已採用16位甚至32位CPU，功能極強。
2、存儲器
PLC內部存儲器有兩類：一類是RAM(即隨機存取存儲器)，可以隨時由CPU對它進行讀出、寫入；另一類是ROM(即只讀存儲器)，CPU只能從中讀取而不能寫入。RAM主要用來存放各種暫存的數據、中間結果及用戶正在調試的程序，ROM主要存放監控程序及用戶已經調試好的程序，這些程序都事先燒在ROM晶元中，開機後便可運行其中程序。
3、輸入、輸出介面電路
它起著PLC和外圍設備之間傳遞信息作用。為了保證PLC可靠工作，設計者在PLC的介面電路上採取了不少措施。這些介面電路有以下特點：
(1)輸入採用光電耦合電路，可大大減少電磁干擾。
(2)輸出也採用光電隔離並有三種方式，即繼電器、晶體管和晶閘管。這使得PLC可以適合各種用戶的不同要求。如低速、大功率負載一般採用繼電器輸出；高速大功率則採用晶閘管輸出；高速小功率可以用晶體管輸出等等。而且有些輸出電路做成模塊式，可插拔，更換起來十分方便。
除了上面介紹的幾個主要部分外，PLC上還配有和各種外圍設備的介面，均採用插座引出到外殼上，可配接編程器、列印機、錄音機以及A／D、D／A、串列通信模塊，可以十分方便地用電纜進行連接。
(二)PLC的工作原理
PLC雖具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般採用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I／O掃描方式，有鍵按下或I／O動作，則轉入相應的子程序，無鍵按下，則繼續掃描。PLC則採用循環掃描工作方式。在PLC中，用戶程序按先後順序存放。
PLC從第一條指令開始執行程序，直至遇到結束符後又返回第一條。如此周而復始不斷循環。每一個循環稱為一個掃描周期。若輸入變數在掃描刷新周期發生變化，則本次掃描周期中輸出變數相對應的輸入產生了響應。反之，若輸入變數刷新之後，輸入變數才發生變化，則本次周期的輸出不變，即不響應，而要到下一次掃描期問輸出才會產生響應。由於PLC採用循環掃描的工作方式，所以它的輸出對於輸入的響應速度要受到掃描周期的影響。掃描周期的長短主要取決於這幾個因素：一是CPU執行指令的速度；二是每條指令佔用的時間；三是指令條數的多少，即程序長短。
對於慢速控制系統，響應速度常常不是主要的，故這種工作方式不但沒有壞處反而可以增強系統抗干擾能力。因為干擾常是脈沖式的，短時的，而由於系統響應較慢，常常要幾個掃描周期才響應一次，而多次掃描後，瞬間干擾所引起的誤動作將會大大減少，故增強了抗干擾能力。
但對於時間要求交嚴格、響應速度要求較快的系統，這一問題就須慎重考慮。應對響應時間作出精確的計算，精心編排程序，合理安排指令的順序，以盡量減少掃描周期造成的響應延時等不良影響。
總之，採用循環掃描的工作方式，是PLC區別於微機和其他控制設備的最大特點。
(三)PLC的特點
PLC的特點可以大致歸納如下：
(1)抗干擾能力強和可靠性高。PLC的設計者採取了各種措施來提高可靠性，主要有這樣幾個方面：
①輸入、輸出均採用光電隔離，提高了抗干擾能力。
②主機的輸入電源和輸出電源均可相互獨立，減少了電源間干擾。
③採用循環掃描工作方式。提高抗干擾能力。
④內部採用「監視器」電路，以保證CPU可靠地工作。
⑤採用密封防塵抗振的外殼封裝及內部結構，可適應惡劣環境。
由於採取了這些措施，使得PLC有很強的抗干擾能力，實驗證明一般可抗1kV、1μs的窄脈沖干擾。其平均無故障時間(MTBF)一般可達5～10萬h。
(2)採用模塊化組合式結構，使系統構成十分靈活，可根據需要任意組合，易於維修，易於實現分散式控制。
(3)編程語言簡單易學，便於普及。PLC採用面向控制過程的編程語言，簡單、直觀，易學易記，沒有微機基礎的人也很容易學會，故適於在工礦企業中推廣。
(4)可進行在線修改，柔性好。
(四)PLC的應用場合
PLC在國內外已廣泛應用於鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機械製造、汽車裝卸、造紙、紡織、環保及娛樂等各行各業。它的應用大致可分為以下幾種類型：
(1)採用開光邏輯控制。這是PLC最基本的應用范圍。可用PLC取代傳統繼電控制，如機床電氣、電機控制中心等，也可取代順序控制，如高爐上料、電梯控制、貨物存取、運輸、檢測等。總之，PLC可用於單機、多機群以及生產線的自動化控制。
(2)用於機械加工的數字控制。PLC和計算機數控(NCN)裝置組合成一體，可以實現數值控制，組成數控機床。
(3)用於機器人控制，可用一台PLC實現3～6軸的機器人控制。
(4)用於閉環過程式控制制。現代大型PLC都配有PID字程序或PID模塊，可實現單迴路、多迴路的調節控制。
(5)用於組成多極控制系統，實現工廠自動化網路。
(6)目前在我國鐵路客車的自動控制和行車安全檢測等得到廣泛應用，是我國鐵路客車裝備和技術的發展方向。