¿Cuáles son las aplicaciones de la tecnología mecatrónica?

Aplicación de la tecnología mecatrónica:

1. Principios generales y composición de los controladores programables

(1) Descripción general

Los orígenes de los programables Los controladores se remontan a la década de 1960. Para adaptarse a las necesidades de los modelos de automóviles en constante actualización, la empresa estadounidense General Motors (GM) espera contar con un dispositivo de control de este tipo:

(1) Su sistema de control por relés tiene un ciclo de diseño corto, simple cableado y bajo costo.

(2) Puede combinar muchas funciones de una computadora con un sistema de control de relés, pero la programación es más fácil de aprender y operar que una computadora.

(3) El sistema tiene una gran versatilidad.

En 1969, la empresa estadounidense DEC desarrolló el primer controlador programable y lo utilizó con éxito en la línea de producción de la empresa GM. Posteriormente, Japón, Alemania, etc. lo introdujeron uno tras otro y los controladores programables se desarrollaron rápidamente. Sin embargo, durante este período se utilizó principalmente para el control de secuencia. Aunque también adoptó ideas de diseño por computadora, en realidad solo podía realizar operaciones lógicas, por lo que se le llamó controlador lógico programable, o PLC (controlador lógico programable) para abreviar.

En la década de 1980, con el rápido desarrollo de la tecnología microelectrónica y la tecnología informática, los controladores programables se desarrollaron a pasos agigantados. Sus funciones han excedido con creces el alcance del control lógico y el control de secuencia, por lo que se le llama controlador programable o PC (ProgratamableController) para abreviar. Sin embargo, dado que PC se confunde fácilmente con Computadora personal (Computadora personal), la gente todavía está acostumbrada a usar PLC como abreviatura de controlador programable.

En la actualidad, las funciones del PLC están cada vez más mejoradas y pueden realizar control analógico y control de posición. En particular, la realización de funciones de comunicación remota facilita la implementación de sistemas de procesamiento y fabricación (FMS) flexibles, lo que hace que el PLC sea aún más potente. No es de extrañar que algunas personas llamen al PLC uno de los tres pilares del control industrial moderno (es decir, PLC, robots y CAD/CAM).

En la actualidad, el PLC se ha utilizado ampliamente en metalurgia, minería, maquinaria, industria ligera y otros campos, proporcionando una poderosa herramienta para la automatización industrial y acelerando la realización de una integración extrema.

2. La estructura básica y el principio de funcionamiento del PLC

(1) La estructura básica del PLC

Hay muchos fabricantes de PLC y sus estructuras de productos también lo son. diferentes, pero los componentes básicos son más o menos los mismos. El PLC adopta una estructura informática típica, que incluye principalmente CPU, RAM, ROM y circuitos de interfaz de entrada y salida. Utiliza una estructura de bus internamente para transmitir datos e instrucciones. Si se considera el PLC como un sistema, el sistema consta de variables de entrada, PLC y variables de salida. Se utilizan como variables de entrada del PLC varias señales abiertas externas, señales analógicas y diversos datos de señales detectados por los sensores. externamente. Los registros internos se envían a los terminales de salida después de las operaciones lógicas internas del PLC u otras operaciones y procesamientos diversos. Son las variables de salida del PLC. Se realizan varios controles en dispositivos periféricos a través de estas variables de salida. El PLC puede considerarse como un procesador o convertidor intermedio para convertir variables de entrada en variables de salida.

Las funciones de cada parte se presentan en detalle a continuación.

1. CPU

CPU es la abreviatura en inglés de Unidad Central de Procesamiento (CentreProcessingUnit). Como núcleo de todo el PLC, desempeña el papel de comandante en jefe. Completa principalmente las siguientes funciones:

(1) Enviar la señal de entrada al PLC para su almacenamiento.

(2) Saque las instrucciones del usuario en el orden de almacenamiento y compílelas.

(3) Complete varias operaciones especificadas por las instrucciones del usuario.

(4) Enviar el resultado al terminal de salida.

(5) Responder a solicitudes de diversos dispositivos periféricos (como programadores, impresoras, etc.).

En la actualidad, la mayoría de las CPU utilizadas en PLC son microcomputadoras de un solo chip. En máquinas de alta gama, ahora se utilizan CPU de 16 bits o incluso de 32 bits, que son extremadamente potentes.

2. Memoria

Existen dos tipos de memoria interna del PLC: una es RAM (memoria de acceso aleatorio), que puede ser leída y escrita por la CPU en cualquier momento; es RAM Un tipo es ROM (memoria de solo lectura), desde la cual la CPU solo puede leer pero no escribir.

La RAM se utiliza principalmente para almacenar diversos datos temporales, resultados intermedios y programas que el usuario está depurando. La ROM almacena principalmente programas de monitoreo y programas que han sido depurados por el usuario. Estos programas se graban en el chip ROM con anticipación y se pueden ejecutar después. La computadora está encendida.

3. Circuito de interfaz de entrada y salida

Desempeña la función de transmitir información entre el PLC y los dispositivos periféricos. Para garantizar que el PLC funcione de manera confiable, los diseñadores han tomado muchas medidas en el circuito de interfaz del PLC. Estos circuitos de interfaz tienen las siguientes características:

(1) La entrada utiliza un circuito de acoplamiento fotoeléctrico, que puede reducir en gran medida la interferencia electromagnética.

(2) La salida también adopta aislamiento fotoeléctrico y tiene tres métodos, a saber, relé, transistor y tiristor. Esto permite que el PLC se adapte a los diferentes requisitos de varios usuarios. Por ejemplo, las cargas de baja velocidad y alta potencia generalmente usan salida de relé; las cargas de alta velocidad y alta potencia usan salida de tiristor; las cargas de alta velocidad y baja potencia pueden usar salida de transistor, etc. Además, algunos circuitos de salida son modulares y enchufables, lo que los hace muy cómodos de reemplazar.

Además de las piezas principales presentadas anteriormente, el PLC también está equipado con interfaces con varios dispositivos periféricos, todos los cuales salen a la carcasa a través de enchufes y se pueden conectar a programadores, impresoras, grabadoras y Los módulos de comunicación A/D, D/A y serie se pueden conectar fácilmente con cables.

(2) Principio de funcionamiento del PLC

Aunque el PLC tiene muchas características de microcomputadora, su método de trabajo es muy diferente al de la microcomputadora. Las microcomputadoras generalmente funcionan esperando comandos, como el método de escaneo de teclado común o el método de escaneo de E/S. Si se presiona una tecla o se realiza una acción de E/S, se transferirá a la subrutina correspondiente. presionado, el escaneo continuará. El PLC adopta el modo de trabajo de escaneo cíclico. En el PLC, los programas de usuario se almacenan en orden secuencial.

El PLC comienza a ejecutar el programa desde la primera instrucción hasta que encuentra el carácter de fin y regresa a la primera instrucción. Este ciclo continúa una y otra vez. Cada ciclo se llama ciclo de exploración. Si la variable de entrada cambia durante el ciclo de actualización del escaneo, la entrada correspondiente a la variable de salida responde en este ciclo de escaneo. Por el contrario, si la variable de entrada cambia después de actualizar la variable de entrada, la salida de este ciclo permanecerá sin cambios, es decir, no habrá respuesta y la salida no responderá hasta el siguiente período de exploración. Dado que el PLC funciona en forma de escaneo cíclico, la velocidad de respuesta de su salida a la entrada se ve afectada por el período de escaneo. La duración del ciclo de exploración depende principalmente de estos factores: primero, la velocidad a la que la CPU ejecuta las instrucciones, segundo, el tiempo que ocupa cada instrucción, tercero, el número de instrucciones, es decir, la longitud del programa;

Para sistemas de control lentos, la velocidad de respuesta a menudo no es importante, por lo que esta forma de trabajar no es perjudicial pero puede mejorar la capacidad antiinterferencias del sistema. Debido a que la interferencia suele ser de tipo pulso y de corta duración, y debido a que el sistema responde lentamente, a menudo se necesitan varios ciclos de escaneo para responder una vez. Después de múltiples escaneos, el mal funcionamiento causado por la interferencia instantánea se reducirá en gran medida, por lo que se mejora la antiinterferencia. capacidad.

Sin embargo, para sistemas con requisitos de tiempo estrictos y velocidad de respuesta rápida, este tema debe considerarse cuidadosamente. El tiempo de respuesta debe calcularse con precisión, el programa debe organizarse cuidadosamente y la secuencia de instrucciones debe organizarse razonablemente para minimizar los efectos negativos, como los retrasos en la respuesta causados ​​por el ciclo de exploración.

En resumen, el uso de escaneo cíclico es la característica más importante que distingue al PLC de las microcomputadoras y otros equipos de control.

(3) Características del PLC

Las características del PLC se pueden resumir aproximadamente de la siguiente manera:

(1) Fuerte capacidad antiinterferencias y alta confiabilidad. Los diseñadores de PLC han tomado varias medidas para mejorar la confiabilidad, principalmente en los siguientes aspectos:

① Tanto la entrada como la salida adoptan aislamiento fotoeléctrico, lo que mejora la capacidad antiinterferencia.

②La fuente de alimentación de entrada y la fuente de alimentación de salida del host pueden ser independientes entre sí, lo que reduce la interferencia entre las fuentes de alimentación.

③Adopte el método de trabajo de escaneo cíclico. Mejora la capacidad antiinterferencias.

④Se utiliza internamente un circuito de "monitor" para garantizar que la CPU funcione de manera confiable.

⑤ Adopte un embalaje y una estructura interna sellados, a prueba de polvo y vibraciones, que puedan adaptarse a entornos hostiles.

Debido a estas medidas, el PLC tiene una fuerte capacidad antiinterferencia. Los experimentos han demostrado que generalmente puede resistir interferencias de pulso estrecho de 1kV y 1μs. Su tiempo medio entre fallos (MTBF) suele alcanzar entre 50.000 y 100.000 horas.

(2) La estructura de combinación modular hace que el sistema sea muy flexible y se puede combinar según sea necesario, lo que facilita el mantenimiento y la implementación del control descentralizado.

(3) El lenguaje de programación es simple, fácil de aprender y fácil de popularizar. PLC utiliza un lenguaje de programación orientado a procesos de control, que es simple, intuitivo, fácil de aprender y recordar, y puede ser aprendido fácilmente por personas sin conocimientos de informática, por lo que es adecuado para la promoción en empresas industriales y mineras.

(4) Se puede modificar en línea y tiene buena flexibilidad.

(4) Ocasiones de aplicación del PLC

El PLC se ha utilizado ampliamente en acero, minería, cemento, petróleo, industria química, energía eléctrica, fabricación de maquinaria, carga y descarga de automóviles y fabricación de papel. Y textiles en el país y en el extranjero, protección del medio ambiente y entretenimiento y otras industrias. Sus aplicaciones se pueden dividir a grandes rasgos en los siguientes tipos:

(1) Uso del control lógico de iluminación. Este es el ámbito de aplicación más básico del PLC. El PLC se puede utilizar para reemplazar el control de relés tradicional, como máquinas herramienta eléctricas, centros de control de motores, etc., y también puede reemplazar el control de secuencia, como carga de altos hornos, control de ascensores, acceso a carga, transporte, pruebas, etc. En resumen, el PLC se puede utilizar para el control automatizado de máquinas individuales, grupos de máquinas múltiples y líneas de producción.

(2) Control digital para procesamiento mecánico. Los dispositivos PLC y de control numérico por computadora (NCN) se combinan en uno, que puede realizar el control numérico y formar una máquina herramienta CNC.

(3) Para el control del robot, se puede utilizar un PLC para realizar el control del robot de 3 a 6 ejes.

(4) Se utiliza para el control de procesos de circuito cerrado. Los PLC modernos a gran escala están equipados con programas de palabras PID o módulos PID, que pueden realizar un control de ajuste de bucle único y de bucle múltiple.

(5) Se utiliza para formar un sistema de control multipolar y realizar una red de automatización de fábrica.

(6) En la actualidad, el control automático y la detección de seguridad en la conducción de vagones de pasajeros ferroviarios se utilizan ampliamente en mi país, y es la dirección de desarrollo de los equipos y la tecnología de los vagones de pasajeros ferroviarios en mi país.