基于PLC的光機電一體化實驗裝置設計與應用

經濟的飛速發展，促進了科學技術的研發與應用。光機電一體化實驗裝置就是一種典型的現代化技術裝置，其融合了各個學科的知識與技術，為我國機械制造行業的發展提供了極大的助力。而PLC 控制系統是光機電一體化實驗裝置的重要組成部分，其不僅影響著光機電一體化實驗裝置的設計水平，同時也極大地影響著其實際應用效果。鑒于此，對基于PLC 的光機電一體化實驗裝置設計與應用進行研究，有著十分重要的意義。
1 光機電一體化實驗裝置與PLC 簡介
1.1 光機電一體化試驗裝置簡介
光機電一體化試驗裝置是一項綜合性系統，其包括了機械、PLC、電氣、傳感、氣動以及計算機等諸多方面的技術應用，而且采用的是開放式與模塊式可拆卸結構，是培養學生實踐動手能力以及分析解決實際問題能力的重要平臺。
1.2 PLC 簡介
PLC 是一種工業控制所使用的電子計算機，其硬件設備與普通微機比較類似，核心是CPU，同時還包括RAM、ROM 以及輸入輸出模塊電路等。PLC 功能比較強大，主要包括數據運算、數據通信、數據轉換、順序控制以及邏輯運算等功能，其主要是利用控制程序，實現對各種機械設備或者生產過程的控制。PLC 應用人員大部分是電氣技術工作人員，故PLC 中采取了與繼電接觸器控制電路圖的編程語言比較類似的梯形圖語言，同時，梯形圖語言這一概念也是在原有的繼電器接觸器控制系統的電力原理圖進化而來的。所以，PLC 的編程語言更加直觀、形象、容易學習。此外，PLC 還同時具有多種功能比較強，且使用靈活性比較高的編程指令。
2 光機電一體化實驗裝置的系統組成
基于PLC 程序的光機電一體化實驗裝置屬于典型的光機電一體化產品，其不僅與工業生產制造現場比較接近，同時還在此基礎上進行了專門設計，對機電一體化的安裝以及調試能力進行了強化，以滿足教學與實訓的目的。
機電一體化實驗裝置控制系統的組成部分，主要分為供料、加工、裝配單元以及輸送搬運、成品分揀、圖像采集單元?？刂葡到y中的每一個單元，均是相對獨立的，能夠自成系統。通常情況下，控制系統中的各個單元的執行機構均是氣動式的執行機構。其中，輸送搬運單元的機械手裝置的動作執行是依靠步進電動機與精密的位置控制系統實現的。步進電動機驅動系統不僅行程較長，且定位點也足夠多，屬于典型的一維位置控制系統；而成品分揀單元主要是靠傳送帶實現分揀的，傳動帶的驅動依靠的是三相異步電動機的交流傳動裝置。
機電一體化實驗裝置控制系統的各個組成部分的功能如下：①供料單元。根據工作要求，將料倉中未加工的工件自動輸送到物料臺之上，等待后續加工流程。②加工單元。將物料臺之上由機械手裝置輸送過來的工件，放在沖壓機構之下，進行一次沖壓加工，之后再將工件放回物料臺之上。③裝配單元。把料倉的工件與已經完成加工的工件進行裝配組合。④分揀單元。對裝配單元輸送過來的已經完成加工與裝配的工件實行分揀，并確保不同顏色的工件進入不同的滑槽實現分流。⑤輸送單元。負責抓取物料臺上的工件，并將抓取的工件運送到特點的位置。⑥新增了人機對話這一功能。在控制系統中應用智能I/O 通道以及智能數據庫，不僅為系統的使用與操作帶來了極大的便利，同時也使系統維護變得更加方便、。
3 基于PLC 程序的光機電一體化實驗裝置設計
基于PLC 程序的光機電一體化實驗裝置控制系統主要分為五個工位組，設計的過程中，既要保證各個工位均能夠獨立運行，同時還要保證其能夠實現聯網通訊運行。此外，控制系統的設計還要保證可以進行手動、自動控制以及參數的設置?？刂葡到y的主要單元包括傳感器檢測、氣動元件控制、步進電機控制以及變頻器控制等。
基于PLC 程序的光機電一體化實驗裝置中控制程序的設計，采取的是模塊式的設計方式，即一種特定的功能與一個特點的模塊相對應。這種模塊式的設計方式不僅直觀、簡潔，而且方便后續的程序調試、修改以及程序移植。具體來說，控制程度的設計需要根據實際需求，設計自動控制模塊與手動控制模塊這兩種。一方面，在自動控制方式下，在下料、加工、輸送、裝配以及成品分揀的整個流程中，通過互聯網通訊的協調配合，滿足特定的控制要求，并且完成控制系統的急停、復位、斷點、保護等控制要求。另一方面，在手動控制方式下，控制程序的設計的必須滿足一項原則，即各個控制單元能夠在網絡通訊發生故障或手動的模式下實現獨立運行，且各個系統控制單元可以實現單步運行功能，方便后續的單元調試以及系統故障診斷。
4 基于PLC 的光機電一體化實驗裝置的應用
4.1 在挖掘機制造過程中的應用
在制造挖掘機的過程中，通過模擬控制理論以及控制系統的應用，可以實現對挖掘機液壓系統中泵的控制壓力、輸油壓力以及其余參數的準確檢測，并且將系統的運行參數反饋到控制系統當中，這種情況下，控制系統便可以根據實際工作情況與工作需求，對挖掘機控制器的工作方式進行合理調整，由此便實現了控制系統的設計應用。
4.2 在壓縮機制造過程中的應用
除了挖掘機的制造，壓縮機的制造也是控制系統的主要應用范圍。具體來說，在制造壓縮機的過程中，利用控制系統能夠對震動輪內部偏心塊的震動曲線進行檢測，從而幫助相關人員對震動輪的加速度進行分析，后利用傅里葉變換等方式，計算出地面壓實的數據，以此來實現，根據實際工作情況對壓縮機的工作模式進行合理調整的終目的。
4.3 在大型起重機機械制造中的應用
隨著光機電一體化實驗裝置設計的不斷完善，現如今在國外大型起重機械的制造行業，已經逐步應用了該控制系統的模糊控制功能。通過模糊控制功能的應用，能夠將實踐經驗與理論操作參數項相結合，再利用微處理技術，將控制系統變得可以跟人工操作一樣簡單、方便，不僅能夠顯著增強大型起重機械的工作效率，同時也會提高其工作過程中的安全性能更高。
5 結論
PLC 控制系統的設計，是整個光機電一體化實驗裝置設計、安裝與調試的重中之重。因此，必須根據不同的控制系統要求，選擇出的PLC 控制系統的設計方案，并且靈活的將不同設計方式進行綜合應用，以期達到的設計效果。本文通過簡單光機電一體化實驗裝置與PLC，對光機電一體化實驗裝置的系統組成進行了分析，同時重點對基于PLC 程序的光機電一體化實驗裝置設計及其具體應用進行了研究。通過研究發現，現階段基于PLC 程序的光機電一體化實驗裝置設計主要應用在挖掘機、壓縮機以及大型起重機械的制造過程當中，不僅極大的提高了機械設備的作業效率，同時也顯著增強了機械設備可操作程度以及作業的安全性，為我國機械制造行業的發展創造了新途徑。