基于PLC的光機電一體化實(shí)驗裝置設計與應用

經(jīng)濟的飛速發(fā)展，促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的研發(fā)與應用。光機電一體化實(shí)驗裝置就是一種典型的現代化技術(shù)裝置，其融合了各個(gè)學(xué)科的知識與技術(shù)，為我國機械制造行業(yè)的發(fā)展提供了極大的助力。而PLC 控制系統是光機電一體化實(shí)驗裝置的重要組成部分，其不僅影響著(zhù)光機電一體化實(shí)驗裝置的設計水平，同時(shí)也極大地影響著(zhù)其實(shí)際應用效果。鑒于此，對基于PLC 的光機電一體化實(shí)驗裝置設計與應用進(jìn)行研究，有著(zhù)十分重要的意義。
1 光機電一體化實(shí)驗裝置與PLC 簡(jiǎn)介
1.1 光機電一體化試驗裝置簡(jiǎn)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(dòng)以及計算機等諸多方面的技術(shù)應用，而且采用的是開(kāi)放式與模塊式可拆卸結構，是培養學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力以及分析解決實(shí)際問(wèn)題能力的重要平臺。
1.2 PLC 簡(jiǎn)介
PLC 是一種工業(yè)控制所使用的電子計算機，其硬件設備與普通微機比較類(lèi)似，核心是CPU，同時(shí)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(shí)現對各種機械設備或者生產(chǎn)過(guò)程的控制。PLC 應用人員大部分是電氣技術(shù)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(yǔ)言比較類(lèi)似的梯形圖語(yǔ)言，同時(shí)，梯形圖語(yǔ)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(jìn)化而來(lái)的。所以，PLC 的編程語(yǔ)言更加直觀(guān)、形象、容易學(xué)習。此外，PLC 還同時(shí)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(shí)驗裝置的系統組成
基于PLC 程序的光機電一體化實(shí)驗裝置屬于典型的光機電一體化產(chǎn)品，其不僅與工業(yè)生產(chǎn)制造現場(chǎng)比較接近，同時(shí)還在此基礎上進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)設計，對機電一體化的安裝以及調試能力進(jìn)行了強化，以滿(mǎn)足教學(xué)與實(shí)訓的目的。
機電一體化實(shí)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(gè)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(gè)單元的執行機構均是氣動(dòng)式的執行機構。其中，輸送搬運單元的機械手裝置的動(dòng)作執行是依靠步進(jìn)電動(dòng)機與精密的位置控制系統實(shí)現的。步進(jìn)電動(dòng)機驅動(dòng)系統不僅行程較長(cháng)，且定位點(diǎn)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(shí)現分揀的，傳動(dòng)帶的驅動(dòng)依靠的是三相異步電動(dòng)機的交流傳動(dòng)裝置。
機電一體化實(shí)驗裝置控制系統的各個(gè)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(dòng)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(guò)來(lái)的工件，放在沖壓機構之下，進(jìn)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(jīng)完成加工的工件進(jìn)行裝配組合。④分揀單元。對裝配單元輸送過(guò)來(lái)的已經(jīng)完成加工與裝配的工件實(shí)行分揀，并確保不同顏色的工件進(jìn)入不同的滑槽實(shí)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(diǎn)的位置。⑥新增了人機對話(huà)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(lái)了極大的便利，同時(shí)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(shí)驗裝置設計
基于PLC 程序的光機電一體化實(shí)驗裝置控制系統主要分為五個(gè)工位組，設計的過(guò)程中，既要保證各個(gè)工位均能夠獨立運行，同時(shí)還要保證其能夠實(shí)現聯(lián)網(wǎng)通訊運行。此外，控制系統的設計還要保證可以進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)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(dòng)元件控制、步進(jìn)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(shí)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(gè)特點(diǎn)的模塊相對應。這種模塊式的設計方式不僅直觀(guān)、簡(jiǎn)潔，而且方便后續的程序調試、修改以及程序移植。具體來(lái)說(shuō)，控制程度的設計需要根據實(shí)際需求，設計自動(dòng)控制模塊與手動(dòng)控制模塊這兩種。一方面，在自動(dòng)控制方式下，在下料、加工、輸送、裝配以及成品分揀的整個(gè)流程中，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)通訊的協(xié)調配合，滿(mǎn)足特定的控制要求，并且完成控制系統的急停、復位、斷點(diǎn)、保護等控制要求。另一方面，在手動(dòng)控制方式下，控制程序的設計的必須滿(mǎn)足一項原則，即各個(gè)控制單元能夠在網(wǎng)絡(luò )通訊發(fā)生故障或手動(dòng)的模式下實(shí)現獨立運行，且各個(gè)系統控制單元可以實(shí)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(shí)驗裝置的應用
4.1 在挖掘機制造過(guò)程中的應用
在制造挖掘機的過(guò)程中，通過(guò)模擬控制理論以及控制系統的應用，可以實(shí)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(shí)際工作情況與工作需求，對挖掘機控制器的工作方式進(jìn)行合理調整，由此便實(shí)現了控制系統的設計應用。
4.2 在壓縮機制造過(guò)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(lái)說(shuō)，在制造壓縮機的過(guò)程中，利用控制系統能夠對震動(dòng)輪內部偏心塊的震動(dòng)曲線(xiàn)進(jìn)行檢測，從而幫助相關(guān)人員對震動(dòng)輪的加速度進(jìn)行分析，后利用傅里葉變換等方式，計算出地面壓實(shí)的數據，以此來(lái)實(shí)現，根據實(shí)際工作情況對壓縮機的工作模式進(jìn)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(zhù)光機電一體化實(shí)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(yè)，已經(jīng)逐步應用了該控制系統的模糊控制功能。通過(guò)模糊控制功能的應用，能夠將實(shí)踐經(jīng)驗與理論操作參數項相結合，再利用微處理技術(shù)，將控制系統變得可以跟人工操作一樣簡(jiǎn)單、方便，不僅能夠顯著(zhù)增強大型起重機械的工作效率，同時(shí)也會(huì )提高其工作過(guò)程中的安全性能更高。
5 結論
PLC 控制系統的設計，是整個(gè)光機電一體化實(shí)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(jìn)行綜合應用，以期達到的設計效果。本文通過(guò)簡(jiǎn)單光機電一體化實(shí)驗裝置與PLC，對光機電一體化實(shí)驗裝置的系統組成進(jìn)行了分析，同時(shí)重點(diǎn)對基于PLC 程序的光機電一體化實(shí)驗裝置設計及其具體應用進(jìn)行了研究。通過(guò)研究發(fā)現，現階段基于PLC 程序的光機電一體化實(shí)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(guò)程當中，不僅極大的提高了機械設備的作業(yè)效率，同時(shí)也顯著(zhù)增強了機械設備可操作程度以及作業(yè)的安全性，為我國機械制造行業(yè)的發(fā)展創(chuàng )造了新途徑。