經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。光機(jī)電一體化實驗裝置就是一種典型的現(xiàn)代化技術(shù)裝置，其融合了各個學(xué)科的知識與技術(shù)，為我國機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展提供了極大的助力。而PLC 控制系統(tǒng)是光機(jī)電一體化實驗裝置的重要組成部分，其不僅影響著光機(jī)電一體化實驗裝置的設(shè)計水平，同時也極大地影響著其實際應(yīng)用效果。鑒于此，對基于PLC 的光機(jī)電一體化實驗裝置設(shè)計與應(yīng)用進(jìn)行研究，有著十分重要的意義。
1 光機(jī)電一體化實驗裝置與PLC 簡介
1.1 光機(jī)電一體化試驗裝置簡介
光機(jī)電一體化試驗裝置是一項綜合性系統(tǒng)，其包括了機(jī)械、PLC、電氣、傳感、氣動以及計算機(jī)等諸多方面的技術(shù)應(yīng)用，而且采用的是開放式與模塊式可拆卸結(jié)構(gòu)，是培養(yǎng)學(xué)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(yè)控制所使用的電子計算機(jī)，其硬件設(shè)備與普通微機(jī)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(qiáng)大，主要包括數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(xiàn)對各種機(jī)械設(shè)備或者生產(chǎn)過程的控制。PLC 應(yīng)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(tǒng)的電力原理圖進(jìn)化而來的。所以，PLC 的編程語言更加直觀、形象、容易學(xué)習(xí)。此外，PLC 還同時具有多種功能比較強(qiáng)，且使用靈活性比較高的編程指令。
2 光機(jī)電一體化實驗裝置的系統(tǒng)組成
基于PLC 程序的光機(jī)電一體化實驗裝置屬于典型的光機(jī)電一體化產(chǎn)品，其不僅與工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場比較接近，同時還在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了專門設(shè)計，對機(jī)電一體化的安裝以及調(diào)試能力進(jìn)行了強(qiáng)化，以滿足教學(xué)與實訓(xùn)的目的。
機(jī)電一體化實驗裝置控制系統(tǒng)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(tǒng)中的每一個單元，均是相對獨立的，能夠自成系統(tǒng)。通常情況下，控制系統(tǒng)中的各個單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)均是氣動式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中，輸送搬運單元的機(jī)械手裝置的動作執(zhí)行是依靠步進(jìn)電動機(jī)與精密的位置控制系統(tǒng)實現(xiàn)的。步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)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(tǒng)；而成品分揀單元主要是靠傳送帶實現(xiàn)分揀的，傳動帶的驅(qū)動依靠的是三相異步電動機(jī)的交流傳動裝置。
機(jī)電一體化實驗裝置控制系統(tǒng)的各個組成部分的功能如下：①供料單元。根據(jù)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(xù)加工流程。②加工單元。將物料臺之上由機(jī)械手裝置輸送過來的工件，放在沖壓機(jī)構(gòu)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。對裝配單元輸送過來的已經(jīng)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(jìn)入不同的滑槽實現(xiàn)分流。⑤輸送單元。負(fù)責(zé)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(jī)對話這一功能。在控制系統(tǒng)中應(yīng)用智能I/O 通道以及智能數(shù)據(jù)庫，不僅為系統(tǒng)的使用與操作帶來了極大的便利，同時也使系統(tǒng)維護(hù)變得更加方便、。
3 基于PLC 程序的光機(jī)電一體化實驗裝置設(shè)計
基于PLC 程序的光機(jī)電一體化實驗裝置控制系統(tǒng)主要分為五個工位組，設(shè)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?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通訊運行。此外，控制系統(tǒng)的設(shè)計還要保證可以進(jìn)行手動、自動控制以及參數(shù)的設(shè)置?？刂葡到y(tǒng)的主要單元包括傳感器檢測、氣動元件控制、步進(jìn)電機(jī)控制以及變頻器控制等。
基于PLC 程序的光機(jī)電一體化實驗裝置中控制程序的設(shè)計，采取的是模塊式的設(shè)計方式，即一種特定的功能與一個特點的模塊相對應(yīng)。這種模塊式的設(shè)計方式不僅直觀、簡潔，而且方便后續(xù)的程序調(diào)試、修改以及程序移植。具體來說，控制程度的設(shè)計需要根據(jù)實際需求，設(shè)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(lián)網(wǎng)通訊的協(xié)調(diào)配合，滿足特定的控制要求，并且完成控制系統(tǒng)的急停、復(fù)位、斷點、保護(hù)等控制要求。另一方面，在手動控制方式下，控制程序的設(shè)計的必須滿足一項原則，即各個控制單元能夠在網(wǎng)絡(luò)通訊發(fā)生故障或手動的模式下實現(xiàn)獨立運行，且各個系統(tǒng)控制單元可以實現(xiàn)單步運行功能，方便后續(xù)的單元調(diào)試以及系統(tǒng)故障診斷。
4 基于PLC 的光機(jī)電一體化實驗裝置的應(yīng)用
4.1 在挖掘機(jī)制造過程中的應(yīng)用
在制造挖掘機(jī)的過程中，通過模擬控制理論以及控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中泵的控制壓力、輸油壓力以及其余參數(shù)的準(zhǔn)確檢測，并且將系統(tǒng)的運行參數(shù)反饋到控制系統(tǒng)當(dāng)中，這種情況下，控制系統(tǒng)便可以根據(jù)實際工作情況與工作需求，對挖掘機(jī)控制器的工作方式進(jìn)行合理調(diào)整，由此便實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用。
4.2 在壓縮機(jī)制造過程中的應(yīng)用
除了挖掘機(jī)的制造，壓縮機(jī)的制造也是控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用范圍。具體來說，在制造壓縮機(jī)的過程中，利用控制系統(tǒng)能夠?qū)φ饎虞唭?nèi)部偏心塊的震動曲線進(jìn)行檢測，從而幫助相關(guān)人員對震動輪的加速度進(jìn)行分析，后利用傅里葉變換等方式，計算出地面壓實的數(shù)據(jù)，以此來實現(xiàn)，根據(jù)實際工作情況對壓縮機(jī)的工作模式進(jìn)行合理調(diào)整的終目的。
4.3 在大型起重機(jī)機(jī)械制造中的應(yīng)用
隨著光機(jī)電一體化實驗裝置設(shè)計的不斷完善，現(xiàn)如今在國外大型起重機(jī)械的制造行業(yè)，已經(jīng)逐步應(yīng)用了該控制系統(tǒng)的模糊控制功能。通過模糊控制功能的應(yīng)用，能夠?qū)嵺`經(jīng)驗與理論操作參數(shù)項相結(jié)合，再利用微處理技術(shù)，將控制系統(tǒng)變得可以跟人工操作一樣簡單、方便，不僅能夠顯著增強(qiáng)大型起重機(jī)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(jié)論
PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計，是整個光機(jī)電一體化實驗裝置設(shè)計、安裝與調(diào)試的重中之重。因此，必須根據(jù)不同的控制系統(tǒng)要求，選擇出的PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，并且靈活的將不同設(shè)計方式進(jìn)行綜合應(yīng)用，以期達(dá)到的設(shè)計效果。本文通過簡單光機(jī)電一體化實驗裝置與PLC，對光機(jī)電一體化實驗裝置的系統(tǒng)組成進(jìn)行了分析，同時重點對基于PLC 程序的光機(jī)電一體化實驗裝置設(shè)計及其具體應(yīng)用進(jìn)行了研究。通過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段基于PLC 程序的光機(jī)電一體化實驗裝置設(shè)計主要應(yīng)用在挖掘機(jī)、壓縮機(jī)以及大型起重機(jī)械的制造過程當(dāng)中，不僅極大的提高了機(jī)械設(shè)備的作業(yè)效率，同時也顯著增強(qiáng)了機(jī)械設(shè)備可操作程度以及作業(yè)的安全性，為我國機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了新途徑。