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(shí)驗(yàn)裝置就是一種典型的現(xiàn)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(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(shí)驗(yàn)裝置的重要組成部分，其不僅影響著光機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)水平，同時(shí)也極大地影響著其實(shí)際應(yīng)用效果。鑒于此，對基于PLC 的光機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)裝置與PLC 簡介
1.1 光機(jī)電一體化試驗(yàn)裝置簡介
光機(jī)電一體化試驗(yàn)裝置是一項(xiàng)綜合性系統(tǒng)，其包括了機(jī)械、PLC、電氣、傳感、氣動(dòng)以及計(jì)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(shí)踐動(dòng)手能力以及分析解決實(shí)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(jì)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(shí)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(yùn)算、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、順序控制以及邏輯運(yùn)算等功能，其主要是利用控制程序，實(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)驗(yàn)裝置的系統(tǒng)組成
基于PLC 程序的光機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)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(shí)還在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)，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(shí)訓(xùn)的目的。
機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)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(yùn)、成品分揀、圖像采集單元?？刂葡到y(tǒng)中的每一個(gè)單元，均是相對獨(dú)立的，能夠自成系統(tǒng)。通常情況下，控制系統(tǒng)中的各個(gè)單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)均是氣動(dòng)式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中，輸送搬運(yùn)單元的機(jī)械手裝置的動(dòng)作執(zhí)行是依靠步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與精密的位置控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅行程較長，且定位點(diǎn)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(shí)現(xiàn)分揀的，傳動(dòng)帶的驅(qū)動(dòng)依靠的是三相異步電動(dòng)機(jī)的交流傳動(dòng)裝置。
機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)的各個(gè)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(dòng)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(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(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(yùn)送到特點(diǎn)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(shí)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(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)
基于PLC 程序的光機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)主要分為五個(gè)工位組，設(shè)計(jì)的過程中，既要保證各個(gè)工位均能夠獨(dú)立運(yùn)行，同時(shí)還要保證其能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通訊運(yùn)行。此外，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還要保證可以進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)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(dòng)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(shí)驗(yàn)裝置中控制程序的設(shè)計(jì)，采取的是模塊式的設(shè)計(jì)方式，即一種特定的功能與一個(gè)特點(diǎn)的模塊相對應(yīng)。這種模塊式的設(shè)計(jì)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(jì)需要根據(jù)實(shí)際需求，設(shè)計(jì)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(diǎn)、保護(hù)等控制要求。另一方面，在手動(dòng)控制方式下，控制程序的設(shè)計(jì)的必須滿足一項(xiàng)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(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行，且各個(gè)系統(tǒng)控制單元可以實(shí)現(xiàn)單步運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(yùn)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(shí)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(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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?dòng)輪內(nèi)部偏心塊的震動(dòng)曲線進(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(jì)算出地面壓實(shí)的數(shù)據(jù)，以此來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)實(shí)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(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)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)?shí)踐經(jīng)驗(yàn)與理論操作參數(shù)項(xiàng)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(shí)也會(huì)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(jì)，是整個(gè)光機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)、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(jì)方案，并且靈活的將不同設(shè)計(jì)方式進(jìn)行綜合應(yīng)用，以期達(dá)到的設(shè)計(jì)效果。本文通過簡單光機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)裝置與PLC，對光機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)裝置的系統(tǒng)組成進(jìn)行了分析，同時(shí)重點(diǎn)對基于PLC 程序的光機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)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(shí)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。