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(shí)與技術(shù)，為我國(guó)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(duì)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(jiǎn)介
1.1 光機(jī)電一體化試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)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(tái)。
1.2 PLC 簡(jiǎn)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(duì)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(yǔ)言比較類似的梯形圖語(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(tǒng)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、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(chǎng)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(duì)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(duì)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(zhǎng)，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(cāng)中未加工的工件自動(dòng)輸送到物料臺(tái)之上，等待后續(xù)加工流程。②加工單元。將物料臺(tái)之上由機(jī)械手裝置輸送過來(lái)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(tái)之上。③裝配單元。把料倉(cāng)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(duì)裝配單元輸送過來(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(xiàn)分流。⑤輸送單元。負(fù)責(zé)抓取物料臺(tái)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(duì)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(kù)，不僅為系統(tǒng)的使用與操作帶來(lái)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(cè)、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(duì)應(yīng)。這種模塊式的設(shè)計(jì)方式不僅直觀、簡(jiǎn)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(lái)說(shuō)，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(duì)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(cè)，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(duì)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(lái)說(shuō)，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(cè)，從而幫助相關(guān)人員對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)實(shí)際工作情況對(duì)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(guó)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(jiǎn)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(jiǎn)單光機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)裝置與PLC，對(duì)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(duì)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(guó)機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了新途徑。