基于PLC的光机电一体化实验装置设计与应用

经济的飞速发展，促进了科学技术的研发与应用。光机电一体化实验装置就是一种典型的现代化技术装置，其融合了各个学科的知识与技术，为我国机械制造行业的发展提供了极大的助力。而PLC 控制系统是光机电一体化实验装置的重要组成部分，其不仅影响着光机电一体化实验装置的设计水平，同时也极大地影响着其实际应用效果。鉴于此，对基于PLC 的光机电一体化实验装置设计与应用进行研究，有着十分重要的意义。
1 光机电一体化实验装置与PLC 简介
1.1 光机电一体化试验装置简介
光机电一体化试验装置是一项综合性系统，其包括了机械、PLC、电气、传感、气动以及计算机等诸多方面的技术应用，而且采用的是开放式与模块式可拆卸结构，是培养学生实践动手能力以及分析解决实际问题能力的重要平台。
1.2 PLC 简介
PLC 是一种工业控制所使用的电子计算机，其硬件设备与普通微机比较类似，核心是CPU，同时还包括RAM、ROM 以及输入输出模块电路等。PLC 功能比较强大，主要包括数据运算、数据通信、数据转换、顺序控制以及逻辑运算等功能，其主要是利用控制程序，实现对各种机械设备或者生产过程的控制。PLC 应用人员大部分是电气技术工作人员，故PLC 中采取了与继电接触器控制电路图的编程语言比较类似的梯形图语言，同时，梯形图语言这一概念也是在原有的继电器接触器控制系统的电力原理图进化而来的。所以，PLC 的编程语言更加直观、形象、容易学习。此外，PLC 还同时具有多种功能比较强，且使用灵活性比较高的编程指令。
2 光机电一体化实验装置的系统组成
基于PLC 程序的光机电一体化实验装置属于典型的光机电一体化产品，其不仅与工业生产制造现场比较接近，同时还在此基础上进行了专门设计，对机电一体化的安装以及调试能力进行了强化，以满足教学与实训的目的。
机电一体化实验装置控制系统的组成部分，主要分为供料、加工、装配单元以及输送搬运、成品分拣、图像采集单元。控制系统中的每一个单元，均是相对独立的，能够自成系统。通常情况下，控制系统中的各个单元的执行机构均是气动式的执行机构。其中，输送搬运单元的机械手装置的动作执行是依靠步进电动机与精密的位置控制系统实现的。步进电动机驱动系统不仅行程较长，且定位点也足够多，属于典型的一维位置控制系统；而成品分拣单元主要是靠传送带实现分拣的，传动带的驱动依靠的是三相异步电动机的交流传动装置。
机电一体化实验装置控制系统的各个组成部分的功能如下：①供料单元。根据工作要求，将料仓中未加工的工件自动输送到物料台之上，等待后续加工流程。②加工单元。将物料台之上由机械手装置输送过来的工件，放在冲压机构之下，进行一次冲压加工，之后再将工件放回物料台之上。③装配单元。把料仓的工件与已经完成加工的工件进行装配组合。④分拣单元。对装配单元输送过来的已经完成加工与装配的工件实行分拣，并确保不同颜色的工件进入不同的滑槽实现分流。⑤输送单元。负责抓取物料台上的工件，并将抓取的工件运送到特点的位置。⑥新增了人机对话这一功能。在控制系统中应用智能I/O 通道以及智能数据库，不仅为系统的使用与操作带来了极大的便利，同时也使系统维护变得更加方便、。
3 基于PLC 程序的光机电一体化实验装置设计
基于PLC 程序的光机电一体化实验装置控制系统主要分为五个工位组，设计的过程中，既要保证各个工位均能够独立运行，同时还要保证其能够实现联网通讯运行。此外，控制系统的设计还要保证可以进行手动、自动控制以及参数的设置。控制系统的主要单元包括传感器检测、气动元件控制、步进电机控制以及变频器控制等。
基于PLC 程序的光机电一体化实验装置中控制程序的设计，采取的是模块式的设计方式，即一种特定的功能与一个特点的模块相对应。这种模块式的设计方式不仅直观、简洁，而且方便后续的程序调试、修改以及程序移植。具体来说，控制程度的设计需要根据实际需求，设计自动控制模块与手动控制模块这两种。一方面，在自动控制方式下，在下料、加工、输送、装配以及成品分拣的整个流程中，通过互联网通讯的协调配合，满足特定的控制要求，并且完成控制系统的急停、复位、断点、保护等控制要求。另一方面，在手动控制方式下，控制程序的设计的必须满足一项原则，即各个控制单元能够在网络通讯发生故障或手动的模式下实现独立运行，且各个系统控制单元可以实现单步运行功能，方便后续的单元调试以及系统故障诊断。
4 基于PLC 的光机电一体化实验装置的应用
4.1 在挖掘机制造过程中的应用
在制造挖掘机的过程中，通过模拟控制理论以及控制系统的应用，可以实现对挖掘机液压系统中泵的控制压力、输油压力以及其余参数的准确检测，并且将系统的运行参数反馈到控制系统当中，这种情况下，控制系统便可以根据实际工作情况与工作需求，对挖掘机控制器的工作方式进行合理调整，由此便实现了控制系统的设计应用。
4.2 在压缩机制造过程中的应用
除了挖掘机的制造，压缩机的制造也是控制系统的主要应用范围。具体来说，在制造压缩机的过程中，利用控制系统能够对震动轮内部偏心块的震动曲线进行检测，从而帮助相关人员对震动轮的加速度进行分析，后利用傅里叶变换等方式，计算出地面压实的数据，以此来实现，根据实际工作情况对压缩机的工作模式进行合理调整的终目的。
4.3 在大型起重机机械制造中的应用
随着光机电一体化实验装置设计的不断完善，现如今在国外大型起重机械的制造行业，已经逐步应用了该控制系统的模糊控制功能。通过模糊控制功能的应用，能够将实践经验与理论操作参数项相结合，再利用微处理技术，将控制系统变得可以跟人工操作一样简单、方便，不仅能够显著增强大型起重机械的工作效率，同时也会提高其工作过程中的安全性能更高。
5 结论
PLC 控制系统的设计，是整个光机电一体化实验装置设计、安装与调试的重中之重。因此，必须根据不同的控制系统要求，选择出的PLC 控制系统的设计方案，并且灵活的将不同设计方式进行综合应用，以期达到的设计效果。本文通过简单光机电一体化实验装置与PLC，对光机电一体化实验装置的系统组成进行了分析，同时重点对基于PLC 程序的光机电一体化实验装置设计及其具体应用进行了研究。通过研究发现，现阶段基于PLC 程序的光机电一体化实验装置设计主要应用在挖掘机、压缩机以及大型起重机械的制造过程当中，不仅极大的提高了机械设备的作业效率，同时也显著增强了机械设备可操作程度以及作业的安全性，为我国机械制造行业的发展创造了新途径。