文/竇晨 王蕊

基于PLC的光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文/竇晨 王蕊

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，光機(jī)電一體化作為光學(xué)和機(jī)械電機(jī)工程相互綜合的產(chǎn)物，這項(xiàng)技術(shù)也在迅猛發(fā)展，而且在許多領(lǐng)域都有了應(yīng)用。而要實(shí)現(xiàn)光機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，將PLC技術(shù)應(yīng)用在光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，這起到了關(guān)鍵作用。本文論述了基于PLC的光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先，文章對(duì)PLC和光電及一體化進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，接著就基于PLC的光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，其中包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)的五大促成要素和四項(xiàng)原則，并且進(jìn)行了具體案例設(shè)計(jì)的分析。

PLC 光機(jī)電 一體化 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

1 概述

1.1 PLC

PLC全稱為可編程邏輯控制器，它是一款可用于編程的存儲(chǔ)器，它主要是用于完成邏輯運(yùn)算的執(zhí)行、順序的控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等用戶的指令，除此之外，它還可以運(yùn)用數(shù)字化或者模擬式輸出及輸入對(duì)機(jī)械生產(chǎn)進(jìn)行控制。

可編程邏輯控制器具有許多特點(diǎn)，首先，可編程邏輯控制器使用起來(lái)十分方便，而且編程簡(jiǎn)單，其主要采用的是簡(jiǎn)單的梯形圖、邏輯圖或者簡(jiǎn)單的程序語(yǔ)句來(lái)表達(dá)，所以對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，他們不用掌握十分完備的計(jì)算機(jī)知識(shí)，就可以很好地進(jìn)行操作。其次，可編程邏輯控制器的功能強(qiáng)大，價(jià)格還十分經(jīng)濟(jì)，故而其性能價(jià)格比是相對(duì)較高的。還有一點(diǎn)，就是可編程邏輯控制器的硬件配套往往十分齊全，用戶在使用時(shí)很方便，適應(yīng)能力強(qiáng)，很可靠，在抗干擾方面，其采用大量集中的繼電器，在減少接觸不良方面，可編程邏輯控制器在很大程度上具有優(yōu)勢(shì)，從而減少接觸不良帶來(lái)的許多故障。關(guān)于可編程邏輯控制器的維護(hù)和修理方面，其在設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試上的工作量少，從其維護(hù)工作來(lái)看，工作量也是相對(duì)較少的，而且操作起來(lái)方便，故障問(wèn)題能夠很快地解決。

1.2 光機(jī)電一體化

光機(jī)電一體化又叫做機(jī)械電子工程，這是機(jī)械工程與自動(dòng)化領(lǐng)域中的一個(gè)研究方向。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)不斷取得重大突破，光機(jī)電一體化的技術(shù)也在迅猛發(fā)展，光機(jī)電一體化在許多領(lǐng)域都有了應(yīng)用。從綜合層面來(lái)講，光機(jī)電一體化實(shí)際上是將許多技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合后的產(chǎn)物，其中就包括機(jī)械技術(shù)、電子工程技術(shù)、信息技術(shù)等等，在結(jié)合后將光機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中去，從而可以使得機(jī)械發(fā)展更加智能化和人性化。

2 基于PLC的光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 組成要素

基于PLC的光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)過(guò)程中首先需要注意的是光機(jī)電一體化系統(tǒng)中的組成要素，主要有五大要素，分別是結(jié)構(gòu)組成要素、動(dòng)力組成要素、感知組成要素、運(yùn)動(dòng)組成要素和職能組成要素。結(jié)構(gòu)組成要素是整個(gè)光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)組建的基礎(chǔ)，它為整個(gè)系統(tǒng)提供了結(jié)構(gòu)的支持，也就是說(shuō)，只有按照系統(tǒng)的要求，組建好結(jié)構(gòu)組成要素，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量的正常供應(yīng)和動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行。動(dòng)力組成要素在整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)中起到了提供動(dòng)力的作用，只有保證了動(dòng)力的充足，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定的工作。而感知組成要素在光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中主要是對(duì)系統(tǒng)自身的運(yùn)行狀態(tài)和工作環(huán)境的一個(gè)感知，從各種參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行收集、分析和處理，并且以可被識(shí)別的信號(hào)輸出，從而產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)控信息，使得整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)得以監(jiān)測(cè)。在運(yùn)動(dòng)組成要素常常與動(dòng)力組成要素相互搭配起作用，都是為系統(tǒng)運(yùn)行所需要的動(dòng)力提供基礎(chǔ)保障。職能組成要素在控制和處理信息部分發(fā)揮著巨大的作用，由于感知組成要素是作用于收集系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，在收集到大量數(shù)據(jù)之后，就需要對(duì)呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)和加工，從而能夠使得整個(gè)系統(tǒng)按照獲得的指令進(jìn)行運(yùn)作?？偨Y(jié)來(lái)講，光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不可忽略這五大組成要素的基本功能和作用。

2.2 設(shè)計(jì)原則

光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不僅需要考慮各個(gè)組成要素的作用，還需要遵循設(shè)計(jì)的原則，這些原則主要分為四部分，分別是接口耦合、運(yùn)動(dòng)傳遞、信息控制和能量轉(zhuǎn)換四項(xiàng)基本原則。首先是接口耦合原則，也就是說(shuō)兩個(gè)需要進(jìn)行信息傳遞的接口或者需要進(jìn)行傳遞的環(huán)節(jié)之間，如果其信息模式不一致就會(huì)造成信息無(wú)法傳遞的嚴(yán)重后果，因此，在這里就需要遵循接口耦合的原則，利用接口耦合使得信息得以傳遞。在信號(hào)相對(duì)較弱的兩個(gè)環(huán)節(jié)之間，也需要通過(guò)接口耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大信號(hào)的效果，從而能夠匹配，使得信號(hào)的變換更加清晰、可靠，而且更加快速、精準(zhǔn)。第二項(xiàng)原則，能量轉(zhuǎn)換原則，兩個(gè)需要進(jìn)行傳輸和轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)之間，常常會(huì)出現(xiàn)由于信息模式的不同而無(wú)法進(jìn)行直接的信息傳遞，所以在這里不僅需要接口耦合，還需要能量的轉(zhuǎn)換，只有能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，才能使得執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)器等不同能量實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的工作效率。第三，信息控制，在光電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，在數(shù)據(jù)的收集、傳輸、存儲(chǔ)、分析等都是進(jìn)行信息處理的過(guò)程，而達(dá)到最優(yōu)的信息控制，是提高光電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量和效率最關(guān)鍵的一步。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的日益更新，機(jī)械智能化已經(jīng)成為現(xiàn)代科技的標(biāo)志，所以，在光電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中，遵循信息控制原則，實(shí)際上可以推進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)的智能化水平。第四，運(yùn)動(dòng)傳遞原則，在光機(jī)電一體化系統(tǒng)的各個(gè)組成要素之間，運(yùn)動(dòng)傳遞能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)要素的信息傳輸和運(yùn)動(dòng)控制的目的。

2.3 具體設(shè)計(jì)

光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的就是要保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完整性，下面就以水池補(bǔ)水系統(tǒng)為例，對(duì)基于PLC的光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

首先是動(dòng)力部分，水池補(bǔ)水系統(tǒng)選擇電力作為動(dòng)力部分，動(dòng)力部分的設(shè)計(jì)需要滿足系統(tǒng)的動(dòng)力需求，以保證整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力源泉不會(huì)枯竭；就目前來(lái)講，常見(jiàn)的動(dòng)力源有電能、風(fēng)能、水能、人力、畜力等，而水池補(bǔ)水系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)選擇電能即可。其次，是水池補(bǔ)水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部分，在進(jìn)行光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要考慮實(shí)現(xiàn)的效果，從而有針對(duì)性地選取相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)，在搭配其他部件，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化控制，這里以水池補(bǔ)水系統(tǒng)作為例子，這里的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是需要?jiǎng)恿Σ糠謥?lái)帶動(dòng)的，因此，它也是整個(gè)系統(tǒng)最后發(fā)揮作用的部分，也可以算是系統(tǒng)的核心；執(zhí)行器部分是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一，在實(shí)際操作中，常常是需要通過(guò)信號(hào)路線與PLC連接，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的聯(lián)通和傳遞，在該水池補(bǔ)水系統(tǒng)的執(zhí)行器的選擇上，選取電動(dòng)截止閥和開(kāi)關(guān)共同作為執(zhí)行器的部分，當(dāng)PLC產(chǎn)生信號(hào)并傳輸?shù)綀?zhí)行器部分，執(zhí)行器就可以根據(jù)指令完成其任務(wù)；在水池補(bǔ)水系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)部分在很大程度上需要PLC的支持，從而對(duì)信息進(jìn)行收集、加工和存儲(chǔ)操作，計(jì)算機(jī)部分對(duì)于整個(gè)水池補(bǔ)水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)起到了一個(gè)總控的作用，就如同大腦之于身體，顯而易見(jiàn)其重要性；水池補(bǔ)水系統(tǒng)的傳感器部分，需要利用PLC來(lái)對(duì)系統(tǒng)自身和工作環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并且將傳感器收集到的信息傳輸給計(jì)算機(jī)部分，根據(jù)計(jì)算機(jī)程序的執(zhí)行，最終輸出結(jié)果，實(shí)現(xiàn)水池補(bǔ)水系統(tǒng)的隨環(huán)境調(diào)試，從而更好地完成其任務(wù)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日漸取得重大突破，光機(jī)電一體化作為光學(xué)和機(jī)械電機(jī)工程相互綜合的產(chǎn)物，這項(xiàng)技術(shù)也在迅猛發(fā)展，并且在許多領(lǐng)域，光機(jī)電一體化都有了應(yīng)用。而為了推進(jìn)光機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，將PLC技術(shù)應(yīng)用在光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，起到了關(guān)鍵作用。本文基于PLC的光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，雖然文章在內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排上還存在不足，但是希望通過(guò)文章能夠引起大眾對(duì)于PLC和光機(jī)電一體化的重視，并且在未來(lái)的研究中作出更多的創(chuàng)新。

[1]李利軍.基于PLC的光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].鄭州大學(xué),2013.

[2]徐雙君.基于PLC的光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].通訊世界,2016,(02):166.

[3]寇繼磊,毋麗麗.PLC在光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)物料輸送結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2016,(06):9.

作者單位山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院 山西省晉中市030800