文/竇晨 王蕊

基于PLC的光機電一體化實訓系統(tǒng)設(shè)計

文/竇晨 王蕊

隨著社會經(jīng)濟水平的提高和科學技術(shù)的不斷進步，光機電一體化作為光學和機械電機工程相互綜合的產(chǎn)物，這項技術(shù)也在迅猛發(fā)展，而且在許多領(lǐng)域都有了應(yīng)用。而要實現(xiàn)光機電一體化技術(shù)的進一步發(fā)展，將PLC技術(shù)應(yīng)用在光機電一體化實訓系統(tǒng)的設(shè)計當中，這起到了關(guān)鍵作用。本文論述了基于PLC的光機電一體化實訓系統(tǒng)設(shè)計，首先，文章對PLC和光電及一體化進行了簡要概述，接著就基于PLC的光機電一體化實訓系統(tǒng)設(shè)計進行了探討，其中包括系統(tǒng)設(shè)計的五大促成要素和四項原則，并且進行了具體案例設(shè)計的分析。

PLC 光機電 一體化 實訓系統(tǒng) 設(shè)計

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器，它主要是用于完成邏輯運算的執(zhí)行、順序的控制、定時、計數(shù)等用戶的指令，除此之外，它還可以運用數(shù)字化或者模擬式輸出及輸入對機械生產(chǎn)進行控制。

可編程邏輯控制器具有許多特點，首先，可編程邏輯控制器使用起來十分方便，而且編程簡單，其主要采用的是簡單的梯形圖、邏輯圖或者簡單的程序語句來表達，所以對于用戶來說，他們不用掌握十分完備的計算機知識，就可以很好地進行操作。其次，可編程邏輯控制器的功能強大，價格還十分經(jīng)濟，故而其性能價格比是相對較高的。還有一點，就是可編程邏輯控制器的硬件配套往往十分齊全，用戶在使用時很方便，適應(yīng)能力強，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，從而減少接觸不良帶來的許多故障。關(guān)于可編程邏輯控制器的維護和修理方面，其在設(shè)計、安裝和調(diào)試上的工作量少，從其維護工作來看，工作量也是相對較少的，而且操作起來方便，故障問題能夠很快地解決。

1.2 光機電一體化

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

2 基于PLC的光機電一體化實訓系統(tǒng)設(shè)計

2.1 組成要素

基于PLC的光機電一體化實訓系統(tǒng)設(shè)計，其設(shè)計過程中首先需要注意的是光機電一體化系統(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、動力組成要素、感知組成要素、運動組成要素和職能組成要素。結(jié)構(gòu)組成要素是整個光機電一體化實訓系統(tǒng)組建的基礎(chǔ)，它為整個系統(tǒng)提供了結(jié)構(gòu)的支持，也就是說，只有按照系統(tǒng)的要求，組建好結(jié)構(gòu)組成要素，才能實現(xiàn)系統(tǒng)能量的正常供應(yīng)和動力系統(tǒng)的運行。動力組成要素在整個系統(tǒng)的建設(shè)中起到了提供動力的作用，只有保證了動力的充足，才能實現(xiàn)整個系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定的工作。而感知組成要素在光機電一體化實訓系統(tǒng)中主要是對系統(tǒng)自身的運行狀態(tài)和工作環(huán)境的一個感知，從各種參數(shù)和狀態(tài)進行收集、分析和處理，并且以可被識別的信號輸出，從而產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)控信息，使得整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)得以監(jiān)測。在運動組成要素常常與動力組成要素相互搭配起作用，都是為系統(tǒng)運行所需要的動力提供基礎(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)運行狀態(tài)和參數(shù)，在收集到大量數(shù)據(jù)之后，就需要對呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)進行分析、存儲和加工，從而能夠使得整個系統(tǒng)按照獲得的指令進行運作?？偨Y(jié)來講，光機電一體化實訓系統(tǒng)的設(shè)計不可忽略這五大組成要素的基本功能和作用。

2.2 設(shè)計原則

光機電一體化實訓系統(tǒng)在設(shè)計的過程中，不僅需要考慮各個組成要素的作用，還需要遵循設(shè)計的原則，這些原則主要分為四部分，分別是接口耦合、運動傳遞、信息控制和能量轉(zhuǎn)換四項基本原則。首先是接口耦合原則，也就是說兩個需要進行信息傳遞的接口或者需要進行傳遞的環(huán)節(jié)之間，如果其信息模式不一致就會造成信息無法傳遞的嚴重后果，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。在信號相對較弱的兩個環(huán)節(jié)之間，也需要通過接口耦合來實現(xiàn)擴大信號的效果，從而能夠匹配，使得信號的變換更加清晰、可靠，而且更加快速、精準。第二項原則，能量轉(zhuǎn)換原則，兩個需要進行傳輸和轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)之間，常常會出現(xiàn)由于信息模式的不同而無法進行直接的信息傳遞，所以在這里不僅需要接口耦合，還需要能量的轉(zhuǎn)換，只有能量進行轉(zhuǎn)換，才能使得執(zhí)行器、驅(qū)動器等不同能量實現(xiàn)最優(yōu)的工作效率。第三，信息控制，在光電一體化實訓系統(tǒng)的設(shè)計中，在數(shù)據(jù)的收集、傳輸、存儲、分析等都是進行信息處理的過程，而達到最優(yōu)的信息控制，是提高光電一體化實訓系統(tǒng)運行質(zhì)量和效率最關(guān)鍵的一步。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科學技術(shù)的日益更新，機械智能化已經(jīng)成為現(xiàn)代科技的標志，所以，在光電一體化實訓系統(tǒng)中，遵循信息控制原則，實際上可以推進整個系統(tǒng)的智能化水平。第四，運動傳遞原則，在光機電一體化系統(tǒng)的各個組成要素之間，運動傳遞能夠?qū)崿F(xiàn)各個要素的信息傳輸和運動控制的目的。

2.3 具體設(shè)計

光機電一體化實訓系統(tǒng)的設(shè)計最關(guān)鍵的就是要保證系統(tǒng)設(shè)計的完整性，下面就以水池補水系統(tǒng)為例，對基于PLC的光機電一體化實訓系統(tǒng)設(shè)計進行分析。

首先是動力部分，水池補水系統(tǒng)選擇電力作為動力部分，動力部分的設(shè)計需要滿足系統(tǒng)的動力需求，以保證整個系統(tǒng)的動力源泉不會枯竭；就目前來講，常見的動力源有電能、風能、水能、人力、畜力等，而水池補水系統(tǒng)的動力系統(tǒng)選擇電能即可。其次，是水池補水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部分，在進行光機電一體化實訓系統(tǒng)設(shè)計的時候，需要考慮實現(xiàn)的效果，從而有針對性地選取相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)，在搭配其他部件，最終實現(xiàn)機械自動化控制，這里以水池補水系統(tǒng)作為例子，這里的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是需要動力部分來帶動的，因此，它也是整個系統(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，在實際操作中，常常是需要通過信號路線與PLC連接，從而實現(xiàn)信號的聯(lián)通和傳遞，在該水池補水系統(tǒng)的執(zhí)行器的選擇上，選取電動截止閥和開關(guān)共同作為執(zhí)行器的部分，當PLC產(chǎn)生信號并傳輸?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)；在水池補水系統(tǒng)的計算機部分在很大程度上需要PLC的支持，從而對信息進行收集、加工和存儲操作，計算機部分對于整個水池補水系統(tǒng)來說起到了一個總控的作用，就如同大腦之于身體，顯而易見其重要性；水池補水系統(tǒng)的傳感器部分，需要利用PLC來對系統(tǒng)自身和工作環(huán)境進行數(shù)據(jù)收集，并且將傳感器收集到的信息傳輸給計算機部分，根據(jù)計算機程序的執(zhí)行，最終輸出結(jié)果，實現(xiàn)水池補水系統(tǒng)的隨環(huán)境調(diào)試，從而更好地完成其任務(wù)。

3 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和科學技術(shù)的日漸取得重大突破，光機電一體化作為光學和機械電機工程相互綜合的產(chǎn)物，這項技術(shù)也在迅猛發(fā)展，并且在許多領(lǐng)域，光機電一體化都有了應(yīng)用。而為了推進光機電一體化技術(shù)的進一步發(fā)展，將PLC技術(shù)應(yīng)用在光機電一體化實訓系統(tǒng)的設(shè)計當中，起到了關(guān)鍵作用。本文基于PLC的光機電一體化實訓系統(tǒng)設(shè)計進行了探討，雖然文章在內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排上還存在不足，但是希望通過文章能夠引起大眾對于PLC和光機電一體化的重視，并且在未來的研究中作出更多的創(chuàng)新。

[1]李利軍.基于PLC的光機電一體化實訓系統(tǒng)設(shè)計[D].鄭州大學,2013.

[2]徐雙君.基于PLC的光機電一體化實訓系統(tǒng)設(shè)計與實踐[J].通訊世界,2016,(02):166.

[3]寇繼磊,毋麗麗.PLC在光機電一體化實訓平臺物料輸送結(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)大學信息學院 山西省晉中市030800