基于PLC的光机电一体化实验装置设计与应用

内燃机与配件

基于

PLC的光机电一体化实验装置设计与应用

杨彦魁

(唐山劳动技师学院，唐山063000)

摘要：本文通过对光机电一体化实验装置与PLC进行简单介绍，在分析了光机电一体化实验装置的系统组成的基础上，深入研

究了基于PLC程序的光机电一体化实验装置设计及其具体应用，以期按照控制系统的实际特点，通过不同方法，对PLC控制程序进 行编辑，进而提高基于PLC的光机电一体化实验装置设计在生产实践中应用的灵活性与便捷性。

关键词：PLC;光机电一体化；实验装置设计与应用0引言

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

同时增加了设备维修成本，不利于企业的发展。电源干扰 问题，是机械电气控制装置PLC技术应用过程的主要影 响因素之一，需要提高重视程度。

3.2信号干扰问题信号干扰问题，是机械电气控制 装置PLC技术应用过程的主要影响因素之一。信号干扰 会使得机械设备的使用性能下降，导致生产数据出现错 误，控制系统的性能不足。信号干扰的危害性极大，会使得 控制系统的外部I/O模块遭到破坏，系统的部分零部件损 坏，严重者甚至会导致控制系统瘫痪，极大程度的影响工 业生产。PLC控制系统的应用，需要与外部设备进行连接， 从而去获取外部信号，与外界进行联系。但是在系统运行 过程中，会受到信号传输线的影响，发生信号干扰现象，使 得信号的传输发生错误，从而引发系统的相关问题。PLC 系统的应用，受外部信号干扰的几率较大，需要采取有效 的措施进行预防，否则会影响设备的生产效率。

4机械电气控制装置PLC技术应用过程的解决策略4.1科学的选择设备与系统针对机械电气控制装置 PLC技术应用过程存在的问题，采取对应的解决策略，从 而去提高设备的生产效率。电源干扰与信号干扰都会造成 设备的损坏，需要在PLC系统运行过程中，采取有效的措 施降低干扰的程度，从而去解决问题。为有效的解决干扰 问题，需要科学的选择设备与系统13]。系统的安全性与可靠 性对于设备的生产具有重要影响，我国市场上PLC产品 类型较多，功能不同，使用行业不同，系统性能与结构也不 同，需要合理的进行选择。科学的选择设备与系统，需要结 合机械电气装置设备的类型，从而去选择具有高抗干扰能 力的PLC产品。对于电源的选择，需要选择具有隔离功能 的节能电源，并且在相关设备上面安装抗干扰装置，从而 去有效的预防电源干扰，保护PLC控制系统的稳定运行。

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[1]。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4.2防止外部信号入侵对于PLC控制系统的信号干 扰问题，主要是采取有效的措施，防止外部信号的入侵。根 据调查可知，信号干扰没有电源干扰的危害大，但是能够 导致系统数据错误，降低设备的生产效率。因此，需要提高 对信号干扰的控制，有效的规避外部信号的入侵。相关企 业需要科学的进行信号铺设，尽量避免信号的相互干扰， 对于不同类型的信号，需要采用不同的信号传输线进行传 送，从而去避免不同信号之间的相互干扰。为防止外部信 号入侵，需要在设备上安装信号过滤器，提高设备的抗信 号干扰功能，维护PLC控制系统的稳定运行。防止外部信 号入侵，主要可以从强化设备的滤波功能，以及科学的铺 设信号传输线两方面入手，从而去有效的预防外部干扰， 提高设备的生产效率。

5结论

综上所述，文章分析了机械电气控制的研究现状，论 述了机械电气控制装置PLC技术的应用类型，并且针对 机械电气控制装置PLC技术应用过程的干扰问题，提出 科学的选择设备与系统、防止外部信号入侵两方面的解决 策略。机械电气控制装置PLC技术应用过程仍然存在电 源干扰问题，以及信号干扰问题。未来需要加大研发力度， 采取高科技技术，从根本上解决干扰问题，从而去促进 PLC技术的发展。

参考文献：「11彭瑞林.PLC技术在钻机机械电气控制装置中的应用「J1.科 技创新与应用，2016,8(08)101.

「2]钱时林.PLC技术在机械电气控制装置中的应用「J1.技术与 市场，2016,23(06)247.

「3]吕学红.PLC技术在机械电气控制装置中的应用「J1.轻工科 技，2016,32(08) ： 43-44.

Internal Combustion Engine & Parts

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 • 133 •

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[3]。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 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[2]。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、高效。

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，最后利用傅里 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最终 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，选择出最佳的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，以期达到最佳的设计效 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。

参考文献：

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装置研制[J].宜春学院学报,2015,37(03): 58-60.「21李贵俊.机电一体化综合设计性实验方法及装置研究[J1.企 业技术开发，2017,36(02): 70-72.[31陈彦彬.基于N:N网络的光机电一体化实训装置改造[J1. 实验科学与技术，2016,14(01): 121-124.