基于PLC的光機電一體化實訓系統設計

文/竇晨 王蕊

基于PLC的光機電一體化實訓系統設計

文/竇晨 王蕊

隨著社會經濟水平的提高和科學技術的不斷進步，光機電一體化作為光學和機械電機工程相互綜合的產物，這項技術也在迅猛發展，而且在許多領域都有了應用。而要實現光機電一體化技術的進一步發展，將PLC技術應用在光機電一體化實訓系統的設計當中，這起到了關鍵作用。本文論述了基于PLC的光機電一體化實訓系統設計，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設計進行了探討，其中包括系統設計的五大促成要素和四項原則，并且進行了具體案例設計的分析。

PLC 光機電 一體化 實訓系統 設計

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行、順序的控制、定時、計數等用戶的指令，除此之外，它還可以運用數字化或者模擬式輸出及輸入對機械生產進行控制。

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勢，從而減少接觸不良帶來的許多故障。關于可編程邏輯控制器的維護和修理方面，其在設計、安裝和調試上的工作量少，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域中的一個研究方向。隨著社會經濟的不斷發展和科學技術不斷取得重大突破，光機電一體化的技術也在迅猛發展，光機電一體化在許多領域都有了應用。從綜合層面來講，光機電一體化實際上是將許多技術進行有機結合后的產物，其中就包括機械技術、電子工程技術、信息技術等等，在結合后將光機電一體化技術應用到實際生產當中去，從而可以使得機械發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設計

2.1 組成要素

基于PLC的光機電一體化實訓系統設計，其設計過程中首先需要注意的是光機電一體化系統中的組成要素，主要有五大要素，分別是結構組成要素、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。結構組成要素是整個光機電一體化實訓系統組建的基礎，它為整個系統提供了結構的支持，也就是說，只有按照系統的要求，組建好結構組成要素，才能實現系統能量的正常供應和動力系統的運行。動力組成要素在整個系統的建設中起到了提供動力的作用，只有保證了動力的充足，才能實現整個系統的正常、穩定的工作。而感知組成要素在光機電一體化實訓系統中主要是對系統自身的運行狀態和工作環境的一個感知，從各種參數和狀態進行收集、分析和處理，并且以可被識別的信號輸出，從而產生相應的調控信息，使得整個系統的運行狀態得以監測。在運動組成要素常常與動力組成要素相互搭配起作用，都是為系統運行所需要的動力提供基礎保障。職能組成要素在控制和處理信息部分發揮著巨大的作用，由于感知組成要素是作用于收集系統運行狀態和參數，在收集到大量數據之后，就需要對呈現的數據進行分析、存儲和加工，從而能夠使得整個系統按照獲得的指令進行運作。總結來講，光機電一體化實訓系統的設計不可忽略這五大組成要素的基本功能和作用。

2.2 設計原則

光機電一體化實訓系統在設計的過程中，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節之間，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節之間，也需要通過接口耦合來實現擴大信號的效果，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，能量轉換原則，兩個需要進行傳輸和轉換的環節之間，常常會出現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，還需要能量的轉換，只有能量進行轉換，才能使得執行器、驅動器等不同能量實現最優的工作效率。第三，信息控制，在光電一體化實訓系統的設計中，在數據的收集、傳輸、存儲、分析等都是進行信息處理的過程，而達到最優的信息控制，是提高光電一體化實訓系統運行質量和效率最關鍵的一步。隨著社會經濟的不斷發展，科學技術的日益更新，機械智能化已經成為現代科技的標志，所以，在光電一體化實訓系統中，遵循信息控制原則，實際上可以推進整個系統的智能化水平。第四，運動傳遞原則，在光機電一體化系統的各個組成要素之間，運動傳遞能夠實現各個要素的信息傳輸和運動控制的目的。

2.3 具體設計

光機電一體化實訓系統的設計最關鍵的就是要保證系統設計的完整性，下面就以水池補水系統為例，對基于PLC的光機電一體化實訓系統設計進行分析。

首先是動力部分，水池補水系統選擇電力作為動力部分，動力部分的設計需要滿足系統的動力需求，以保證整個系統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，而水池補水系統的動力系統選擇電能即可。其次，是水池補水系統的結構部分，在進行光機電一體化實訓系統設計的時候，需要考慮實現的效果，從而有針對性地選取相適應的結構，在搭配其他部件，最終實現機械自動化控制，這里以水池補水系統作為例子，這里的結構本質上是需要動力部分來帶動的，因此，它也是整個系統最后發揮作用的部分，也可以算是系統的核心；執行器部分是控制系統的關鍵部分之一，在實際操作中，常常是需要通過信號路線與PLC連接，從而實現信號的聯通和傳遞，在該水池補水系統的執行器的選擇上，選取電動截止閥和開關共同作為執行器的部分，當PLC產生信號并傳輸到執行器部分，執行器就可以根據指令完成其任務；在水池補水系統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；水池補水系統的傳感器部分，需要利用PLC來對系統自身和工作環境進行數據收集，并且將傳感器收集到的信息傳輸給計算機部分，根據計算機程序的執行，最終輸出結果，實現水池補水系統的隨環境調試，從而更好地完成其任務。

3 結語

隨著社會經濟的不斷發展和科學技術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物，這項技術也在迅猛發展，并且在許多領域，光機電一體化都有了應用。而為了推進光機電一體化技術的進一步發展，將PLC技術應用在光機電一體化實訓系統的設計當中，起到了關鍵作用。本文基于PLC的光機電一體化實訓系統設計進行了探討，雖然文章在內容和結構安排上還存在不足，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新。

[1]李利軍.基于PLC的光機電一體化實訓系統設計[D].鄭州大學,2013.

[2]徐雙君.基于PLC的光機電一體化實訓系統設計與實踐[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構中的應用[J].數字技術與應用,2016,(06):9.

作者單位山西農業大學信息學院 山西省晉中市030800