機電一體化平臺設計與實現分析

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摘要：隨著人們需求的增加，以及工業生產的發展，PLC的功能已經遠不止其基本的邏輯控制范疇，運算、通信等功能均可以實現，PLC機電一體化有一定的應用優勢和推廣價值。因此，本研究基于PLC的機電一體化平臺設計與實現，通過硬件設備設計，軟件接口及命令執行，PLC數據處理設計來實現機電一體化。實驗證明設計的機電一體化平臺控制系統有效性更高，為PLC機電一體化研究提供參考。

關鍵詞：PLC;機電;一體化;系統設計

傳統的機械控制是通過繼電器控制完成的，一個復雜的工程中，有時需要成百上千個繼電器，工作量非常龐大。PLC的出現給工業生產帶來了一次巨大的革命，它具有靈活、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、使用方便等特點，應用范圍極其廣泛[1]。因此，本文研究基于PLC的機電一體化平臺設計與實現，以此滿足當前人們需求。

1硬件設計

1.1主要設備。（1）電阻溫度儀表。利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化的原理來測量溫度，由感溫元件、導線和顯示器或記錄儀表構成，通常叫做標準溫度儀表。（2）氣缸。將氣體轉換成機械能，實現直線往復運動的氣動執行元件。（3）觸摸屏。選擇人機界面型觸摸屏，內有多種圖形數據管理庫，能為用戶提供多樣的縮放和動態的圖形，使用時利用圖形數據管理庫可以方便地設計工程畫面。其中有串行接口，用來實現人機界面和機械設備的通信，其結構如圖1所示，每個接口的功能見表1。（4）磁感應式傳感器。通過磁性物體的磁場作用來實現對的物體感應，又被稱作磁性開關，可以直接安裝在氣缸缸體上，能夠實現對氣缸活塞位置的檢測[2]。在PLC機電一體化的自動控制中，可以利用磁性開關判斷推料氣缸的運動狀態或所處的位置，以確定工件是否被推出或者氣缸是否返回。1.2輔助設備。（1）空氣過濾器。空氣先經過空氣過濾器，過濾掉其中的灰塵和雜質，再進入其他裝置。（2）消聲器。通過增加排氣面積等方式降低排氣的功率和速度，來達到降低噪音的效果，安裝在閥的排氣口或是底板的排氣口。（3）調壓閥。又叫減壓閥，調節氣缸中被壓縮的空氣壓力，用來保持輸出壓力的穩定性。

2軟件設計

PLC的I/O接口與現場的機械設備相連，實現控制。機械的控制是按照動作順序進行，適用于順序編程設計，其他啟動、停止、報警指令結合實際情況進行控制，并將接口接收到數據經過模糊處理，發送控制命令。PLC的數據模糊處理結構分模糊化、數據處理和解模糊三個部分，即將精確的數字轉換為系統語言表達的模糊量，在數據處理中心通過知識庫的數據和規則做控制、推理等操作，最后解模糊，按照規則把得到的數據結果轉化為精確的控制量[3]。模糊化實際是通過接口把輸入值轉換成一個模糊子集。首先選擇輸入系統的變量，根據實際的現場和系統的情況，確定選擇變量的范圍。還可以通過計算得出量化因子，通過量化因子將輸入的精確值和轉化后對應的模糊值按照比例進行轉換，確定模糊子集的個數，完成模糊化過程。知識庫中含有數據庫和規則庫。其中，數據庫保存有控制函數，為數據處理提供依據；規則庫存放有模糊處理規則，為數據處理提供規則。處理規則有按照機電經驗的模糊條件語句，例如有if、then語句，條件劃分的越詳細，規則的數量就越多[4-5]。解模糊是轉化模糊集合的輸出數據為具體對應的控制數值。

3實驗分析

為保證本文設計的基于PLC的機電一體化平臺的有效性，用傳統的機電一體化平臺和本文提出的進行實驗測試。實驗選擇同一生產車間，劃分兩個相同的區域，分別進行硬件安裝，之后進行機械控制測試，其測試結果如圖2所示。從圖2中可以看出，隨著命令次數的增多，通過本文系統控制的機械執行時間在0.18s左右，比傳統的系統平臺執行時間更短，靈敏度更高。

4結語

本文設計平臺優勢在于硬件設備成本低，安裝工程小，花費時間短，使用操作、維護方便，可靠性高。不足之處是在功能方面有一定的局限性，整體程序有待完善。總之，機電一體化平臺還要在具體工作中進行驗證和反饋，不斷改進使之滿足人們的需求。

作者:李俠 董彥海 李美菲 尹廣斌 李寶英 于金龍 單位:1.國網新源水電有限公司豐滿培訓中心 2.遼寧清原抽水蓄能有限公司 3.國家電網有限公司東北分部