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机电一体化实践报告

一、引言

机电一体化技术作为现代工业发展的核心驱动力之一，其融合了机械设计、电子技术、自动控制、信息技术及系统工程等多学科知识，旨在实现生产过程的高效化、智能化与自动化。本次实践基于理论学习，聚焦于机电一体化系统的构成、集成与调试，通过亲身参与典型机电一体化设备的组装、编程与运行，深化对理论知识的理解，提升工程实践能力与问题解决能力。本报告将详细记录实践过程、关键技术点、遇到的挑战及解决方案，并对实践成果进行总结与反思。

二、实践环境与设备

本次实践主要在机电一体化综合实训实验室进行。实践所用的主要设备与工具包括：

1.机械结构平台：包含铝型材搭建的框架、导轨滑块、滚珠丝杠传动机构、小型传送带模块及物料抓取装置（气动吸盘/机械爪）。

2.电气控制单元：某品牌可编程逻辑控制器（PLC）、触摸屏人机界面（HMI）、开关电源、继电器、接触器等。

3.传感检测元件：光电传感器（用于物体检测与定位）、接近开关（用于限位与原点检测）、编码器（用于速度与位置反馈）、压力传感器（用于气动系统压力监测）。

4.驱动执行元件：步进电机及驱动器、伺服电机及驱动器、气动电磁阀、气缸。

5.软件环境：PLC编程软件（如该品牌PLC对应的编程环境）、HMI组态软件、电机调试软件。

6.常用工具：万用表、示波器（部分环节使用）、螺丝刀、剥线钳、扳手、内六角扳手等。

实践对象为一个模拟的“物料分拣与搬运单元”，该单元能够实现特定物料的输送、识别、分拣及搬运功能，涵盖了机电一体化系统的核心组成部分。

三、实践内容与过程

（一）系统认知与方案设计

实践初期，首先对“物料分拣与搬运单元”的整体结构、工作流程及控制要求进行了详细分析。通过研读设备说明书与电气原理图，明确了各机械部件的作用、传感器的布局与类型、执行元件的动作逻辑以及PLC在系统中的核心控制地位。基于此，小组共同讨论并初步规划了系统调试的整体方案与步骤，明确了各阶段的目标与任务分工，强调了安全操作规程。

（二）机械结构的组装与调整

在教师指导下，我们首先对部分关键机械部件进行了拆装与调整练习。重点关注了滚珠丝杠与导轨的配合间隙、传送带的张紧度调节、抓取机构（气动吸盘）的安装精度以及各运动部件的润滑情况。此过程中，深刻体会到机械结构的精密性对系统整体性能的直接影响——例如，导轨平行度的微小偏差可能导致滑块运动卡顿或加剧磨损，进而影响后续控制精度。通过使用百分表对关键部位进行了简单的平行度与垂直度校准，确保了机械系统的平稳运行基础。

（三）电气控制系统的连接与检查

机械部分就绪后，进入电气控制环节。严格按照电气原理图，在面包板或实训专用接线端子排上进行控制回路与主回路的接线。这包括PLC的电源、输入输出点与各传感器、执行器的连接，电机驱动器与电机、PLC的连接，以及HMI与PLC的通讯连接。接线过程中，特别注意了导线颜色的规范、端子排编号的对应、接线的牢固性以及强弱电的分离走线，以避免干扰。完成接线后，使用万用表对各回路的通断、绝缘电阻进行了仔细检查，排除了短路、断路等潜在故障隐患，确保电气连接的正确性与安全性。

（四）传感器的安装与调试

传感检测是实现自动化的前提。我们依次对传送带入口处的物料检测光电传感器、物料颜色/材质识别传感器（模拟量或数字量）、各限位接近开关以及抓取机构的位置传感器进行了安装与参数调试。例如，对于光电传感器，通过调整其安装位置、检测距离及灵敏度旋钮（或通过PLC程序进行阈值设定），确保其能稳定、准确地检测到不同类型的物料。对于接近开关，确认其在目标物体到达指定位置时能可靠发出信号。调试过程中，结合PLC编程软件的在线监控功能，实时观察传感器信号的输入状态，反复验证其准确性。

（五）PLC程序设计与调试

PLC程序设计是整个实践的核心内容。根据系统的控制要求，我们采用了模块化的编程思想，将控制程序划分为初始化模块、手动/自动切换模块、传送带控制模块、物料识别与判断模块、抓取与搬运模块、分拣执行模块等。

1.初始化程序：完成系统上电后的初始状态设置，如各执行元件复位、变量初始化、HMI界面初始显示等。

2.手动控制程序：设计了手动操作界面，可单独控制各电机点动、各电磁阀通断，便于单个部件的调试与故障排查。

3.自动控制程序：这是程序设计的重点与难点。根据预设的工艺流程，通过顺序控制、逻辑控制及定时器、计数器等功能指令，实现了物料从进入传送带、被检测识别、到达指定位置后由抓取机构抓起，再根据识别结果搬运至相应的分拣料仓的全自动过程。例如，当物料到达抓取位置时，PLC接收到传感器信号后，控制传送带停止，启动抓取机构下行、吸盘吸气（或爪子闭合）、抓取机构上行、旋转至目标料仓上方、下行、释放物料等一系列连贯动作。

4.程序调试：采用“