I nte rna t io na l J o urna l o f   Ro bo t ics a nd   Aut o m a t io n   ( I J RA )   Vo l.   6 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7 ,   p p .   39 ~ 4 8   I SS N:  2089 - 4856 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r a. v 6 i1 . pp 39 - 4 8           39       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J RA   Prog ra m m a ble  A uto m a tion  Contr o ller Mecha tronic   Ex peri m e nt       T ho m a s   G ro s s ,   K ev in An der s o n,  No la n T s uc hiy a   De p a rtme n o f   M e c h a n ica En g in e e rin g ,   Ca li f o rn ia S tate   P o ly tec h n ic Un iv e rsit y   a t   P o m o n a ,   USA       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   2 5 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Dec   8 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   J an   6 ,   2 0 1 7       T h is  p a p e d e sc rib e t h e   u se   o f   th e   O P T O - 2 2   P r o g ra m m a b le   Au to m a ti o n   Co n tr o ll e ( P A C)  L e a rn in g   c e n ter  in   th e   u n d e rg ra d u a te  c o n tr o s y ste m s   c o u rse   a Ca li f o rn ia  S tate   P o ly tec h n ic  Un iv e rsit y   a P o m o n a   (Ca P o ly   P o m o n a ).   T h e   OP T O - 2 2   P A S y ste m   is   a n   in teg ra ted   s y ste m   o h a rd w a re   a n d   so f tw a r e   u se d   f o in d u stri a c o n tro l ,   re m o te  m o n it o rin g ,   a n d   d a ta   a c q u isit io n   a p p li c a ti o n s.  T h e   p a p e c o m p a re th e   p ro a n d   c o n s   o f   u sin g   a   P A v e rsu P ro g ra m m a b le  L o g i c   Co n tro ll e ( P L C)  o F ield   P ro g ra m m a b le  G a t e   A rra y   (F P GA s y ste m s.  T h e   p a p e in tro d u c e th e   f lo w c h a rt  b a se d   p ro g ra m m in g   e n v iro n m e n u se d   i n   P A Cs.  T h e   p a p e i n c lu d e a n   i ll u stra ti v e   e x a m p le  o f   h o w   th e   OP T O - 2 2   P A C   s y ste m   c a n   b e   in ter f a c e d   to   a n   in d u strial  b a se d   M e c h a tro n ics   p ick - a n d - p la c e   ro b o sta ti o n .   T h is  e x a m p le  d e tails  th e   in p u t/ o u t p u i n terf a c e s   o f   th e   OP T O - 2 2   P A u n it   a n d   th e   S UN   Eq u i p m e n M e c a h tro n ics   p ick   a n d   p lac e   ro b o u n it .   De tails  o f   th e   f lo c h a rt   p ro g ra m m in g   a n d   I/O  in terf a c in g   p ro to c o ls  a re   g iv e n   in   th e   p a p e r.   T h e   I/ O   c o n f ig u ra ti o n   d ialo g   in   th e   O P T O - 2 2   P A d e v e lo p m e n e n v iro n m e n a re   a lso   p re se n ted   i n   th is  p a p e r .   K ey w o r d :   Au to m a tio n   C o n tr o l   E x p er i m e n tal   Me ch atr o n ic s   P A C   Co p y rig h ©   2 0 1 7   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Kev i n   R .   An d er s o n   Dep ar t m en t o f   Me ch a n ical  E n g in ee r i n g ,   C ali f o r n ia  State  P o l y tec h n ic  U n iv er s it y   a t P o m o n a,   3 8 0 1   W est  T em p le  Av e,   P o m o n a,   C A   9 1 7 6 8 ,   USA .   E m ail:  k r an d er s o n 1 @ cp p . ed u       1.   I NT RO D UCT I O N     T h is   p ap er   d escr ib es  th u s o f   P r o g r am m ab le  Au to m ated   C o n tr o ller s   ( P A C )   an d   r o b o tic  p ick - an d - p lace   m ec h atr o n ic s   e x p er i m e n tal  h ar d w ar f o r   u s e   in   a n   u n d er g r ad u ate  co n tr o ls   lab o r ato r y   in s tr u ct io n   s etti n g .   T h ME   4 3 9   C o n tr o o f   Me ch an ica S y s te m s ”  i s   s en i o r   lev el  p r o j ec b ased   co u r s in clu d ed   in   th co r cu r r icu l u m   f o r   s t u d en ts   e n r o l led   in   th e   Me c h an ica E n g in ee r in g   p r o g r a m   at  C ali f o r n ia   State   P o ly tech n ic   Un i v er s it y   P o m o n a.   P ar o f   th lab o r ato r y   e x p er ien ce   e x p o s es  th s t u d en ts   to   th u s o f   P r o g r am m ab le   A u to m a tic  C o n tr o ller s   ( P AC S).   Nu m er o u s   lear n i n g   i n s ti t u tio n   h av i m p le m e n ted   p r o ject  b ased   lear n in g   u s i n g   P r o g r am m ab le  L o g ic  C o n tr o ller   ( P L C )   [ 1 - 2 ]   an d   Fiel d   Pro g r am m ab le  Gate   A r r a y   ( FP GA )   [ 3 - 5 ]   b ased   co n tr o ls   i n   t h eir   cu r r ic u l u m .   T h ar ticle  o f   [ 6 ]   o f f er s   co m p ar i s o n   o f   t h P A C   to   th e   P L C s ,   P C - co n tr o a n d   E m b ed d ed   C o n tr o s u c h   as   t h FP GA .   I n   s u m m ar y ,   P L C s   ar g o o d   at  tas k s   li k co u n ti n g   a n d   ti m i n g ,   an d   m an a g i n g   I n p u t /o u tp u t ( I /O) .     A lt h o u g h   P L C   ca n   h an d le  a   f e w   ax e s   o f   m o tio n ,   t h u p d a te  r ates  ca n   b to o   s lo w   f o r   an y   b u th e   m o s b as ic  ap p licatio n s .   T h P A C s   i n clu d m u ltip le  p r o ce s s o r s   to   ad d r ess   v ar iet y   o f   f u n ctio n s   b e y o n d   j u s t   b asic  lo g ic  an d   I /O.   T h ese  ca p ab ilit ies  in c lu d d ig ita ( e. g .   m o tio n   co n tr o l) ,   an alo g   ( e. g .   p r o ce s s   co n tr o l) ,   an d   s er ial  ( I /O  f r o m   te s t e q u ip m en t,  k e y p ad s ,   s ca n n er s ,   etc. )   task s .   B ec au s P AC s   alr ea d y   i n cl u d th ese  f u n ctio n s ,   th e y   eli m i n ate  t h ti m a n d   e f f o r in v o lv ed   i n   i n te g r atin g   P L C   w i th   th m o tio n   co n tr o ller ,   f o r   ex a m p le.   T o d ay s   i n d u s tr ial  P C s   h a v b ee n   r u g g ed ized ,   to p   to   b o tto m ,   w it h   en v ir o n m e n tal  p r o tectio n   an d   r e m o v al  o f   an y   m o v in g   p ar ts .   H y p er v is o r s   lik VM w ar allo w   s i n g le  co r to   b d iv id ed   in to   m u lt ip le  d is cr ete  p ar titi o n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.  6 ,   No .   1 ,     Ma r ch   20 1 7   :   39     4 8   40   th at  r u n   i n d ep en d en tl y   o f   o n an o th er ,   r i g h d o w n   to   t h o p e r atin g   s y s te m .   T h is   e n ab les   m o tio n   ap p licatio n   to   r u n   o n   p ar titi o n   w it h   L in u x   o r   r o b u s p r o p r ietar y   r ea l - ti m o p er atin g   s y s te m   ( R T OS)   w h ile  r e m a in i n g   co m p lete l y   i s o lated   f r o m   W in d o w s   p ar titi o n   s u p p o r tin g   th HM I   o r   m ac h i n v i s io n   s y s te m .   A t h o p p o s i te  en d   o f   th e   s p ec tr u m   lie  e m b ed d ed   co n tr o s y s te m s   th at  le v er a g FP G A s   to   c u s t o m ize  p er f o r m a n ce   u s i n g   h ar d w ar r ath er   t h an   s o f t w ar e.   FP G A s   ca n   b u s ed   to   o f f lo ad   tas k s   l ik co n tr o lo g ic   an d   I /O  tr ig g er in g   in   h ig h l y   co m p le x   s y s te m s ,   f r ee in g   C P c y cle s   to   h a n d le   m o r co m p lex   tas k s   l ik tr aj ec to r y   g e n er atio n .   W h en   t h ap p licatio n   en co m p ass es  an   e n tire   p lan o r   f a cto r y   f lo o r ,   s itu atio n   th at  t y p icall y   ca lls   f o r   d is tr ib u ted   I /O  in   lar g n u m b e r s ,   alo n g   w i th   e x te n s iv lo o p   co n tr o f u n ctio n s   b etter   s u ited   to   P A C   t h a n   to   a   P L C   o r   FP GA s .   T h v ar io u s   p r o s   an d   co n s   o f   t h P A C ,   P L C   an d   FP GA   ar s u m m ar ized   in   T a b le  1 .       T ab le  1 .   P r o s /C o n s   o f   P AC ,   P L C   a n d   FP G A       P A C     P L C   F P G A   P R O S     I n t e g r a t e d   l o g i c   a n d   I / O   M u l t i p l e   P r o c e sso r s,   D i g i t a l ,   A n a l o g ,   S e r i a l   T a sk s     C o u n t i n g ,   T i mi n g ,   M a n a g i n g   I / O     O n e - o f f   /   h i g h   p e r f o r man c e   /   c o mp l e x   sy st e ms   F r e e s u p   C P U   c y c l e s   H a r d w a r e   n o t   so f t w a r e   C O N S           M a y   b e   d i f f i c u l t   t o   u se   i n   u n i q u e   si t u a t i o n s   S l o w   u p d a t e   r a t e s,  mo t i o n   c o n t r o l l e r s   N o t   c o n v e n t i o n a l       I n   ad d itio n   to   P L C s   a n d   FP GAs  o th er   tech n o lo g ie s   o n   th e   m ar k et   i n clu d t h R e m o te  T er m in a U n it   ( R T U)   an d   th D is tr ib u ted   C o n tr o S y s te m   ( DC S).   T h R T ar m icr o p r o ce s s o r - c o n tr o lled   elec tr o n ic   d ev ices  th a in ter f ac o b j ec ts   i n   th p h y s ical  w o r ld   to   d is tr ib u ted   co n tr o s y s te m   o r   Su p er v is o r y   C o n tr o an d   Data   A cq u i s itio n   ( SC A D A )   s y s te m   b y   tr an s m itti n g   tele m et r y   d ata  to   m a s ter   s y s te m ,   a n d   b y   u s i n g   m es s ag e s   f r o m   th m as ter   s u p er v i s o r y   s y s te m   to   co n tr o co n n ec ted   o b j ec ts .   T h DC is   co m p u ter i ze d   co n tr o s y s te m   f o r   p r o ce s s   o r   p lan t,  in   w h i ch   au to n o m o u s   co n tr o ller s   ar d is tr ib u ted   t h r o u g h o u t   th s y s te m ,   b u th er i s   ce n tr al  o p er ato r   s u p er v is o r y   c o n tr o ller .     T h is   is   i n   co m p ar is o n   to   n o n - d is tr ib u ted   co n tr o s y s te m   th at  u s ce n tr alize d   co n tr o ll er s eith er   d is cr ete  co n tr o ller s   lo ca ted   a ce n tr al  co n tr o r o o m   o r   w it h i n   ce n tr al  co m p u ter .   T h DC co n ce p in cr ea s es  r eliab ilit y   an d   r ed u c es  in s tallatio n   co s t s   b y   lo ca liz in g   co n tr o f u n ctio n s   n ea r   t h e   p r o ce s s   p lan t,  b u t   en ab les  m o n ito r i n g   a n d   s u p er v is o r y   co n tr o o f   t h p r o ce s s   r e m o tel y .   T h d is c u s s io n   o f   [ 7 ]   co m p ar es  th P AC   f ea t u r es  to   t h o s o f   th P C ,   P L C ,   D C a n d   R T U.   A c ad em ic  te x tb o o k s   d ea li n g   with   P r o g r a m m ab le   C o n tr o ller s   i n cl u d th w o r k s   o f   [ 8 ]   an d   [ 9 ] .   R ec en ex a m p l es  o f   i n d u s tr ial  u s ea g o f   th P A C   f r a m e w o r k   ar e   g iv e n   i n   [ 1 0 ]   w h er co al  p r e p ar atio n   p lan is   au t m o ted   u s i n g   t h P A C ,   a n d   [ 1 1 ]   w h er t id s i m u latio n s   ar ca r r ied   o u u s in g   t h P AC   f r a m e w o r k .   R e s ea r ch   o n   u s i n g   th FP G A   b ased   co n tr o ller   is   f o u n d   in   [ 1 2 - 1 3 ] .   A p p licatio n s   o f   P L C s   i n   au to m atio n   s etti n g s   ar f o u n d   in   [ 1 4 - 1 7 ] .     T h p r im ar y   f o c u s   o f   th s tu d y   o f   [ 1 4 - 1 5 ]   is   th u s o f   P L C   to   co n tr o an   elev ato r .   I n   th r esear ch   o f   [ 1 6 ]   th P L C   is   u s ed   to   co n tr o l a n   elec tr o - p n e u m a tic  ac tu ato r   b ase  o n   p u s ls w id t h   m o d u latio n s   ( P W M) .   I n   th w o r k   o f   [ 1 7 ] ,   t h au to m at io n   p r o ce s s   o f   m a n u f ac t u r ein g   g a lv a n ized   n u t s   is   ac co m p li s h ed   u s i n g   th e   P L C   p latf o r m .   C lear l y   th er ar n o tab le  d if f er e n ce s   b et w ee n   t h P A C ,   P L C ,   FP GA ,   DC a n d   R T p latf o r m s .   A l s o   th er ar s i m ilar itie s   b et w ee n   t h e m .   T h er is   also   w ea lt h   o f   ap p licatio n s   u s i n g   ea c h   co n tr o ller   p latf o r m .   No t w it h s ta n d in g   is   th f ac th at  t h P A C   is   b ec o m in g   m o r an d   m o r p r o lif er ate  in   to d a y s   in d u s tr ial  s ec to r .   C o n s eq u en t l y ,   i n   o r d er   to   k ee p   o u r   g r a d u ate’ s   c u r r en o n   s tate - of - a r tech n o lo g y ,   th e   Me ch an ical  E n g i n ee r i n g   P r o g r a m   at  C ali f o r n ia  State  P o l y te ch n ic   U n iv er s it y   at  P o m o n ( C al  P o l y   P o m o n a)   h as  i n te g r ated   P A C s   as  p ar o f   th h an d s   o n   lear n i n g   ex p er ien ce   f o r   th ME   4 3 9   “Co n tr o o f   Me ch a n ica l   S y s te m s ”  co u r s e w o r k .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D     Fig u r 1   s h o w s   t h OP T O - 2 2   SNA P - P A C   [ 1 8 ]   u n it  h a r d w ar w h ic h   co n s is t s   o f   a   P A C ,   I /O   m o d u les,  p o w er   s u p p l y ,   an d   o n - b o ar d   in teg r ated   f ir s t - o r d er   th er m al  co n tr o s y s te m   b ase d   p lan t.  T h cu r r en p ap er   ex ten d s   th w o r k   o f   [ 1 9 ]   b y   d em o n s tr ati n g   h o w   t h e   OPT O - 2 2   P A C   u n its   ca n   b in teg r ated   w ith   m ec h a tr o n ics p ic k - a n d - p lace   r o b o tic  ass e m b l y   s tatio n   [ 2 0 ] .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       P r o g r a mma b le  A u to ma tio n   C o n tr o ller   Mech a tr o n ic  E xp erimen t   ( Th o ma s   Gro s s )   41       Fig u r 1 .   OPT O - 2 2   SNA P - P AC   h ar d w ar [ 1 8 ]       3.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S     I n   th i s   s ec tio n   t h ap p licatio n   o f   p r o g r a m m i n g   t h OP T O - 2 2   P A C   to   in ter f ac w it h   r o b o tic  m ec h a tr o in ic  p lan is   d is c u s s ed .   T h p lan ch o s e n   is   th SUN  E q u ip m e n C o m p a n y   C M L - 6 1 6 0 0   Me c h atr o n ic s   L o ad   b ased   Ma ter ial  Selectio n   a n d   So r tin g   S tatio n ”  p r o ce s s   p lan t [ 2 0 ]   as sh o w n   i n   Fi g u r 2 .           Fig u r 2 .   OPT O - 2 2   an d   SUN  E q u ip m e n t Co .   C M L -   6 1 6 0 0   C o m p ac t M ec h a tr o n ics  L o ad   S y s te m       T h e   SUN  E q u ip m e n t Co .   C M L -   6 1 6 0 0   C o m p ac t M ec h atr o n ics L o ad   S y s te m   is   eq u ip p ed   w it h   t h f o llo w i n g :   a.   1 3   Dig ital I n p u t s   ( Sen s o r s )   2 x   R e f lecti v P h o to s en s o r   I n d u cti v p r o x i m i t y   s w itc h   Fib er   Am p lifie r   4 x   P h o to - in ter r u p t sen s o r   P r o x im it y   s w itc h   ( R ee d   R ela y )   b.   Dig ital O u tp u t s   ( A ctu ato r s )   2 x   DC   Mo to r s   C o m p ac t C y li n d er   R o tar y   C y li n d er   Vac u u m   Ge n er ato r   Fig u r 3   s h o w s   t h i n p u t/o u tp u t in ter f ac e s   o f   th OP T O - 22.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.  6 ,   No .   1 ,     Ma r ch   20 1 7   :   39     4 8   42       Fig u r 3 .   OPT O - 2 2   I /O  in ter f a ce s       Fig u r 4   s h o w s   t h v ar io u s   co m p o n en ts   o f   t h SU C M L - 6 1 6 0 0   Me ch atr o n ics Un it.            Fig u r 4 .   SUN  C M L - 6 1 6 0 0   M ec h atr o n ics  u n it       T ab le  2   lis ts   th p er tin e n f ea t u r es o f   t h SUN  C M L - 6 1 6 0 0   u n i t ite m ized   in   Fi g u r 4 .       T ab le  2 .   Descr ip tio n   o f   SUN  C M L - 61600  Un it   No   S y st e ms D e scri p t i o n   ( 1 )   I / O   i n t e r f a c e ,   t o   b e   c o n n e c t e d   w i t h   t h e   P L C   I / O   t e r mi n a l s   ( 2 )   R e l a y   c o n t r o l   mo d u l e :   C o n t r o l s t h e   c o n v e y o r   b e l t   mo t o r   a n d   t h e   scre w   r o d   mo t o r   ( 3 )   V a c u u m g e n e r a t o r :   F o r   t h e   a r m t o   s u c k   u p   t h e   w o r k   p i e c e   ( 4 )   A i r   i n l e t :   T o   b e   c o n n e c t e d   t o   a n   a i r   c o mp r e sso r   ( 1 5 0   - 7 0 0   P s i )   ( 5 )   S o l e n o i d   mo d u l e :   C o n t r o l   a r m’ u p / d o w n   a n d   r o t a t i o n a l   mo t i o n .   C o n t r o l s t h e   v a c u u m   g e n e r a t o r   v a l v e .   ( 6 )   P o si t i o n ,   c o l o r   a n d   mat e r i a l   se n so r s   ( 7 )   C o n v e y o r   b e l t   d r i v e n   b y   a   2 4 V   D C   m o t o r   ( 8 )   S c r e w - r o d   me c h a n i sm ( w i t h   p n e u m a t i c   r o b o t i c   a r m) :   D r i v e n   b y   a   2 4 V   D C   mo t o r ;   4   m i c r o   sw i t c h e s fo r   p o si t i o n   c o n t r o l ;   2   l i mi t   p r o t e c t i o n   sw i t c h e s   ( 9 )   S t o r a g e   r a c k       Fig u r 5   an d   Fig u r 6   d etail  th I /O  in ter f ac es  o f   t h SUN  C ML - 6 1 6 0 0   u n it.   T a b le  3   an d   T ab le  4   lis th I /O   p r o to co u s ed   to   in te r f ac t h SUN  C M L - 6 1 6 0 0   Me ch atr o n ic s   L o ad   U n it  to   t h OP T O - 2 2   P AC   m o d u le.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       P r o g r a mma b le  A u to ma tio n   C o n tr o ller   Mech a tr o n ic  E xp erimen t   ( Th o ma s   Gro s s )   43       Fig u r 5 .   SUN  C M L - 6 1 6 0 0   I / in ter f ac e s   ( f r o n v ie w )           Fig u r 6 .   SUN  C M L - 6 1 6 0 0   I / in ter f ac e s   ( s id v ie w )       T ab le  3 .   SUN  C ML - 6 1 6 0 0   an d   OPT O - 2 2   I n p u t Sp ec if icatio n   I N P U T   S U N   I n t e r f a c e   P A C   I N   ( M o d u l e / C h a n n e l )   D e scri p t i o n   I P 1   0 0 / 0   P o si t i o n   S e n so r   I P 2   0 0 / 1   C o l o r   S e n so r   I P 3   0 0 / 2   M a t e r i a l   S e n so r   I P 4   0 0 / 3   S c r e w   R o d   1 P   I P 5   0 1 / 0   S c r e w   R o d   2 P   I P 6   0 1 / 1   S c r e w   R o d   3 P   I P 7   0 1 / 2   S c r e w   R o d   4 P   I P 8   0 1 / 3   A r m U p p e r   L i mi t   I P 9   0 2 / 0   A r L o w e r   L i mi t   I P 1 0   0 2 / 1   A r m C C W   L i mi t   I P 1 1   0 2 / 2   A r m C W   L i mi t   I P 1 2   0 2 / 3   V a c u u m V e r i f i e r   I P 1 3   0 3 / 0   S t o r a g e   R a c k   S e n so r       T ab le  4 .   SUN  C ML - 6 1 6 0 0   an d   OPT O - 2 2   Ou tp u t p r o to co l s p ec if icatio n   O U T P U T   S U N   I n t e r f a c e   P A C   O U T   ( M o d u l e   / C h a n n e l )   D e scri p t i o n   O P 1   0 4 / 0   C o n v e y o r   B e l t   O P 2   0 4 / 1   S c r e w   R o d   R o t a t e s F w d .   O P 3   0 4 / 2   S c r e w   R o d   R o t a t e R e v .   O P 4   0 4 / 3   A r m U p / D o w n   O P 5   0 5 / 0   V a c u u m G e n e r a t o r   O N   O P 6   0 5 / 1   V a c u u m G e n e r a t o r   O F F   O P 7   0 5 / 2   A r m R o t a t e s C W /   C C W       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.  6 ,   No .   1 ,     Ma r ch   20 1 7   :   39     4 8   44   T h co n v e y o r   b elt  o p er atio n   is   s i m u ltan eo u s   w i th   a n d   s ep ar ate  f r o m   th o p er atio n   o f   t h r o b o tic  ar m .   T h co n v e y o r   b elt  m ec h an i s m   an d   r o b o tic  ar m   m ec h an i s m   ar co u p led   th r o u g h   th p o s itio n   s e n s o r .   W h en   t h p o s itio n   s e n s o r   ( d ig ital  in p u t)   p o in is   t u r n ed   o n   d u to   th p r esen ce   o f   w o r k   p iece   th co n v e y o r   s to p s   u n til t h p o in t is t u r n ed   o f f .   O n ce   th p o in t is t u r n ed   o f f   d u to   th r o b o tic  ar m   r etr ie v in g   t h w o r k   p iece   f r o m   th b elt,   s m all  p au s is   i m p o s ed   s o   th at  th w o r k   p iece   b ein g   ca r r ied   b y   th r o b o tic  ar m   d o es  n o co m e   in to   co n tac w it h   t h n e x w o r k   p iece   p r o ce ed in g   alo n g   th e   b elt  in   th e   s it u atio n   w h er t h f o llo w in g   w o r k   p iece   is   i m m ed iatel y   a f ter   th e   w o r k   p iece   b ei n g   r etr iev ed   ( i. e.   n o   s p ac b et w ee n   w o r k   p iece s   a s   t h e y   p r o ce ed   alo n g   th b elt) .   T h er ar n o   d ar k   co lo r ed   p last ic  w o r k   p i ec es,  h o w e v er   th e   co n tr o lo g ic  is   s till   s et  u p   to   ac ce p th at  o p tio n   s o   t h at   th e r ar n o   d ea d   en d s   in   t h c o n tr o lo g ic.   T h I /O   co n f i g u r atio n   d ialo g   in   th e   OPT O - 2 2   P A C   d ev elo p m e n t e n v ir o n m e n t i s   s h o w n   i n   Fi g u r e   7 .             Fig u r 7 .   I /O  C o n f ig u r atio n   D ialo g   in   OP T O - 22       T h s o f t w ar p r o g r a m   cr ea ted   w h e n   u s i n g   P AC s   i s   r ef er r ed   to   as  s tr ateg y ”.   T h s tr ateg y   i s   co m p r is ed   o f   t h f o llo w i n g co n tr o en g i n w h ic h   d ef i n es  t h co m m u n icatio n   b et w ee n   th P A C   I /O  an d   th e   h ar d w ar it  i s   b ei n g   i n ter f ac ed   to   ( in   th is   ca s th e   Me c h a tr o n ics   p lan t) ,   f lo w c h ar ts   w h ic h   co n tain   t h e   p r o g r am m i n g   lo g ic  o f   t h s tr ateg y ,   v ar iab les  ( in te g er s ,   f lo atin g   p o in ts ,   s tr i n g s ,   etc. ) ,   an d   I /O  co n f ig u r atio n   in f o r m atio n   w it h   d e f in e s   t h e   co n tr o llab le  p o in ts   o f   t h p lan t.  S in ce   m o s co n tr o ap p licatio n s   ar r ath er   co m p le x   s tr ate g y   u s u all y   co n s i s ts   o f   s ev er al  f lo w ch ar t s   wh ich   al w o r k   in   u n i s io n ,   m u c h   lik s u b r o u ti n es  i n   tr ad itio n al  o b j ec o r ien ted   p r o g r am m i n g   la n g u a g e.   T h f lo w ch ar is   b u ilt  u s i n g   b lo ck s ”,   w h ic h   i n cl u d e   ac tio n   b lo ck s   ( w h ich   co n tai n   ac tio n   co m m an d s ) ,   co n d itio n   b lo ck s   ( w h ic h   co n tai n   co n d itio n   co m m an d s ) ,   Op to Scr ip t b lo ck s   ( w h ic h   co n t ain   p r ed ef ien ed   s u b r o u ti n es   o r   s cr ip ts   o f   ac tio n   an d   co m m a n d   b lo ck   lo g ic) ,   an d   co n tin u b lo c k s   ( w h ic h   ac a s   co n n ec tio n s ) .   T h ese   s y m b o l s   ar a n alo g o u s   to   t h f lo w c h ar tin g   ter m in o lo g y   u s ed   in   tr ad itio n a l c o m p u ter   p r o g r am m i n g   p ar d ag i m   a n d   ar s h o w n   b elo w   i n   Fi g u r 8 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       P r o g r a mma b le  A u to ma tio n   C o n tr o ller   Mech a tr o n ic  E xp erimen t   ( Th o ma s   Gro s s )   45       Fig u r 8 .   Flo w c h ar t B lo ck s   u s ed   in   P A C   P r o g r a m m i n g       T h o v er all  co n tr o s tr ate g y   in   th f lo w c h ar b ased   p r o g r a m m i n g   en v ir o n m e n o f   th e   OP T O - 2 2   P AC   f o r   th m ec h a tr o n ics  ex p er i m e n is   s h o w n   in   Fi g u r 9 .   Fig u r 9   illu s ttra es  th u s o f   th P AC   f lo w c h ar b ased   p r o g r am m i n g   en v ir o n m en wh er eb y   v ar io u s   b lo ck s   ar u s e d   to   c o n s tr u ct  t h o v er all  lo g i o f   th p r o g r am .   I n   co m p ar io n   to   F ig u r 9 ,   w h ic h   i s   f air l y   co m p ac t,   th e   eq u i v alen P L C   lad d er   p r o g r am   o n   a n   Allen - B r ad le y   Mic r o   L o g ix   1 2 0 0   P L C   s h o w n   in   Fi g u r 1 0   [ 1 8 ]   r eq u ir es  4 6   ( f o u r t y - s i x )   r u n g s   o f   lad d er   lo g ic  o r ,   ap p r o x im a tel y   1 0   ( ten )   p ag es  o f   p r in ted   lad d er   lo g ic  co d e.   C lear l y ,   f o r   t h is   ap p licatio n   t h co m p ac t n es s   o f   th e   P A C   f lo w c h ar b ased   p r o g r a m   v er s u s   t h P L C   lad d er   lo g ic  p r o g r a m   is   ap p ar en t.   F ig u r 1 1   s h o w s   s eq u e n ce   o f   th P AC   m ec h atr o n ic  ex p er i m e n t in   r u n   t i m o p er atio n al  m o d e.             Fig u r 9 .   OPT O - 2 2   s tr ateg y   f l o w   ch ar t lo g ic  f o r   r o b o tic  ar m   co n tr o l a n d   s en s o r   r ea d in g           AC T I ON   B L OC K C ON D I T I ON                                                                       OP T OSCRI P T                                                                 C ON T I N U E B L OC K                                                                                             B L OC K B L OC K Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.  6 ,   No .   1 ,     Ma r ch   20 1 7   :   39     4 8   46       Fig u r 1 0 .   A lle n - B r ad le y   Mic r o   L o g i x   1 2 0 0   P L C   L ad d er   L o g ic  [ 2 0 ]                     Fig u r 1 1 .   P A C   Me ch atr o n ics  ex p er i m e n t u n d er   r u n - ti m o p er atio n         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       P r o g r a mma b le  A u to ma tio n   C o n tr o ller   Mech a tr o n ic  E xp erimen t   ( Th o ma s   Gro s s )   47   4.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   h as  p r esen ted   th u s o f   P r o g r a m m ab le  A u to m a tic  C o n tr o ller s   ( P AC )   in   t h f r a m e w o r k   o f   teac h i n g   co n tr o ls   to   u n d er g r ad u ate  en g i n ee r in g   s t u d en ts   u s i n g   t h P AC   in ter f ac ed   to   m ec h atr o n ic s   /   r o b o tic  p ick   an d   p lace   m a n u f ac tu r in g   p la n ts .   T h OP T O - 2 2   SNA P   P AC   lear n i n g   ce n ter   p r o v id es  u n iq u e   h an d s - o n   e x p er ien ce   to   e n ab l s t u d en t s   to   b ec o m e   f a m i liar   w it h   P L C   s y s te m s .   T h p r o s   an d   co n s   o f   u s i n g   P A C   v s .   P L C   an d   FP G A   b ase d   s y s te m   h av b ee n   h i g h li g h ted .   T h p r o g r am m i n g   s tr u ctu r e   o f   in ter f ac i n g   w i t h   th P AC   is   g r ap h ica o b ject  o r ien ted   f lo w c h ar b ased   p r o g r am m i n g   p ar ad ig m .   T h f lo w c h ar b ased   p r o g r am m i n g   p r o v id ed   b y   OP T O - 2 2   allo w s   s t u d en t s   to   q u ick l y   b e g in   p r o g r a m m i n g   o n ce   th e y   h av b asi c   u n d er s ta n d in g   o f   t h u n d er l y i n g   lad d er   lo g ic.   d etailed   wo r k in g   e x a m p le   o f   u s in g   t h OPT O - 2 2   P A C   to   in ter f ac w i th   a n   i n d u s tr ial  b ased   SUN  C M L - 6 1 6 0 0   Me ch atr o n ics p lan h as b ee n   d is c u s s e d   h er ein .       ACK NO WL E D G E M E NT   T h au th o r s   w i s h   to   th a n k   C al   P o ly   P o m o n U n i v er s it y   f o r   f u n d i n g   o b tain ed   u n d er   SP I C E   g r an t o   u p g r ad th f ac ilit ie s   o f   t h co n tr o l s y s te m s   lab o r ato r y .         RE F E R E NC E   [1 ]   V o g e l - He u se r,   B. ,   Ob e rm e ier,  M . ,   Bra u n ,   S . ,   S o m m e r,   K.,   Jo b st ,   F . ,   S c h w e ize r,   K. ,   Ev a lu a ti o n   o f   a   UML - b a se d   v e rsu a n   IEC  6 1 1 3 1 - 3 - b a se d   S o f tw a r e   En g in e e rin g   A p p ro a c h   f o T e a c h in g   P L P r o g ra m m in g ”,   IEE T ra n sa c ti o n o n   Ed u c a ti o n .   2 0 1 3 ;   5 6 ( 3 );  3 2 9 - 3 3 5 .   [2 ]   Ch e n ,   X . ,   Ho n g y i,   G . ,   Re m o te  P L L a b o ra to ry   De sig n   a n d   Re a li z a ti o n ”,   Pr o c e d ia   En g in e e rin g .   2 0 1 2 3 1 ;   1 1 6 8 - 1 1 7 2 .   [3 ]   G u z m a n - Ra m irez ,   E. ,   G a rc i a ,   I.   A. ,   U sin g   th e   P ro jec t‐Bas e d   L e a rn in g   A p p ro a c h   f o In c o rp o ra ti n g   a n   F P G A ‐b a se d   In teg ra ted   Ha rd w a r e /S o f t w a re   T o o f o Im p le m e n ti n g   a n d   Ev a lu a ti n g   Im a g e   P ro c e ss in g   A lg o rit h m s   in to   G ra d u a te   L e v e Co u rse s ”,   Co mp u ter   A p p li c a ti o n s i n   En g i n e e rin g   E d u c a ti o n .   2 0 1 3 2 1 ( S 1 );   E7 3 - E 8 8 .   [4 ]   Ku m a r,   A . ,   F e rn a n d o ,   S . ,   a n d   P a n ick e r,   R. C. ,   P r o jec t - b a se d   L e a r n in g   in   Em b e d d e d   S y ste m Ed u c a ti o n   u si n g   a n   F P GA   P latf o rm ”,   IEE T ra n sa c ti o n o n   E d u c a ti o n .   2 0 1 3 5 6 (4 ) 4 0 7 - 4 1 5 .   [5 ]   Cif re d o - Ch a c ó n ,   M . ,   Q u iró s - Ol o z á b a l,   A . ,   G u e rre ro - Ro d ríg u e z ,   J.   M. ,   Co m p u ter  A rc h it e c tu re   a n d   F P G A s:  a   lea rn in g - by - d o in g   M e th o d o lo g y   f o d ig it a l - n a ti v e   S tu d e n ts:  C o m p u ter  A r c h it e c tu re   a n d   F P G A s ”,   Co mp u ter   Ap p li c a ti o n s i n   E n g i n e e rin g   Ed u c a ti o n .   2 0 1 5 ;   2 3 (3 );   4 6 4 - 4 7 0 .   [6 ]   L e w o tsk y ,   K.  P L CS ,   P A CS ,   P Cs,   F P GA s: De c o d in g   th e   Dif f e r e n c e s.  h tt p :/ /w ww . m o ti o n c o n tr o lo n li n e . o rg /   [7 ]   OP T O - 2 2   w e b site  h tt p :/ /w ww . o p to 2 2 . c o m /sit e /p a c sv so th e rtec h . a sp x   [8 ]   Pro g ra mm a b le C o n tr o ll e rs An   E n g i n e e rs   Gu id e ,   P a rr,   E.   2 0 0 3 ,   Ox f o rd ,   Bu rli n g to n ,   M A .   [9 ]   Pro g ra mm a b le  L o g ic  C o n tro ll e rs In d u stri a Co n tro l ,   D.  Kh a led   a n d   E.   Ka m e l,   ,   2 0 1 4 M c G ra w - Hill   Ed u c a ti o n ,   Ne w   Yo rk   [1 0 ]   Zh a n g ,   L i.   A p p li c a ti o n o f   P A in   c o n tr o sy ste m   a X e iq iao   n e w   c o a p re p a rtaio n   p lan t.   C o a Pre p e ra t io n   T e c h n o l o g y ,   2 0 1 3 3 8 0 - 8 1 .   [1 1 ]   Zh a n g ,   X .   D. ,   T id e   S im u latio n   S y ste m   Ba s e d   o n   P A C ”,   M o d e rn   E lec tro n ic T e c h n iq u e .   2 0 0 8 2 1 ( 1 1 );  1 1 3 - 1 1 6 .   [1 2 ]   Zh u ,   H.  Be n lei ,   L . ,   Bo l in ,   D.,   X i a o ,   F . ,   Re se a rc h   o n   F P G A - b a se d   P r o g ra m m a b le  L o g ic  Co n tro ll e rs’  tec h n o l o g y ,   T EL KOM NIKA  In d o n e si a n   J o u rn a o El e c trica En g in e e rin g .   2 0 1 3 1 1 (1 2 );  7 6 5 5 - 7 6 6 3 .   [1 3 ]   Ch e n ,   Y.,   L iu ,   Y.,   Zh a n g ,   Z.   De sig n   a n d   im p le m e n taio n   o f   e lev a to c o n tr o sy st e m   b a s e d   o n   F P GA .   J o u rn a o f   He n a n   I n stit u te o f   S c ien c e   a n d   T e c h n o l o g y .   2 0 1 4 4 2 (0 3 );  6 5 - 7 1 .   [1 4 ]   G u p ta,  S . ,   P L Ba se d   m u lt i - f lo o El e v a to S y ste m ”,   In ter n a ti o n a J o u r n a o Ro b o ti c s   a n d   Au to ma ti o n .   2 0 1 5 ;   4 (3 ).   [1 5 ]   M a ,   Y.   Y.,   W a n g ,   F e n g - Yu ,   L V ,   W a n g ,   G . J. ,   P L El e v a to Co n tro S y ste m   Ba s e d   o n   P W M   S p e e d   Co n tr o l ”,   J o u rn a o Gu a n x Ac a d e my   o f   S c ien c e s .   2 0 1 2 ;   2 8 (0 1 );  5 9 - 6 1 .   [1 6 ]   Na jj a ri,   B. ,   Ba ra k a ti ,   S .   M . ,   M o h a m m a d i,   A . ,   F o tu h i,   M .   J.,   F a ra h a t,   S . ,   Bo sta n ian ,   M . ,   M o d e li n g   a n d   Co n tro l ler   De sig n   o f   El e c tro - P n e u m a ti c   A c t u a to Ba se d   o n   P W M ”,   In ter n a ti o n a J o u r n a l   o Ro b o ti c a n d   Au t o ma ti o n .   2 0 1 2 ;     1 (3 );  1 2 5 - 1 3 6 .   [1 7 ]   S a m a n ta,  A . ,   Du tt a ,   A . ,   No b le  A p p ro a c h   o f   P ro c e ss   A u to m a ti o n   in   G a lv a n ize d   N u t,   Bo lt   M a n u f a c tu rin g   In d u stry ”,   In ter n a ti o n a l   J o u r n a l   o R o b o ti c s a n d   Au t o ma ti o n .   2 0 1 2 1 ( 2 ); 1 1 3 - 1 2 4 .   [1 8 ]   Us e m a n u a f o OP T O - 2 2   P A L e a rn in g   Ce n ter,  2 0 1 0 ,   ww w . o p to - 2 2 . c o m   [1 9 ]   W e ll s,  T . ,   De V o st,  M . ,   A n d e rso n ,   K.R. ,   Us in g   OP T O2 2   P A L e a rn in g   S y ste m   in   th e   M e c h a n ica En g in e e rin g   De sig n   o f   M a c h in e   Co n tro ls  L a b o ra to ry ”,   Pro c e e d in g o th e   2 0 1 2   AS EE   PS W   S e c ti o n   Co n fer e n c e ,   S a n   L u is   Ob isp o ,   2 0 1 2 .   [2 0 ]   S u n   Eq u ip m e n Co .   CM L   6 1 - 6 0 0   Un it ,   ,   h tt p :/ /w ww . su n e q u ip c o . c o m /M e c h a tro n ic/IND EX . HT M                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.  6 ,   No .   1 ,     Ma r ch   20 1 7   :   39     4 8   48   B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS        T h o m a G ro ss   is  a n   HV A C& En g in e e a A CC En g in e e re d   S y st e m a n d   is  a   m e c h a n ica l   e n g in e e rin g   re se a rc h   a ss istan a Ca li f o rn ia  S tate   P o ly tec h n ic  U n iv e rsity ,   P o m o n a .   M r .   G ro ss   o b tai n e d   h is  b a c h e lo r’s  d e g re e   in   M e c h a n ica En g in e e rin g   f ro m   th e   Ca li f o rn ia  S ta te  P o ly tec h n ic   Un iv e rsit y ,   P o m o n a .   M r.   G ro ss ’  p re v io u re se a rc h   h a c e n tere d   o n   h e a e x c h a n g e rs  a n d   En e rg y   m o d e li n g   re su lt in g   i n   p u b li c a ti o n in   th e   In tern a ti o n a l   Jo u r n a o f   T h e r m a En g in e e rin g ,   th e   Jo u rn a o f   T h e r m a En g in e e rin g   a n d   A p p li c a ti o n ,   a n d   th e   I n tern a ti o n a J o u r n a o f   En e rg y   a n d   En v iro n m e n t.   His  re se a r c h   in tere sts  a re   in   h e a tran s f e r,   th e r m o d y n a m ics ,   tran sp o rt  p h e n o m e n a ,   CF D,  e n e rg y   g e n e ra ti o n   a n d   c o n tr o sy ste m s.  He   h a s an   E. I. T .   li c e n se   in   th e   sta te  o f   Ca li f o rn ia.              Dr.  Ke v in   A n d e rso n   i a   P ro f e ss o o f   M e c h a n ica En g in e e rin g   a n d   Dire c to o f   th e   M a c h i n e   Co n tr o ls  L a b o ra to ry   a Ca li f o rn i a   S tate   P o ly tec h n ic  Un iv e rsity .   Dr.  A n d e rso n   h o l d o v e 2 0   y e a rs   o f   p riv a t e   in d u stry   e x p e rie n c e ,   a n d   h a p u b li sh e d   3 0   p e e re v ie w e d   jo u rn a a rti c les ,   a n d   ov e 5 0   c o n f e re n c e   p ro c e e d in g s.  Dr.  A n d e rso n   is  a   m o d e rn   d a y   r e n a issa n c e   m a n   a h e   c o n ti n u a ll y   tea c h e a   w id e   v a ri e t y   o f   c o u rse a n d   lab o ra t o ries   in c lu d in g   M a c h i n e   De sig n ,   Co n tr o S y ste m s,  S y ste m   D y n a m ic s,  T h e r m a S y ste m De si g n ,   He a T ra n s f e r,   S o lar  T h e r m a l   En g in e e rin g ,   Re n e w a b le  En e rg y ,   En g in e e rin g   M e a su re m e n ts,   M e c h a n ica V i b ra ti o n s,  F l u id   M e c h a n ics ,   Co m p u ter  P r o g ra m m i n g   a n d   En g in e e rin g   M a t h e m a ti c a A n a l y sis.  Dr.  A n d e rso n   a lso   h o l d s an   a c ti v e   M e c h a n ica En g i n e e rin g   P . E.   li c e n se .   E - m a il k ra n d e rso n 1 @c p p . e d u             Dr.  No lan   T su c h iy a   is  a n   A s sis tan P ro f e ss o o f   M e c h a n ica E n g in e e rin g   a Ca li f o rn ia  S tate   P o ly tec h n ic  Un iv e rsity ,   P o m o n a .   Dr.  T su c h iy a   o b tain e d   h is  P h . D.   f ro m   Un iv e rsit y   o f   Ca li f o rn ia  L o A n g e les   (UC LA   in   th e   a re a   o f   D y n a m ic  S y ste m s   a n d   Co n tro l) .   Dr.  T su c h iy a   tea c h e Co n tr o ls  E n g in e e rin g ,   S y ste m   Dy n a m i c s,  a n d   Co m p u ter  P r o g ra m m in g   c o u rse u sin g   M AT LAB/S IM UL INK   a C a li f o r n ia  S tate   P o ly tec h n ic  Un iv e rsit y ,   P o m o n a .   He   is  c u rre n tl y   th e   a d v iso f o th e   C P P   Hy p e rlo o p   tea m ,   a n d   a   c o - a d v iso r   f o th e   C P P   A S HR A c lu b .   He   h o l d a n   a c ti v e   Ca li f o rn ia  P li c e n se .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.