基于PLC的柔性自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)研究

朱志偉

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們開始關(guān)注與重視柔性自動化的相關(guān)研究工作。通過柔性自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)的運用與完善能夠更好的滿足制造業(yè)的發(fā)展需要。文章首先對柔性自動化的相關(guān)理論進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上探討了基于PLC的柔性自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：PLC；柔性自動化生產(chǎn)線；設(shè)計

柔性自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)在制造業(yè)中有著越來越廣泛的應(yīng)用，具有提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本的和重要作用。在柔性自動化生產(chǎn)線中，能夠最大限度地提高設(shè)備的利用率，從而為產(chǎn)品的生產(chǎn)提供相對穩(wěn)定的生產(chǎn)能力，同時促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量與應(yīng)變能力的提高。當(dāng)前，我國的柔性自動化生產(chǎn)線的相關(guān)研究與應(yīng)用處于初級階段，與發(fā)達(dá)國家存在較大的差距。因此，要注重柔性自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)的研究與開發(fā)，為柔性自動化生產(chǎn)線的應(yīng)用與推廣提供借鑒。

1 PLC工作原理

1.1 上電處理

在PLC系統(tǒng)上電之后，上電處理工作的主要內(nèi)容包括：第一，將硬件系統(tǒng)設(shè)置為默認(rèn)狀態(tài)；第二，對I/O模塊裝置的工作形式進(jìn)行檢查；第三，對系統(tǒng)的其他還原默認(rèn)值進(jìn)行處理。這些上電處理工作都屬于PLC的內(nèi)部工作，在PLC出廠時就已經(jīng)設(shè)定好了，與客戶的程序控制之間存在的聯(lián)系不大。因此，PLC上電處理具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，而且其運轉(zhuǎn)所需的時間也較短。

1.2 PLC掃描

在完成上電處理之后要進(jìn)行PLC掃描。在PLC掃描過程中，首先要進(jìn)行輸入工作，在輸入工作完成之后要正確處理PLC系統(tǒng)與外設(shè)通信體統(tǒng)之間的關(guān)系，及時實現(xiàn)時鐘與寄存器的更新工作。當(dāng)PLC系統(tǒng)的CPU為RUN模式時，PLC系統(tǒng)會進(jìn)行反復(fù)掃描；當(dāng)PLC系統(tǒng)的CPU為STOP模式時，PLC系統(tǒng)會進(jìn)行自我檢查。

PLC掃描步驟中又包括三個階段：首先，輸入采樣階段。在PLC掃描的輸入采樣階段中，首先應(yīng)該對連接終端進(jìn)行掃描，將連接終端的狀態(tài)在相應(yīng)的寄存器中進(jìn)行保存，實現(xiàn)寄存器的更新。寄存器僅在輸入采樣階段實現(xiàn)內(nèi)容更新，該階段結(jié)束之后將處于與外界隔離的狀態(tài)中，直到進(jìn)入下一次采樣階段才會重新輸入內(nèi)容。其次，輸入程序?qū)嵤╇A段。按照PLC梯形圖程序的掃描標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行“先左后右，先上后下”的掃描活動。如果程序在掃描的過程中出現(xiàn)跳轉(zhuǎn)命令，則要按照跳轉(zhuǎn)命令的內(nèi)容對程序的跳轉(zhuǎn)位置進(jìn)行確定。當(dāng)命令中出現(xiàn)有關(guān)輸入或者輸出的狀態(tài)時，PLC需要從寄存器中對輸入采樣階段所采用的終端連接狀況進(jìn)行讀取，通過相關(guān)的運輸?shù)贸鼋Y(jié)果，并將結(jié)果在寄存器中進(jìn)行寄存。最后，輸出更新階段。寄存器在完成了所有的命令之后將輸出繼電器的狀態(tài)存到輸出存儲器中，進(jìn)而實現(xiàn)輸出。

1.3 出錯處理

在PLC掃描環(huán)節(jié)中，PLC會通過自我檢查來確保自身的正常運轉(zhuǎn)。如果在PLC自我檢查的過程中發(fā)現(xiàn)錯誤，中央處理器面板的LED與異常繼電器會實現(xiàn)連通，在寄存器中實現(xiàn)錯誤代碼的存入。如果出現(xiàn)的錯誤較為嚴(yán)重，CPU會強(qiáng)制轉(zhuǎn)變到STOP模式中，將所有的掃描工作都終止。

2 柔性自動化生產(chǎn)線及其對設(shè)備的要求

2.1 柔性生產(chǎn)線概述

柔性生產(chǎn)線指的是將多臺可調(diào)節(jié)機(jī)床進(jìn)行聯(lián)合，與自動運送裝置相互組合之后形成生產(chǎn)線。柔性自動化生產(chǎn)線通過計算機(jī)進(jìn)行管理工作，實現(xiàn)了多種生產(chǎn)模式的相互結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)成本的降低與生產(chǎn)材料使用效率的提高。

柔性自動化生產(chǎn)線包括三個組成部分：第一，物流系統(tǒng)，能夠自動完成物料的存儲、運輸與裝卸、管理等工作，其中包括物料存儲、物料輸送與物料搬運三個子系統(tǒng)。第二，執(zhí)行系統(tǒng)，能夠自動完成工件的加工、檢測與裝配工作，不同的柔性自動化生產(chǎn)線在執(zhí)行系統(tǒng)方面存在一定的差異。第三，控制系統(tǒng)，能夠自動完成柔性自動化生產(chǎn)線的控制工作，其中包括過程控制、過程監(jiān)控兩個子系統(tǒng)。

2.2 對設(shè)備的要求

一般情況下，所有的設(shè)備都能夠歸入到柔性自動化生產(chǎn)線中。具體來講，柔性自動化生產(chǎn)線對設(shè)備的要求包括以下幾點：第一，工序相對集中。柔性自動化生產(chǎn)線具有較高的自動化要求，且成本比較高，因此其生產(chǎn)線中的設(shè)備數(shù)量應(yīng)該盡量降低，在工作時能夠接受較高的負(fù)荷。第二，柔性與生產(chǎn)率較高。為了更好地實現(xiàn)柔性與生產(chǎn)率的提高，設(shè)備呈現(xiàn)出了兩個方面發(fā)展趨勢，一方面是柔性化結(jié)合制造機(jī)器，另一方面是模塊化再生產(chǎn)中心。第三，在控制方面較為容易。柔性自動化生產(chǎn)線是通過計算機(jī)進(jìn)行控制的，其中運用的各種設(shè)備都必須能夠納入到整個管控體系中，因此生產(chǎn)線的管控系統(tǒng)必須對所有的設(shè)備進(jìn)行自動控制，依據(jù)生產(chǎn)目標(biāo)的變化實現(xiàn)自動的調(diào)整。

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計工作

文章設(shè)計的柔性自動化生產(chǎn)線包括供料單元、暫存單元與裝配單元三個組成部分。通過在傳送帶末端安裝固定擋板來實現(xiàn)對下一動作的檢測工作，所采用的固定擋板為圓柱體，目的是提高裝配工作的可行性與簡潔性。采用CP56H主機(jī)為上位機(jī)，并在上位機(jī)中安裝組態(tài)軟件，實現(xiàn)對生產(chǎn)線的在線監(jiān)測工作。

PLC控制系統(tǒng)采用的是西門子PLCS系列，CPU采用的是CPU224，這種CPU帶有現(xiàn)場線擴(kuò)展功能，通過RS通信接口實現(xiàn)PLC系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備的通訊，有利于上位與現(xiàn)場設(shè)備之間的通訊工作。此外，CPU上自帶數(shù)字量輸入輸出點，更好地滿足了設(shè)備的輸入需求，不需要再實現(xiàn)輸入輸出模塊的擴(kuò)展。

雙作用氣缸通過雙電控電磁閥進(jìn)行控制工作。PLC通過置位與復(fù)位操作對控制線圈的通電與失電進(jìn)行控制，進(jìn)而控制雙作用氣缸的伸縮狀態(tài)。

4 結(jié)束語

在柔性自動化生產(chǎn)線中包含了計算機(jī)、通訊、電子等多種學(xué)科與技術(shù)，其核心部分為控制系統(tǒng)。在柔性自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)中，將PLC控制器作為主要組成部分，以PLC為基礎(chǔ)進(jìn)行柔性自動化生產(chǎn)線的控制，實現(xiàn)真正意義的自動化生產(chǎn)，為未來的柔性自動化生產(chǎn)線的發(fā)展與推廣提供參考與借鑒。

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