基于PLC的工廠生產流水線控制研究

吳國輝

摘 要：PLC（可編程控制器）具有復雜的邏輯能力和運算能力，能適應現代工廠生產的需要，在冶金、石化、電力等工業(yè)生產中得到了廣泛應用?；赑LC的工廠生產流水線控制展開了研究，分析了系統的設計要求和設計方案，并對系統的軟、硬件設計和變頻器參數設置進行了詳細介紹。

關鍵詞：PLC；生產流水線；系統設計編碼器

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.114

隨著我國工業(yè)化進程的不斷推進，工業(yè)生產逐漸向著大型化、系統化、自動化的方向發(fā)展，這對工廠生產流水線的控制提出了更高的要求。在工廠生產流水線控制中，PLC具有強大的控制能力和復雜的邏輯運算能力，能提高現場控制信號的精確度，實現實時數據監(jiān)控管理，滿足工廠生產流水線控制的要求，得到了大力推廣。基于此，本文對基于PLC的工廠生產流水線控制進行了介紹。

1 系統設計要求

裝配流水線有5個工位、1個次品檢測位及1個次品分揀機械手臂，其間距相同，要求當按下啟動按鈕時，如果流水線沒有產品配件放下，則流水線以50 Hz的頻率運行；檢測到產品時，檢測開關1導通，流水線以40 Hz的功率運行，運行50 s后，如果沒有產品配件放下，則流水線仍以50 Hz的頻率運行。每當產品到達一個工位時，都要停留10 s，之后流水線運行到下一位（必須準確停止到對應的工位），以便工人快速、有效地完成裝配工作。

當產品包裝完成后，經過檢測開關2，如果產品為次品，則經過次品分揀開關，將次品推下次品箱；如果產品為良品，則流水線將產品送入良品箱。

流水線每個裝配工位都設有急停開關、急停紅燈指示、物料短缺開關及物料綠燈指示，按下停止按鈕流水線停止運行。

2 系統設計方案

本系統分設計方案為硬件設計、軟件設計及編碼器接線設計。硬件設計通過電機、PLC、變頻器及觸摸屏的接線組成，選用PLC實現對系統多個輸入、輸出點頻繁動作控制，通過變頻器對流水線進行多速控制及設定；軟件設計由PLC編程、變頻器參數設定及觸摸屏人機界面共同完成。

在簡單裝配流水線中，只需1臺電機工作。因此，整機供電電源為三相四線，電壓為380 V，供電頻率50 Hz，供電方式為拖鏈行走機構，電機型號JZ2-51-16/4，電機功率4/16 kW，電流為23/32 A。

3 系統硬件設計

3.1 變頻器選型

由于電機功率為4/16 kW，電流為23/32 A。用電機的功率乘以1.2～1.5的系數，經簡單計算得出一數值，以此數值選一變頻器，用變頻器直接驅動電機。本系統采用MTCUBISHI（三菱）-E700型號變頻器。

3.2 PLC選型

通過初步計算，有輸入點/輸出點共11個，均為數字量信號，可選用FX2N-48MR系列PLC，其結構緊湊、擴展性能良好、價格低廉。

3.3 編碼器選型

本設備上的旋轉編碼器為增量型編碼器，型號為CT001，技術參數：電源電壓為DC+5+/-5%或5～12 V、12～24 V；最大轉速為5 000 rmp；輸出電壓方面，高電平Vh≥85%Vcc，低電平Vi≤0.3 V；輸出脈沖數為600 p/r，Tz=1/4T，可以對正反向脈沖進行計數。

3.4 I/O地址分配

在地址分配表中，X0和X1啟動，檢測功能和輸入控制啟動，Y0～Y3可實現對電動機正轉，RM、RH多段速端子的控制等，具體如表1所受。

3.5 系統硬件電路

由于系統的轉速不同，因此，本文選用變頻器來滿足流水線對各種產品的裝配需求。通過變頻器的參數設定和外部接線，可實現速度調整。其中，通過RH、RM參數設定來確定運行頻率，STF、SD、U、V、W分別為接觸器引線和三相電源引線端子；采用PLC控制，控制轉速的指令由PLC的DA轉換模塊以直流0～10 V形式向觸摸屏發(fā)出指令來驅動電機的變頻器發(fā)出，從而實現調速。PLC選用FX2N-48MR，由硬件電路可知，輸入需要5個端子，輸出需要6個端子。變頻器減速時間極短，對于小功率負載設備而言，不會造成較大的影響，但對于頻繁啟停的大負載設備而言，易造成變頻器的損壞。所以，本設備選用編碼器來控制變頻器的減速時間，從而避免因頻繁啟停而造成變頻器的損壞。

3.6 高速計數器

選用的高速計數模塊CT001編碼器與PLC接線圖如圖1所示。

4 變頻器加減速時間計算與設定

變頻器加、減速時間的計算公式如下：

加速時間=Pr.20/（最大使用頻率-Pr.13）×從停止到最大使用頻率的加速時間. （1）

減速時間=Pr.20/（最大使用頻率-Pr.10）×從停止到最大使用頻率的加速時間. （2）

根據上述公式計算加、減速時間，設初始頻率均為50 Hz，從停止到最大使用頻率的加速時間為2 s，從最大使用頻率到停止的減速時間為0.5 s，求得此時需要設定的加、減速時間，即設Pr.13=0.5 Hz、Pr.10=3 Hz，則Pr.7=2 s、Pr.8=0.5 s。

5 系統軟件設計

5.1 系統流程

按下啟動按鈕變頻器通電，流水線以50 Hz的頻率運行。傳感器開關判斷是否有物料經過，如果有，則流水線以40 Hz的頻率運行，每當產品到達一個工位時，都要停留10 s，之后流水線運行到下一位。產品包裝完畢后，次品檢測開關開始對其檢測，具體如圖2所示。

5.2 流水線啟動控制程序

流水線啟動控制程序如圖3所示。具體流程為：按下X7動作→變頻器的STF與SD之間未接通的前提下，Y0動作并自鎖→接觸器KM得電并動作→變頻器接通電源，流水線以50 Hz的頻率運行；M0動作→變頻器的STF與SD之間未接通的前提下，Y1釋放，Y2接通，流水線以40 Hz的頻率運行；按下X6動作→Y0、Y1和Y2釋放→變頻器切斷電源→流水線停止運行。

5.3 流水線裝配啟?？刂瞥绦?/p>

流水線裝配啟?？刂瞥绦蛉鐖D4所示。具體流程為：檢測開關X1動作→如果Y0已經動作，則變頻器已經通電，輔助繼電器M0動作并自鎖→流水線以40 Hz的頻率運行。

T0為等待物料設定的時間，流水線以40 Hz的頻率運行，運行50 s后，如果沒有產品配件放下，則流水線仍以50 Hz的頻率運行。

運用比較指令及計數指令實現對編碼器的控制，從而使流水線為裝配工位準確定位。同時，M1動作，流水線停止10 s后繼續(xù)運行。

XO為脈沖輸入端子，X0動作后，計數器C235隨之變化，實現編碼過程。

Y0下降沿為計數器復位開關，Y0下降沿動作，復位指令執(zhí)行動作，計數器復位。計數器復位為流水線下一次準確定位做準備。

6 結束語

綜上所述，PLC具有編程簡單、可靠性高、適應性強、抗干擾能力強及維修簡便等優(yōu)點，采用模塊化結構，可靠性高于繼電控制，且體積更小。在工廠生產流水線中應用PLC，不僅能取代繼電器電路的邏輯控制，還能提高流水線控制信號的精度，提高工廠流水線生產作業(yè)的可靠性和安全性。本系統較為實用，成本較低，對其他類似生產流水線的設計具有一定的參考價值。

參考文獻

[1]白文忠.PLC在工廠生產控制系統技改中的應用[J].科技傳播，2016（10）.

[2]蔡建光.PLC在生產線自動化改造中的應用[J].通訊世界，2014（05）.

〔編輯：張思楠〕