基于PLC的自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文/呂志華

自動(dòng)化生產(chǎn)線指的是操作者按照一定的工藝路線按照統(tǒng)一的生產(chǎn)速度來(lái)完成操作的生產(chǎn)過(guò)程。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化生產(chǎn)線的性能越來(lái)越向著高精度、高效化發(fā)展，由于采用高速CPU芯片以及多CPU控制系統(tǒng)和高分辨率的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，系統(tǒng)的精度大大提高。工藝的復(fù)合性越來(lái)越高，以數(shù)控機(jī)床為例，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，多工序的復(fù)合加工只需要通過(guò)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭的措施即可完成。

1 控制系統(tǒng)的硬件組成

自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的硬件由PLC、傳感器、執(zhí)行部件、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)等構(gòu)成。PLC的型號(hào)比較多，但是結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同，主要由電源、主機(jī)、I/O接口、擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口等組成，PLC具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；編程簡(jiǎn)單，使用方便；控制靈活；功能性強(qiáng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其是程序編程采用了以繼電器控制線路為基礎(chǔ)的梯形圖語(yǔ)言，程序編制直觀、形象、簡(jiǎn)單易學(xué)。傳感器是生產(chǎn)線中的檢測(cè)元件，感應(yīng)到被測(cè)對(duì)象，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，主要有電感傳感器、光纖傳感器、磁性開關(guān)等。生產(chǎn)線中的執(zhí)行部件主要由變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)組成，主要控制工件的運(yùn)行順序、速度以及運(yùn)動(dòng)的方向和行程的大小等。通信系統(tǒng)主要將工作的各個(gè)單元相互連接起來(lái)，形成一個(gè)整體，相互之間可以將信息進(jìn)行交換，提高設(shè)備的控制能力，實(shí)現(xiàn)了集中處理，分散控制的工作要求。

2 自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文章設(shè)計(jì)的自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)，模擬的是企業(yè)進(jìn)行工件加工的生產(chǎn)線流程。自動(dòng)化生產(chǎn)線模型主要由供料、運(yùn)輸、加工、分類倉(cāng)儲(chǔ)四個(gè)基本單元組成，通過(guò)PLC作為控制系統(tǒng)的核心部件。

2.1 供料單元

供料單元的機(jī)械部分包括：支撐架、工件裝料管、工件推出裝置、閥組等，控制部分包括PLC、電源等。根據(jù)工作的要求，供料單元的控制系統(tǒng)采用的PLC型號(hào)為三菱FX2N-32MR型，輸入、輸出點(diǎn)均為16個(gè)，地址范圍分別為X0-X17和Y0-Y17。設(shè)計(jì)分析：PLC上電后要確認(rèn)系統(tǒng)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，才可以運(yùn)行，避免出現(xiàn)生產(chǎn)事故。供料單元的主要運(yùn)行過(guò)程是供料控制，如果中途沒(méi)有停止要求，供料過(guò)程就會(huì)不斷循環(huán)進(jìn)行，如果收到正常停止的指令后，系統(tǒng)會(huì)在完成一個(gè)工作周期任務(wù)以后，回到初始狀態(tài)停下來(lái)。此外，缺料報(bào)警后也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)停止，但是缺料報(bào)警退出運(yùn)行狀態(tài)后，需要加入足夠的工件后才可以重新啟動(dòng)系統(tǒng)。子程序的工作狀態(tài)主要包括：是否準(zhǔn)備就緒、運(yùn)行/停止?fàn)顟B(tài)、缺料報(bào)警等狀態(tài)，設(shè)計(jì)時(shí)要保證每一個(gè)掃描周期調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)顯示。

2.2 運(yùn)輸單元

輸送單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)由機(jī)械手裝置、拖鏈裝置、接線端口等部件組成，控制器件由PLC模塊和按鈕/指示燈模塊等部件組成。輸送單元所需要I/O點(diǎn)較多，包括傳感器信號(hào)、指示燈模塊信號(hào)、輸出信號(hào)（包括電磁閥控制信號(hào)和輸出到伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的脈沖信號(hào)）等，因此，本單元選用的是三菱FX1N-48MT型PLC，24點(diǎn)輸入。設(shè)計(jì)分析：輸送單元控制過(guò)程包括機(jī)械手到各工作單元物流臺(tái)取件以及機(jī)械手的定位控制。此系統(tǒng)主程序主要包括上電初始化、復(fù)位過(guò)程、投入運(yùn)行、處理急停等階段，復(fù)位子程序主要檢查各執(zhí)行元件是否在初始位置，機(jī)械手是否在原點(diǎn)位置。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，每一個(gè)掃描周期都會(huì)調(diào)用急停處理子程序，有急停動(dòng)作時(shí)，主控制停止執(zhí)行，急停復(fù)位后，若在急停前，機(jī)械手沒(méi)有運(yùn)行，輸送過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，若急停前，機(jī)械手正在運(yùn)行，需先讓機(jī)械手回到原點(diǎn)，輸送過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行。

2.3 加工單元

加工單元主要由工件搬運(yùn)裝置、直流減速電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、加工電機(jī)、光電傳感器、磁性傳感器以及不同的電磁閥等部件組成。傳感器和電磁閥在氣動(dòng)控制回路中安裝，控制氣動(dòng)回路并將信號(hào)反饋給PLC。主要任務(wù)是通過(guò)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)將工件按照性質(zhì)的不同，選擇不同的轉(zhuǎn)速，送到加工區(qū)域進(jìn)行加工。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)光電傳感器檢測(cè)工件，為電磁離合器提供工作信號(hào)，讓電磁離合器進(jìn)行吸合，將工件送到合適的加工位置，加工的刀具開始工作，加工完成后，主軸的氣缸上升后，加工的電機(jī)就會(huì)停止，轉(zhuǎn)盤將工件送到出料的位置，完成加工過(guò)程。

2.4 分類倉(cāng)儲(chǔ)單元

分類倉(cāng)儲(chǔ)單元的機(jī)械部分主要有：傳送分揀機(jī)構(gòu)（傳送帶、分揀氣缸、光電傳感器以及磁性開關(guān)）、傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電磁閥組、接線端口等，控制部分包括變頻模塊、PLC模塊等。此單元采用的是三菱FX2N-32MR型PLC，傳感器采用外部直流電源供電。此單元的主要工作是分揀控制，PLC上電后確認(rèn)系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，啟動(dòng)系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)檢測(cè)到工件后，復(fù)位高速計(jì)數(shù)器將變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，工件經(jīng)過(guò)電感傳感器和光纖傳感器時(shí)，工件的屬性可以根據(jù)傳感器的動(dòng)作來(lái)判斷，定位控制主要由PLC、變頻器來(lái)完成，各部件協(xié)調(diào)運(yùn)行完成分揀工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

PLC具有精度高、可靠性好以及復(fù)雜的邏輯運(yùn)算能力的特點(diǎn)，在自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以很好的提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，具有穩(wěn)定性高、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)于生產(chǎn)線各個(gè)單元工作流程的分析，整體的生產(chǎn)線可以滿足實(shí)際工業(yè)需求。