基于PLC控制的變頻器在自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

孟超

摘要：在計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子通信技術(shù)發(fā)展下，PLC技術(shù)也得到了一定的發(fā)展，也對我國工業(yè)現(xiàn)代化有著一定的推動意義，基于此，本文論述了PLC控制的變頻器在自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC;變頻器;自動化生產(chǎn)線

引言

在人們實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)加工的過程中，對于電氣設(shè)備的運(yùn)行需要越來越高。而plc作為電氣設(shè)備自動化控制系統(tǒng)中常見的技術(shù)具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢，而且PLC技術(shù)綜合了整個自動化控制系統(tǒng)以及智能化操作技術(shù)的優(yōu)勢，對電氣設(shè)備的自動化發(fā)展比較有利。所以，PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣的自動化控制，可以促進(jìn)整個電氣裝置的一體化操作。PLC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的自動化操作，對編程控制器的更新要求越來越高，實(shí)施PLC技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛。

1、PLC與變頻器的發(fā)展

縱觀我國科技發(fā)展歷程，早在20世紀(jì)80年代，世界電工委員會就全面引入和推廣了PLC與變頻器，作為一種先進(jìn)的電子裝置，在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展中實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用，并且在實(shí)際作業(yè)中也發(fā)揮出了良好的效果。PLC的應(yīng)用主要是通過對數(shù)字運(yùn)算的合理設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)控制操作的，將提前編制好的程序存儲器中，在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算等一系列指令，并通過數(shù)字或模擬的方式輸出，實(shí)現(xiàn)機(jī)械控制效果。而對于變頻器來說，主要是實(shí)現(xiàn)微電子技術(shù)與變頻技術(shù)的有效融合，利用變頻的優(yōu)勢，改變工作電源的頻率與幅度，實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)的控制效果，在節(jié)能工程中變頻器也能表現(xiàn)出良好的效果，主要可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)電流的啟?？刂疲档筒▌与妷含F(xiàn)象，應(yīng)用功率較低，同時，也能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動速度的控制效果，轉(zhuǎn)矩極限調(diào)節(jié)，降低能源損耗。

2、自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)

基于以往的工作經(jīng)驗(yàn)可以了解到，在對工件進(jìn)行自動化加工時，涉及多道作業(yè)工序。而且在生產(chǎn)線運(yùn)行中，需要應(yīng)用到的裝置有數(shù)控車床、機(jī)器人、原料倉以及輸送機(jī)構(gòu)等等。在具體的生產(chǎn)過程中，每道工序處都會安排一臺工業(yè)機(jī)器人，在工作中，機(jī)器人會從原料庫或流水線上將待加工件轉(zhuǎn)移到車床上，經(jīng)過多道工序處理后，得到所需工件。完成制作的工件還需要進(jìn)行質(zhì)量校核，滿足要求后才可以作為成品移送到成品庫中進(jìn)行保存。自動化生產(chǎn)線內(nèi)部的控制系統(tǒng)主要是由PLC、位置傳感器、工業(yè)計(jì)算機(jī)、電機(jī)驅(qū)動器以及工業(yè)攝像頭等所構(gòu)成。在整體控制系統(tǒng)當(dāng)中，三自由度的滑臺是其內(nèi)部的核心部件，其是由X、Y、Z三個不同方向的線性模組以及與之對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)組成，完全能夠通過PLC來為驅(qū)動器發(fā)送準(zhǔn)確的控制信號，有效控制滑臺當(dāng)中的三個分支，使其能夠按照規(guī)定中的坐標(biāo)來進(jìn)行移動。通常情況下，X軸方向應(yīng)當(dāng)盡量與流水線內(nèi)部的傳輸帶維持一種平行的狀態(tài)，可以利用齒輪帶動皮帶這一簡單的驅(qū)動方式使得X軸對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)能夠更好的發(fā)揮出自身的驅(qū)動作用，實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的直線行駛，保證定位的準(zhǔn)確性、平穩(wěn)性。而其中的橫向機(jī)構(gòu)就可以由Y軸步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，其整體驅(qū)動方式與X方向基本一致，主要目的就在于能夠更好的配合X方向來完成坐標(biāo)的定位工作。升降機(jī)則是由Z軸的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，在驅(qū)動方式上與前兩者并無太大差異，在實(shí)際工作中主要就是順著垂直的方向來上下運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對各種工件的放置和抓取。

3、PLC技術(shù)的變頻器自動控制的應(yīng)用

3.1、通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)控制

在實(shí)際應(yīng)用過程中，PLC與變頻器之間的通訊協(xié)議通常有兩種方式，一是MOD-BUS通信協(xié)議;二是自由口的通信協(xié)議。技術(shù)人員需要根據(jù)變頻器的型號、實(shí)際的自動控制需求等合理、科學(xué)的選擇通信協(xié)議。同時，技術(shù)人員可以運(yùn)用PLC與變頻器之間專業(yè)自動化控制協(xié)定——OPC，可提供多連接端口，并與相應(yīng)的硬件裝置進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息的傳輸。在該方面，西門子公司研發(fā)的S7-400和S7-300可以提供OPC服務(wù)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠家設(shè)備的數(shù)據(jù)互通與交換。但需要注意的是，雖然OPC能夠保證PLC與變頻器之間穩(wěn)定的通訊，但OPC的配置過程相對復(fù)雜，在安裝相應(yīng)的軟硬件后，技術(shù)人員需要重新啟動PLC，并進(jìn)行組態(tài)通信。

3.2、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

實(shí)際系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)工作執(zhí)行上，可以從以下兩方面著手，避免整體設(shè)計(jì)效果受到影響。（1）需要控制機(jī)器人的動作，該功能也是PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用時的主要功能需求內(nèi)容。一般來說，機(jī)器人動作主要依靠的是氣缸驅(qū)動，運(yùn)行時，操作人員需要控制好氣缸，并與電磁閥控制形成配合，滿足各項(xiàng)功能需求。當(dāng)下降電磁閥通電之后，機(jī)器人也會處于下降狀態(tài)，斷電之后，能夠讓機(jī)器人停止運(yùn)行。當(dāng)上升電磁閥通電后，能夠讓機(jī)器人處于上升狀態(tài)，斷電后，機(jī)器人也會停止運(yùn)行，兩者的設(shè)計(jì)原理基本類似。（2）自動控制系統(tǒng)。實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行時，當(dāng)殼蓋到位后，機(jī)器人能夠直接啟動，促使機(jī)器人進(jìn)入到運(yùn)動狀態(tài)。啟動前，操作人員還要對機(jī)器人初始位置進(jìn)行確認(rèn)，為后續(xù)工作的運(yùn)行，創(chuàng)造出良好條件。

3.3、物料傳送輥道系統(tǒng)應(yīng)用

基于PLC技術(shù)的變頻器自動控制在物料傳送輥道系統(tǒng)中的應(yīng)用方法具體如下：首先，下料閉環(huán)控制。皮帶秤安裝在振動集料機(jī)上，通過數(shù)字、電子稱重方式獲取、記錄物料的重量。PLC自動控制系統(tǒng)中重力傳感器可以及時獲取物料相關(guān)數(shù)據(jù)，如物料的重量、皮帶傳輸?shù)乃俣鹊?，再通過特定的算法、公式、模型確定皮帶傳送的瞬時物料重量。其次，瞬時物料重量數(shù)據(jù)通過PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸給上位機(jī)，智能化生成皮帶傳輸速度、下料量等指令，并以電流的方式傳輸給下位機(jī)。最后，下位機(jī)響應(yīng)上位機(jī)指令，以變頻器調(diào)節(jié)給料機(jī)的轉(zhuǎn)動速度，再將現(xiàn)場給料機(jī)轉(zhuǎn)速等相關(guān)信息反饋給上位機(jī)，如果給料速度過快，上位機(jī)將再次下達(dá)指令，重復(fù)上述過程后保證給料、下料速度適中。

3.4、分類倉儲單元

在分類倉儲單元中，其機(jī)械部分主要由電磁閥組、接線端口、傳送分揀機(jī)構(gòu)、傳動帶驅(qū)動機(jī)構(gòu)等組成，控制部分包括PLC模塊和變頻模塊。在這一單元中，傳感器應(yīng)當(dāng)采用外部的直流電源進(jìn)行供電。在自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，分類倉儲單元的主要工作就是進(jìn)行分揀控制。在PLC正常通電后，應(yīng)當(dāng)在第一時間檢查內(nèi)部的整體系統(tǒng)是否處在工作準(zhǔn)備狀態(tài)，只有確保系統(tǒng)處于準(zhǔn)備狀態(tài)才可以開始工作。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，工件進(jìn)入到內(nèi)部后，其中的變頻器驅(qū)動電機(jī)就會相應(yīng)啟動，而復(fù)位高速計(jì)數(shù)器則能夠進(jìn)一步提升變頻器驅(qū)動電機(jī)的工作效率，使其能夠在極短的時間內(nèi)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。在相應(yīng)的工件進(jìn)入到傳感器部位后，傳感器可以根據(jù)工件的屬性及特征來展開判斷;在具體的定位控制方面，則應(yīng)當(dāng)由變頻器和PLC完成，使得各個部件能夠呈現(xiàn)出一種協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，從根本上提升分揀的工作質(zhì)量和工作效率，保證每一個工件都能夠及時被轉(zhuǎn)移至合適的位置上。

4、結(jié)語

從目前從業(yè)自動化生產(chǎn)線對機(jī)器人與PLC集成控制系統(tǒng)研究，可以對強(qiáng)化工業(yè)自動化生產(chǎn)線效率起到積極的促進(jìn)作用。從實(shí)際機(jī)器人和PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用上也能夠能看出，操作人員需要對自動化生產(chǎn)工序有一個全方位了解，明確機(jī)器人在生產(chǎn)線上的重要作用所在，便于PLC控制系統(tǒng)對其進(jìn)行精準(zhǔn)控制。

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