基于PLC的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)研究

朱志偉

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們開始關(guān)注與重視柔性自動(dòng)化的相關(guān)研究工作。通過柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)的運(yùn)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(duì)柔性自動(dòng)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(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：PLC；柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線；設(shè)計(jì)

柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)在制造業(yè)中有著越來(lái)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(dòng)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(duì)穩(wěn)定的生產(chǎn)能力，同時(shí)促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量與應(yīng)變能力的提高。當(dāng)前，我國(guó)的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的相關(guān)研究與應(yīng)用處于初級(jí)階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大的差距。因此，要注重柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)的研究與開發(fā)，為柔性自動(dòng)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(duì)I/O模塊裝置的工作形式進(jìn)行檢查；第三，對(duì)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(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)所需的時(shí)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(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘與寄存器的更新工作。當(dāng)PLC系統(tǒng)的CPU為RUN模式時(shí)，PLC系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行反復(fù)掃描；當(dāng)PLC系統(tǒng)的CPU為STOP模式時(shí)，PLC系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行自我檢查。

PLC掃描步驟中又包括三個(gè)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(duì)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(shí)現(xiàn)寄存器的更新。寄存器僅在輸入采樣階段實(shí)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(huì)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(dòng)。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(duì)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(shí)，PLC需要從寄存器中對(duì)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(yùn)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(chǔ)器中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輸出。

1.3 出錯(cuò)處理

在PLC掃描環(huán)節(jié)中，PLC會(huì)通過自我檢查來(lái)確保自身的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果在PLC自我檢查的過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，中央處理器面板的LED與異常繼電器會(huì)實(shí)現(xiàn)連通，在寄存器中實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤代碼的存入。如果出現(xiàn)的錯(cuò)誤較為嚴(yán)重，CPU會(huì)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(dòng)化生產(chǎn)線及其對(duì)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(tái)可調(diào)節(jié)機(jī)床進(jìn)行聯(lián)合，與自動(dòng)運(yùn)送裝置相互組合之后形成生產(chǎn)線。柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理工作，實(shí)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(dòng)化生產(chǎn)線包括三個(gè)組成部分：第一，物流系統(tǒng)，能夠自動(dòng)完成物料的存儲(chǔ)、運(yùn)輸與裝卸、管理等工作，其中包括物料存儲(chǔ)、物料輸送與物料搬運(yùn)三個(gè)子系統(tǒng)。第二，執(zhí)行系統(tǒng)，能夠自動(dòng)完成工件的加工、檢測(cè)與裝配工作，不同的柔性自動(dòng)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(dòng)完成柔性自動(dòng)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(gè)子系統(tǒng)。

2.2 對(duì)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(dòng)化生產(chǎn)線中。具體來(lái)講，柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線對(duì)設(shè)備的要求包括以下幾點(diǎn)：第一，工序相對(duì)集中。柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線具有較高的自動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)柔性與生產(chǎn)率的提高，設(shè)備呈現(xiàn)出了兩個(gè)方面發(fā)展趨勢(shì)，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(dòng)化生產(chǎn)線是通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的，其中運(yùn)用的各種設(shè)備都必須能夠納入到整個(gè)管控體系中，因此生產(chǎn)線的管控系統(tǒng)必須對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，依據(jù)生產(chǎn)目標(biāo)的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的調(diào)整。

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作

文章設(shè)計(jì)的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線包括供料單元、暫存單元與裝配單元三個(gè)組成部分。通過在傳送帶末端安裝固定擋板來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)下一動(dòng)作的檢測(cè)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(jiǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的在線監(jiān)測(cè)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(chǎng)線擴(kuò)展功能，通過RS通信接口實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通訊，有利于上位與現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)，更好地滿足了設(shè)備的輸入需求，不需要再實(shí)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(duì)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(yǔ)

在柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線中包含了計(jì)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(dòng)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(dòng)化生產(chǎn)線的控制，實(shí)現(xiàn)真正意義的自動(dòng)化生產(chǎn)，為未來(lái)的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的發(fā)展與推廣提供參考與借鑒。

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