基于PLC的工廠生產(chǎn)流水線控制研究

吳國(guó)輝

摘 要：PLC（可編程控制器）具有復(fù)雜的邏輯能力和運(yùn)算能力，能適應(yīng)現(xiàn)代工廠生產(chǎn)的需要，在冶金、石化、電力等工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。基于PLC的工廠生產(chǎn)流水線控制展開(kāi)了研究，分析了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案，并對(duì)系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)和變頻器參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞：PLC；生產(chǎn)流水線；系統(tǒng)設(shè)計(jì)編碼器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.114

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，工業(yè)生產(chǎn)逐漸向著大型化、系統(tǒng)化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，這對(duì)工廠生產(chǎn)流水線的控制提出了更高的要求。在工廠生產(chǎn)流水線控制中，PLC具有強(qiáng)大的控制能力和復(fù)雜的邏輯運(yùn)算能力，能提高現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)的精確度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控管理，滿足工廠生產(chǎn)流水線控制的要求，得到了大力推廣。基于此，本文對(duì)基于PLC的工廠生產(chǎn)流水線控制進(jìn)行了介紹。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

裝配流水線有5個(gè)工位、1個(gè)次品檢測(cè)位及1個(gè)次品分揀機(jī)械手臂，其間距相同，要求當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，如果流水線沒(méi)有產(chǎn)品配件放下，則流水線以50 Hz的頻率運(yùn)行；檢測(cè)到產(chǎn)品時(shí)，檢測(cè)開(kāi)關(guān)1導(dǎo)通，流水線以40 Hz的功率運(yùn)行，運(yùn)行50 s后，如果沒(méi)有產(chǎn)品配件放下，則流水線仍以50 Hz的頻率運(yùn)行。每當(dāng)產(chǎn)品到達(dá)一個(gè)工位時(shí)，都要停留10 s，之后流水線運(yùn)行到下一位（必須準(zhǔn)確停止到對(duì)應(yīng)的工位），以便工人快速、有效地完成裝配工作。

當(dāng)產(chǎn)品包裝完成后，經(jīng)過(guò)檢測(cè)開(kāi)關(guān)2，如果產(chǎn)品為次品，則經(jīng)過(guò)次品分揀開(kāi)關(guān)，將次品推下次品箱；如果產(chǎn)品為良品，則流水線將產(chǎn)品送入良品箱。

流水線每個(gè)裝配工位都設(shè)有急停開(kāi)關(guān)、急停紅燈指示、物料短缺開(kāi)關(guān)及物料綠燈指示，按下停止按鈕流水線停止運(yùn)行。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)分設(shè)計(jì)方案為硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及編碼器接線設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)通過(guò)電機(jī)、PLC、變頻器及觸摸屏的接線組成，選用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)多個(gè)輸入、輸出點(diǎn)頻繁動(dòng)作控制，通過(guò)變頻器對(duì)流水線進(jìn)行多速控制及設(shè)定；軟件設(shè)計(jì)由PLC編程、變頻器參數(shù)設(shè)定及觸摸屏人機(jī)界面共同完成。

在簡(jiǎn)單裝配流水線中，只需1臺(tái)電機(jī)工作。因此，整機(jī)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(jī)構(gòu)，電機(jī)型號(hào)JZ2-51-16/4，電機(jī)功率4/16 kW，電流為23/32 A。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 變頻器選型

由于電機(jī)功率為4/16 kW，電流為23/32 A。用電機(jī)的功率乘以1.2～1.5的系數(shù)，經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算得出一數(shù)值，以此數(shù)值選一變頻器，用變頻器直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。本系統(tǒng)采用MTCUBISHI（三菱）-E700型號(hào)變頻器。

3.2 PLC選型

通過(guò)初步計(jì)算，有輸入點(diǎn)/輸出點(diǎn)共11個(gè)，均為數(shù)字量信號(hào)，可選用FX2N-48MR系列PLC，其結(jié)構(gòu)緊湊、擴(kuò)展性能良好、價(jià)格低廉。

3.3 編碼器選型

本設(shè)備上的旋轉(zhuǎn)編碼器為增量型編碼器，型號(hào)為CT001，技術(shù)參數(shù)：電源電壓為DC+5+/-5%或5～12 V、12～24 V；最大轉(zhuǎn)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(shù)為600 p/r，Tz=1/4T，可以對(duì)正反向脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。

3.4 I/O地址分配

在地址分配表中，X0和X1啟動(dòng)，檢測(cè)功能和輸入控制啟動(dòng)，Y0～Y3可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，RM、RH多段速端子的控制等，具體如表1所受。

3.5 系統(tǒng)硬件電路

由于系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速不同，因此，本文選用變頻器來(lái)滿足流水線對(duì)各種產(chǎn)品的裝配需求。通過(guò)變頻器的參數(shù)設(shè)定和外部接線，可實(shí)現(xiàn)速度調(diào)整。其中，通過(guò)RH、RM參數(shù)設(shè)定來(lái)確定運(yùn)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(zhuǎn)速的指令由PLC的DA轉(zhuǎn)換模塊以直流0～10 V形式向觸摸屏發(fā)出指令來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器發(fā)出，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。PLC選用FX2N-48MR，由硬件電路可知，輸入需要5個(gè)端子，輸出需要6個(gè)端子。變頻器減速時(shí)間極短，對(duì)于小功率負(fù)載設(shè)備而言，不會(huì)造成較大的影響，但對(duì)于頻繁啟停的大負(fù)載設(shè)備而言，易造成變頻器的損壞。所以，本設(shè)備選用編碼器來(lái)控制變頻器的減速時(shí)間，從而避免因頻繁啟停而造成變頻器的損壞。

3.6 高速計(jì)數(shù)器

選用的高速計(jì)數(shù)模塊CT001編碼器與PLC接線圖如圖1所示。

4 變頻器加減速時(shí)間計(jì)算與設(shè)定

變頻器加、減速時(shí)間的計(jì)算公式如下：

加速時(shí)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(shí)間. （1）

減速時(shí)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(shí)間. （2）

根據(jù)上述公式計(jì)算加、減速時(shí)間，設(shè)初始頻率均為50 Hz，從停止到最大使用頻率的加速時(shí)間為2 s，從最大使用頻率到停止的減速時(shí)間為0.5 s，求得此時(shí)需要設(shè)定的加、減速時(shí)間，即設(shè)Pr.13=0.5 Hz、Pr.10=3 Hz，則Pr.7=2 s、Pr.8=0.5 s。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5.1 系統(tǒng)流程

按下啟動(dòng)按鈕變頻器通電，流水線以50 Hz的頻率運(yùn)行。傳感器開(kāi)關(guān)判斷是否有物料經(jīng)過(guò)，如果有，則流水線以40 Hz的頻率運(yùn)行，每當(dāng)產(chǎn)品到達(dá)一個(gè)工位時(shí)，都要停留10 s，之后流水線運(yùn)行到下一位。產(chǎn)品包裝完畢后，次品檢測(cè)開(kāi)關(guān)開(kāi)始對(duì)其檢測(cè)，具體如圖2所示。

5.2 流水線啟動(dòng)控制程序

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

5.3 流水線裝配啟停控制程序

流水線裝配啟停控制程序如圖4所示。具體流程為：檢測(cè)開(kāi)關(guān)X1動(dòng)作→如果Y0已經(jīng)動(dòng)作，則變頻器已經(jīng)通電，輔助繼電器M0動(dòng)作并自鎖→流水線以40 Hz的頻率運(yùn)行。

T0為等待物料設(shè)定的時(shí)間，流水線以40 Hz的頻率運(yùn)行，運(yùn)行50 s后，如果沒(méi)有產(chǎn)品配件放下，則流水線仍以50 Hz的頻率運(yùn)行。

運(yùn)用比較指令及計(jì)數(shù)指令實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼器的控制，從而使流水線為裝配工位準(zhǔn)確定位。同時(shí)，M1動(dòng)作，流水線停止10 s后繼續(xù)運(yùn)行。

XO為脈沖輸入端子，X0動(dòng)作后，計(jì)數(shù)器C235隨之變化，實(shí)現(xiàn)編碼過(guò)程。

Y0下降沿為計(jì)數(shù)器復(fù)位開(kāi)關(guān)，Y0下降沿動(dòng)作，復(fù)位指令執(zhí)行動(dòng)作，計(jì)數(shù)器復(fù)位。計(jì)數(shù)器復(fù)位為流水線下一次準(zhǔn)確定位做準(zhǔn)備。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，PLC具有編程簡(jiǎn)單、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)及維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，可靠性高于繼電控制，且體積更小。在工廠生產(chǎn)流水線中應(yīng)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(hào)的精度，提高工廠流水線生產(chǎn)作業(yè)的可靠性和安全性。本系統(tǒng)較為實(shí)用，成本較低，對(duì)其他類(lèi)似生產(chǎn)流水線的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]白文忠.PLC在工廠生產(chǎn)控制系統(tǒng)技改中的應(yīng)用[J].科技傳播，2016（10）.

[2]蔡建光.PLC在生產(chǎn)線自動(dòng)化改造中的應(yīng)用[J].通訊世界，2014（05）.

〔編輯：張思楠〕