基于PLC的自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)分析

德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王 青

自動化的生產(chǎn)線具備著組裝靈活、安全性高以及構(gòu)造較為簡單等多種優(yōu)點，可以根據(jù)實際需求和車間的大小來增減設(shè)備，這也使其成為了現(xiàn)代化企業(yè)中建造生產(chǎn)線的重要選擇。因此，本文首先對自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)加以明確，然后對自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的內(nèi)部硬件構(gòu)成展開分析，在此基礎(chǔ)上提出基于PLC的自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計措施。

1 自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)

如圖1所示，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)計算機、電機驅(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)電機能夠更好的發(fā)揮出自身的驅(qū)動作用，實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)的直線行駛，保證定位的準(zhǔn)確性、平穩(wěn)性。而其中的橫向機構(gòu)就可以由Y軸步進(jìn)電機進(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。升降機則是由Z軸的步進(jìn)電機進(jìn)行驅(qū)動，在驅(qū)動方式上與前兩者并無太大差異，在實際工作中主要就是順著垂直的方向來上下運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對各種工件的放置和抓取。這一控制系統(tǒng)的主要功能有以下幾個方面：一是能夠?qū)崿F(xiàn)自動操作與手動操作之間的選擇；二是可以實現(xiàn)更加精準(zhǔn)的控制；三是能夠?qū)ぜD像進(jìn)行更加準(zhǔn)確的捕獲，及時計算出與之對應(yīng)的坐標(biāo)；四是具備良好的安全保護功能。

圖1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

2 自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)內(nèi)部的硬件構(gòu)成

自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)內(nèi)部的硬件，主要是由傳感器、執(zhí)行部件、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)以及PLC等所組成的。PLC的型號相對較多，但其內(nèi)部的工作原理以及主要結(jié)構(gòu)卻基本一致，都是由電源、主機、外部設(shè)備接口以及拓展器接口組成的，其擁有抗干擾能力強、可靠性高以及使用較為方便等優(yōu)點。特別是在程序的編程方面，更是將繼電器作為線路的主要控制設(shè)施，形成一種梯形圖語言，從而能夠更加直觀的展現(xiàn)出各類程序的具體編程內(nèi)容。其中，傳感器是整體自動化生產(chǎn)線當(dāng)中必不可少的組成部分，其是檢測的關(guān)鍵器件，可以對需要檢測的物體進(jìn)行多角度、多層次的檢測，然后將檢測出的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴鞲衅鞯闹饕愋涂梢栽敿?xì)劃分為光纖傳感器、磁性開關(guān)以及電感傳感器等多種類型。生產(chǎn)線內(nèi)部的執(zhí)行部件的主要任務(wù)就是控制好工件的運轉(zhuǎn)順序，保證其基本的運動方向不會出現(xiàn)差異。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)則是負(fù)責(zé)系統(tǒng)的連接，可以將自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)當(dāng)中的多個單元加以鏈接，從根本上提升設(shè)備自身的控制能力，實現(xiàn)集中處理。PLC與驅(qū)動器之間的連接如圖2所示。

圖2 PLC與電機驅(qū)動器的連接圖

3 基于PLC的自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計措施

3.1 運輸單元的設(shè)計措施

在自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，運輸單元內(nèi)部的機械結(jié)構(gòu)由拖鏈系統(tǒng)、界限端口以及機械手裝置等多種構(gòu)件組成，其中的控制器件則是由PLC模塊和PLC按鈕等部件所構(gòu)成的。在整體運輸單元中，囊括了指示燈模塊信號、輸出信號以及傳感器信號等多種信號，因此這就需要采用工作效率更好的OLC，實現(xiàn)二十四點的全方位輸入。在具體的設(shè)計過程中，運輸單元的控制過程包括了機械手到各種工作單元內(nèi)部抓取工件以及機械手的定位控制。在這一系統(tǒng)內(nèi)部的主程序中則涉及到了上電初始化、復(fù)位過程以及投入運行等階段，其中的復(fù)位子程序所負(fù)責(zé)的工作就在于詳細(xì)檢查好各個執(zhí)行元件是否處在初始的位置上以及機械手是否正確復(fù)原。如果在急停之前機械手并沒有運轉(zhuǎn)，就可以繼續(xù)開展正常的輸送；如果機械手處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)中，則需要將機械手返回到原來的位置上，再進(jìn)行輸送。

3.2 供料單元的設(shè)計措施

自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的供料單元，其機械部分包括工件裝料管、工件推出裝置以及支撐架等，其控制系統(tǒng)則由PLC以及電源等組成。根據(jù)具體的工作需求，在供料單元內(nèi)部的控制系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)保證所用PLC的高性能以及高效率；同時，還應(yīng)當(dāng)保證輸出點以及輸入點都能夠控制在16個。在實際設(shè)計過程中，PLC在正式上電后要保證涉及到的系統(tǒng)處于一種準(zhǔn)備就緒的狀態(tài)，保證供料單元能夠更好的發(fā)揮出自身的作用。

3.3 加工單元的設(shè)計措施

通常情況下，加工單元主要由直流減速電機、步進(jìn)電機、光電傳感器以及工件搬運裝置等所構(gòu)成的。大部分裝置都是在啟動控制回路中安裝電磁閥以及傳感器，對氣動回路展開全方位的控制使得內(nèi)部的信號能夠在第一時間反饋到PLC當(dāng)中。在自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，加工單元的主要任務(wù)就在于高效使用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，明確不同工件自身存在的相異之處，從而選擇與之對應(yīng)的轉(zhuǎn)速；同時，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)工件的類型將其運送到加工區(qū)域內(nèi)部展開加工處理。在系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)過程中，還可以利用光電傳感器來對工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，提供必要的工作信號使得電磁離合器可以更好的進(jìn)行吸合，將那些工件轉(zhuǎn)移至合適的加工位置上。

3.4 分類倉儲單元

在分類倉儲單元中，其機械部分主要由電磁閥組、接線端口、傳送分揀機構(gòu)、傳動帶驅(qū)動機構(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)動電機就會相應(yīng)啟動，而復(fù)位高速計數(shù)器則能夠進(jìn)一步提升變頻器驅(qū)動電機的工作效率，使其能夠在極短的時間內(nèi)達(dá)到最佳運行狀態(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。

結(jié)論：PLC自身具備的高度精準(zhǔn)性、安全可靠性并且能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜邏輯運算的主要特征，使其在多個生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了十分廣泛的運用。在自動化生產(chǎn)線之中合理應(yīng)用PLC可以提升各類產(chǎn)品的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)質(zhì)量，并且還可以保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有更高穩(wěn)定性，體現(xiàn)出自動化生產(chǎn)線具備操作簡便的優(yōu)點。