基于PLC控制的變頻器在自動化生產線中的應用

孟超

摘要：在計算機技術和電子通信技術發展下，PLC技術也得到了一定的發展，也對我國工業現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線中的應用。

關鍵詞：PLC;變頻器;自動化生產線

引言

在人們實現自動化生產加工的過程中，對于電氣設備的運行需要越來越高。而plc作為電氣設備自動化控制系統中常見的技術具有較大的應用優勢，而且PLC技術綜合了整個自動化控制系統以及智能化操作技術的優勢，對電氣設備的自動化發展比較有利。所以，PLC技術實現電氣的自動化控制，可以促進整個電氣裝置的一體化操作。PLC技術可以實現電氣設備的自動化操作，對編程控制器的更新要求越來越高，實施PLC技術的應用范圍越來越廣泛。

1、PLC與變頻器的發展

縱觀我國科技發展歷程，早在20世紀80年代，世界電工委員會就全面引入和推廣了PLC與變頻器，作為一種先進的電子裝置，在工業領域的發展中實現了廣泛的應用，并且在實際作業中也發揮出了良好的效果。PLC的應用主要是通過對數字運算的合理設計，從而實現控制操作的，將提前編制好的程序存儲器中，在系統內部進行邏輯運算等一系列指令，并通過數字或模擬的方式輸出，實現機械控制效果。而對于變頻器來說，主要是實現微電子技術與變頻技術的有效融合，利用變頻的優勢，改變工作電源的頻率與幅度，實現交流電動機的控制效果，在節能工程中變頻器也能表現出良好的效果，主要可以實現電機電流的啟停控制，降低波動電壓現象，應用功率較低，同時，也能夠實現運動速度的控制效果，轉矩極限調節，降低能源損耗。

2、自動化生產線控制系統的整體架構

基于以往的工作經驗可以了解到，在對工件進行自動化加工時，涉及多道作業工序。而且在生產線運行中，需要應用到的裝置有數控車床、機器人、原料倉以及輸送機構等等。在具體的生產過程中，每道工序處都會安排一臺工業機器人，在工作中，機器人會從原料庫或流水線上將待加工件轉移到車床上，經過多道工序處理后，得到所需工件。完成制作的工件還需要進行質量校核，滿足要求后才可以作為成品移送到成品庫中進行保存。自動化生產線內部的控制系統主要是由PLC、位置傳感器、工業計算機、電機驅動器以及工業攝像頭等所構成。在整體控制系統當中，三自由度的滑臺是其內部的核心部件，其是由X、Y、Z三個不同方向的線性模組以及與之對應的步進電機組成，完全能夠通過PLC來為驅動器發送準確的控制信號，有效控制滑臺當中的三個分支，使其能夠按照規定中的坐標來進行移動。通常情況下，X軸方向應當盡量與流水線內部的傳輸帶維持一種平行的狀態，可以利用齒輪帶動皮帶這一簡單的驅動方式使得X軸對應的步進電機能夠更好的發揮出自身的驅動作用，實現高速運轉的直線行駛，保證定位的準確性、平穩性。而其中的橫向機構就可以由Y軸步進電機進行驅動，其整體驅動方式與X方向基本一致，主要目的就在于能夠更好的配合X方向來完成坐標的定位工作。升降機則是由Z軸的步進電機進行驅動，在驅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，實現對各種工件的放置和抓取。

3、PLC技術的變頻器自動控制的應用

3.1、通信協議實現控制

在實際應用過程中，PLC與變頻器之間的通訊協議通常有兩種方式，一是MOD-BUS通信協議;二是自由口的通信協議。技術人員需要根據變頻器的型號、實際的自動控制需求等合理、科學的選擇通信協議。同時，技術人員可以運用PLC與變頻器之間專業自動化控制協定——OPC，可提供多連接端口，并與相應的硬件裝置進行連接實現數據與信息的傳輸。在該方面，西門子公司研發的S7-400和S7-300可以提供OPC服務接口，能夠實現不同廠家設備的數據互通與交換。但需要注意的是，雖然OPC能夠保證PLC與變頻器之間穩定的通訊，但OPC的配置過程相對復雜，在安裝相應的軟硬件后，技術人員需要重新啟動PLC，并進行組態通信。

3.2、系統軟件設計

實際系統軟件設計工作執行上，可以從以下兩方面著手，避免整體設計效果受到影響。（1）需要控制機器人的動作，該功能也是PLC控制系統應用時的主要功能需求內容。一般來說，機器人動作主要依靠的是氣缸驅動，運行時，操作人員需要控制好氣缸，并與電磁閥控制形成配合，滿足各項功能需求。當下降電磁閥通電之后，機器人也會處于下降狀態，斷電之后，能夠讓機器人停止運行。當上升電磁閥通電后，能夠讓機器人處于上升狀態，斷電后，機器人也會停止運行，兩者的設計原理基本類似。（2）自動控制系統。實際系統運行時，當殼蓋到位后，機器人能夠直接啟動，促使機器人進入到運動狀態。啟動前，操作人員還要對機器人初始位置進行確認，為后續工作的運行，創造出良好條件。

3.3、物料傳送輥道系統應用

基于PLC技術的變頻器自動控制在物料傳送輥道系統中的應用方法具體如下：首先，下料閉環控制。皮帶秤安裝在振動集料機上，通過數字、電子稱重方式獲取、記錄物料的重量。PLC自動控制系統中重力傳感器可以及時獲取物料相關數據，如物料的重量、皮帶傳輸的速度等，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，瞬時物料重量數據通過PLC網絡系統傳輸給上位機，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。最后，下位機響應上位機指令，以變頻器調節給料機的轉動速度，再將現場給料機轉速等相關信息反饋給上位機，如果給料速度過快，上位機將再次下達指令，重復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，其機械部分主要由電磁閥組、接線端口、傳送分揀機構、傳動帶驅動機構等組成，控制部分包括PLC模塊和變頻模塊。在這一單元中，傳感器應當采用外部的直流電源進行供電。在自動化生產控制系統中，分類倉儲單元的主要工作就是進行分揀控制。在PLC正常通電后，應當在第一時間檢查內部的整體系統是否處在工作準備狀態，只有確保系統處于準備狀態才可以開始工作。在系統運行過程中，工件進入到內部后，其中的變頻器驅動電機就會相應啟動，而復位高速計數器則能夠進一步提升變頻器驅動電機的工作效率，使其能夠在極短的時間內達到最佳運行狀態。在相應的工件進入到傳感器部位后，傳感器可以根據工件的屬性及特征來展開判斷;在具體的定位控制方面，則應當由變頻器和PLC完成，使得各個部件能夠呈現出一種協調運轉的狀態，從根本上提升分揀的工作質量和工作效率，保證每一個工件都能夠及時被轉移至合適的位置上。

4、結語

從目前從業自動化生產線對機器人與PLC集成控制系統研究，可以對強化工業自動化生產線效率起到積極的促進作用。從實際機器人和PLC控制系統應用上也能夠能看出，操作人員需要對自動化生產工序有一個全方位了解，明確機器人在生產線上的重要作用所在，便于PLC控制系統對其進行精準控制。

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