基于PLC技術的自動化生產線控制系統設計

摘要：隨著現代工業技術的發展，自動化控制技術普遍應用于礦業等領域。在近些年產業轉型壓力的影響下，使用自動化生產線是企業生產的必然趨勢。制造業總提高生產效率是企業發展的核心競爭力。自動化生產線由送料加工輸送與分揀等單元組成，各單元有控制工作的PLC，信號經PLC處理后發出執行原件動作指令，用PPI通信協議完成各單元通信，設計完成PLC控制的軟硬件自動化生產線。

關鍵詞：PLC技術 ??自動化生產線 ?控制系統設計??工業生產

Design of Automatic Production Line Control System Based on PLC Technology

WANG Wenkui

Abstract： With the development of modern industrial technology， automatic control technology is widely used in mining and other fields. Under the pressure of industrial transformation in recent years， the use of automatic production lines to reduce labor costs is an inevitable trend of enterprise production. Improving the production efficiency of manufacturing industry is the core competitiveness of enterprise development. The automatic production line is composed of feeding， processing， conveying and sorting units. Each unit has a PLC to control the work. After the signal is processed by the PLC， it sends out the action instruction to execute the original. Taking the conveying unit as the main station， the communication of each unit is completed with PPI communication protocol， and the software and hardware automatic production line controlled by PLC is designed.

Key words：PLC technology; Automatic production line; Control system design;Industrial production

中華人民共和國成立后，我國制造業迅速發展，由于微電子技術、控制技術飛速發展，計算機技術廣泛應用為機械制造領域帶來新技術，計算機技術發展促進工業自動化技術的進步，自動化技術影響了其他諸多領域。當代社會經濟發展與科技進步有重大聯系，自動化控制技術取得良好經濟效益。自動化生產線要求機械加工裝置自動完成對產品加工，人們通過自動化生產線完成產品檢測，采用液壓系統等將各部分動作聯系。自動化生產線要求提高產品質量效率，保證操作人員安全，系統應用增加加工件參數設收集管理，生產過程數據存儲。自動化生產線是基于計算機驅動技術等綜合技術，按照生產需要對構造集成實現設備最優化。

1 PLC控制技術

科技的迅速發展為人們帶來了便利，人們也對產品質量要求與日俱增。許多企業需要在材料分揀方面進行加工作業，傳統生產模式的人工作業局限性制約了企業經濟發展，對傳統行業發展模式改造非常迫切^[1]。隨著自動化水平的提高，企業開始使用自動化設備代替人力。現代科技的更新推動了PLC技術的發展，PLC在復雜作業中占據核心地位，目前PLC運用于運動控制等方向。

1969年美國首次研發用于汽車自動化加工生產線的PLC，最初PLC為小規模集成電路，僅能在生產線部分系統代替繼電器。目前，PLC的CPU多采用32位微型計算機處理器，PLC中具有不同編程語言包括語句高級語言，PLC可完成復雜的系統控制功能^[2]，其發展方向是進行多種處理器系統者使用PLC，用于單機控制小型PLC，充分發揮質優價廉等優點，方便在電器柜中安裝，為后期維護工作提供方便。大型PPLC具有很好的存儲處理能力，可完成復雜的控制系統控制要求。PLC控制系統設計包括軟硬件部分，需要分析生產機械工藝流程，了解生產機械生產工藝，對各工位動作分析，作為PLC控制系統設計的首要步驟。

PLC在當前科技中非常成熟，主要組成基本組件包括電源模塊、數據存儲區等，根據不同型號可自由搭配不同擴展模塊實現功能。PLC將輸入端子信號掃描將輸入狀態存放至寄存器，CPU逐條進行運行完成語句。存儲器用于PLC程序，按存儲類型分為存放用戶編寫程序與存放系統程序^[3]。存放運算數據可進行讀寫操作，為具有掉電保護功能需配備電池防止用戶程序丟失。I/O模塊用于接收外部信號，如常見伺服電機編碼器等信號，輸出模塊用于接收CPU處理信號。

2?自動化控制系統總體設計

自動化生產線基于流水線發展，要求機械加工裝置完成預定工藝過程，要求裝卸工件等自動進行^[4]。自動工作機械電氣一體化系統為自動生產線，通常包括送料裝配與分揀等單元，將供料單元料倉工件送往加工單元物料臺，完成裝配后成品送往分揀單元分揀輸出。本文設計控制系統以西門子S7-200?PLC為核心，對送料加工輸送等單元進行控制。模塊化組態靈活，硬件開發周期短。

自動線控制系統以輸送單元PLC為控制核心，包括電氣接口、通信接口等，各單元檢查機構將檢測信號傳送給單元PLC，輸送單元PLC將信息傳遞給觸摸屏顯示。自動化生產線系統模擬企業工件加工生產線流程，模型包括運輸加工等基本單元。供料單元機械部分包括工件裝料管等，控制部分包括PLC等^[5]。供料單元控制系統采用PLC型號為三菱FX2N-32MR型，地址范圍為X0-X17，PLC上電后確認系統準備完成。供料單元運行過程供料控制，供料不斷循環進行，收到停止指令系統回到初始狀態停止。缺料報警推出運行狀態后需加入足夠工件重新啟動系統。子程序工作狀態包括運行/停止狀態等，設計保證掃描周期調用子程序實現系統工作狀態顯示。

輸送單元機械結構包括拖鏈裝置等部分，控制器由PLC模塊等部件組成，輸送單元所需I/O點包括指示燈模塊信號等，選用三菱FX1N-48MT型PLC。輸送單元控制過程包括機械手到工作單元物流臺取件定位控制;系統程序包括復位過程、處理急停等階段。復位子程序檢查機械手是否在原點位置。系統運行中掃描周期調用急停處理子程序，急停復位后機械手未運行輸送繼續，機械手運回到原點輸送繼續。加工單元由直流減速電機、加工電機及不同電磁閥門等部件組成。傳感器在氣動控制回路中安裝，通過雙閉環控制系統將工件按不同性質選擇轉速，系統運行中通過光電傳感器檢測，讓電磁離合器吸合，加工刀具工作完成后電機停止。分類倉儲單元機械部分包括傳帶驅動機構、接線端口等。控制部分包括平PLC模塊等，采用三菱FX2N-32MR型PLC，單元工作是分揀控制，系統運行中復位高速計數器驅動電機啟動運轉，工件屬性可根據傳感器動作判斷，各部件協作完成分揀工作。

3?基于PLC的自動化生產線軟硬件設計

自動生產線控制系統硬件包括傳感器、網絡通信系統等。PLC結構工作原理相同，主要包括主機電源、擴展器接口等。PLC具有抗干擾能力強，使用方便，功能性強等優點。編程采用繼電器控制線路為基礎的梯形圖原因，傳感器是生產線中的檢測元件，按規律轉變為電信號導出。生產線中執行部件包括伺服驅動等，主要控制工件速度運動方向等。通信系統將工件各單元連接形成整體，提高設備控制能力，實現分散控制工作要求。

自動線控制系統硬件設計包括輸送單元模塊、加工與分揀單元模塊等。觸摸屏模塊包括上位機與觸摸屏。輸送單元是自動線重要的工作單元。PLC為各單元通信站，選用西門子S7-200-226 DC/DC型PLC。輸入信號包括開關等主令信號，輸出信號包括電磁鐵控制信號、驅動方向信號等。供料單元是自動化生產線起始單元，輸出信號包括2個電磁鐵。供料單元PLC選用S7-200-224CN。加工單元包括加工工件移動到加工區域沖壓氣缸正下方，把加工工件重新送回物料臺。加工單元PLC選用S7-200-224AC/DC/RLY。分揀單元是自動線最末端，輸入信號包括傳感器6點主令信號急停，輸出信號包括3個磁鐵。PLC選用S7-200-224XP。

系統軟件采用模塊化設計方法，包括各單元PLC控制通信模塊、觸摸屏組態模塊可方便開發各種現場采集數據處理，各單元PLC控制模塊包括系統初始化、數據轉換，最后給出控制系統輸出量。觸摸屏組態模塊各單元控制模塊按采樣周期對單元狀態采樣，對單元工作過程自動控制，實現觸摸屏與各單元控制模塊數據傳輸。上位機用組態軟件完成設計，具體包括創建工程、畫面制作。單元控制模塊包括供料加工與分揀單元控制程序。輸送單元是系統組織者，實現工作站工藝任務，包括機械手裝置抓取，系統中途停車復位到原點操作;裝配單元控制程序功能包括完成落料、指示燈控制。供料單元控制程序完成供料控制功能;分揀單元控制程序功能完成對高速計數器控制。數據通信模塊程序處理觸摸屏主令信號，產生系統控制信號。

PLC自動化生產線制作完成后需要進行機械設備安裝與調試。對設備零部件檢查后對零部件進行分類，各加工工位分別組裝，保證機構安裝安全。根據一體機生產工藝特點按照合理工序將分開組裝部分組裝，各工位傳送機構要安裝松緊合適，符合零部件組裝誤差。電氣控制系統中的電氣部分包括開關電源、伺服馬達電氣元件等安裝在固定導軌，電氣元件安裝注意避免頻繁安裝，電器控制柜內環境濕度不得過高^[6]。

PLC系統主電路采用380V工業交流電源，PLC接線系統接線注意PLC主機接地，遠離易產生噪聲電氣部分;電線通過壓線端子將系統用到電氣設備連接，布線注意不能將電流直接連接到直流輸入端子。PLC運行模擬器中模擬，將程序輸入到生產設備，根據一體機設備運轉情況反映控制系統編程，發現程序問題及時修改。KV5000?PLC控制系統程序調試將編寫程序輸送到控制器，對PLC通電根據功能指示燈狀態判斷系統運行，對檢測機進行電氣部分連接，通過開關按鈕對設備進行控制。

4?結語

隨著現代科技的高速發展，自動化生產線大量使用，要求各種機械加工裝置自動完成預定工序，要求自動化設備裝卸工件，包裝計數等方面根據設計程序自動完成。自動化生產線是機電一體化設備，綜合應用軟件控制技術，傳動接口技術等。PLC具有精度高、復雜邏輯運算能力等特點，自動化生產線系統應用PLC具有穩定性高等優點，應用PLC控制生產過程結構簡單，更換軟件可調整工作步驟，PLC自帶通信協議組成網絡，實現生產線聯機工作。通過對生產線各單元工作流程分析滿足工業需求。

參考文獻

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[5]?陳鳳華.基于S7-1200 PLC的工件裝配自動化生產線控制系統設計[J].韶關學院學報，2019，40（3）：35-39.

[6]?徐俠.基于PLC的自動化生產線控制系統設計探析[J]. 建筑工程技術與設計，2021（29）：1725-1726.

中圖分類號：p45.1 3DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2112-5640-9959作者簡介：王文魁（1973—），男，本科，副教授，研究方向為自動化。