基于PLC的自動化生產線控制系統設計

文/呂志華

自動化生產線指的是操作者按照一定的工藝路線按照統一的生產速度來完成操作的生產過程。隨著科學技術的發展，自動化生產線的性能越來越向著高精度、高效化發展，由于采用高速CPU芯片以及多CPU控制系統和高分辨率的交流數字伺服系統，系統的精度大大提高。工藝的復合性越來越高，以數控機床為例，在實際的生產過程中，在一臺機床上一次裝夾后，多工序的復合加工只需要通過換刀、旋轉主軸頭的措施即可完成。

1 控制系統的硬件組成

自動生產線控制系統的硬件由PLC、傳感器、執行部件、網絡通信系統等構成。PLC的型號比較多，但是結構和工作原理基本相同，主要由電源、主機、I/O接口、擴展器接口和外部設備接口等組成，PLC具有可靠性高，抗干擾能力強；編程簡單，使用方便；控制靈活；功能性強；系統設計方便等優點，尤其是程序編程采用了以繼電器控制線路為基礎的梯形圖語言，程序編制直觀、形象、簡單易學。傳感器是生產線中的檢測元件，感應到被測對象，按照一定的規律轉變為電信號輸出，主要有電感傳感器、光纖傳感器、磁性開關等。生產線中的執行部件主要由變頻器、伺服驅動以及電動機組成，主要控制工件的運行順序、速度以及運動的方向和行程的大小等。通信系統主要將工作的各個單元相互連接起來，形成一個整體，相互之間可以將信息進行交換，提高設備的控制能力，實現了集中處理，分散控制的工作要求。

2 自動化生產線控制系統設計

文章設計的自動化生產線系統，模擬的是企業進行工件加工的生產線流程。自動化生產線模型主要由供料、運輸、加工、分類倉儲四個基本單元組成，通過PLC作為控制系統的核心部件。

2.1 供料單元

供料單元的機械部分包括：支撐架、工件裝料管、工件推出裝置、閥組等，控制部分包括PLC、電源等。根據工作的要求，供料單元的控制系統采用的PLC型號為三菱FX2N-32MR型，輸入、輸出點均為16個，地址范圍分別為X0-X17和Y0-Y17。設計分析：PLC上電后要確認系統已經準備就緒，才可以運行，避免出現生產事故。供料單元的主要運行過程是供料控制，如果中途沒有停止要求，供料過程就會不斷循環進行，如果收到正常停止的指令后，系統會在完成一個工作周期任務以后，回到初始狀態停下來。此外，缺料報警后也會導致系統停止，但是缺料報警退出運行狀態后，需要加入足夠的工件后才可以重新啟動系統。子程序的工作狀態主要包括：是否準備就緒、運行/停止狀態、缺料報警等狀態，設計時要保證每一個掃描周期調用子程序實現系統的工作狀態顯示。

2.2 運輸單元

輸送單元的機械結構由機械手裝置、拖鏈裝置、接線端口等部件組成，控制器件由PLC模塊和按鈕/指示燈模塊等部件組成。輸送單元所需要I/O點較多，包括傳感器信號、指示燈模塊信號、輸出信號（包括電磁閥控制信號和輸出到伺服電機驅動的脈沖信號）等，因此，本單元選用的是三菱FX1N-48MT型PLC，24點輸入。設計分析：輸送單元控制過程包括機械手到各工作單元物流臺取件以及機械手的定位控制。此系統主程序主要包括上電初始化、復位過程、投入運行、處理急停等階段，復位子程序主要檢查各執行元件是否在初始位置，機械手是否在原點位置。系統運行時，每一個掃描周期都會調用急停處理子程序，有急停動作時，主控制停止執行，急停復位后，若在急停前，機械手沒有運行，輸送過程繼續進行，若急停前，機械手正在運行，需先讓機械手回到原點，輸送過程繼續進行。

2.3 加工單元

加工單元主要由工件搬運裝置、直流減速電機、步進電機、加工電機、光電傳感器、磁性傳感器以及不同的電磁閥等部件組成。傳感器和電磁閥在氣動控制回路中安裝，控制氣動回路并將信號反饋給PLC。主要任務是通過雙閉環控制系統將工件按照性質的不同，選擇不同的轉速，送到加工區域進行加工。系統運行過程中，通過光電傳感器檢測工件，為電磁離合器提供工作信號，讓電磁離合器進行吸合，將工件送到合適的加工位置，加工的刀具開始工作，加工完成后，主軸的氣缸上升后，加工的電機就會停止，轉盤將工件送到出料的位置，完成加工過程。

2.4 分類倉儲單元

分類倉儲單元的機械部分主要有：傳送分揀機構（傳送帶、分揀氣缸、光電傳感器以及磁性開關）、傳動帶驅動機構、電磁閥組、接線端口等，控制部分包括變頻模塊、PLC模塊等。此單元采用的是三菱FX2N-32MR型PLC，傳感器采用外部直流電源供電。此單元的主要工作是分揀控制，PLC上電后確認系統準備就緒，啟動系統。系統運行過程中，當檢測到工件后，復位高速計數器將變頻器驅動電機啟動運轉，工件經過電感傳感器和光纖傳感器時，工件的屬性可以根據傳感器的動作來判斷，定位控制主要由PLC、變頻器來完成，各部件協調運行完成分揀工作。

3 結束語

PLC具有精度高、可靠性好以及復雜的邏輯運算能力的特點，在自動化生產線系統中的應用，可以很好的提高產品的生產效率，具有穩定性高、操作簡單的優點。通過對于生產線各個單元工作流程的分析，整體的生產線可以滿足實際工業需求。