柔性制造系统PLC控制技术的优化和设计.pdf

l 生 匐 似 柔性制造系统P L C 控制技术的优化和设计 Fl exi bl e m anu f act ur i ng s y st em PLC cont r ol t echnol ogy opt i m i z a t i on and desi gn 李进生 L I J i n - s h e n g 武汉软件工程职业学院 现代教育技术中心，武汉 4 3 0 0 3 3 摘要 随着计算机技术的不断发展，P L C 控制技术也愈来越成熟。柔性加工系统属于一种集成化的生 产设备，是综合了自动化控制技术、编程技术等为一体的加工系统。本文通过建立柔性制造 系统， 采用P L C 的控制技术，探讨了在硬件、软件方面的设计研究。 关键词 P L C 控制技术；柔性制造 ； 研究； 功能 中图分类号T P2 7 3 文献标识码 A 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 o l 2 1 1 下 一 0 1 5 4 0 3 Do i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 2 ． 1 1 下 ． 4 4 1 P L C 控制技术特点 P L C具有典型的计算机机构 ，在工业控制上属 于专用的计算机 ，是取代继电器控制的系统的一种 数字化电子系统 ，具有以下五个显著的特点 1 ． 1可靠性高、抗干扰能力强 P L C的主机 中，输入与输 出电源之间是没有 联系的，采用 的是光电隔离的方式，所 以在运作 上是很独立 的；在这个系统 中是运用循环扫描的 工作方式 ，同时在 C P U的保障上采取 了对内部电 路的检测，所 以不会 出现任何问题 ；在 电气器件 的选择上都有严格 的把关 ， 生产工艺流程规范化 ， 同时各模块都 有屏蔽措施 ，防止辐射对元件造成 的损害，使电子器件的质量提升 ，所 以 P L C控制 技术显得更加 稳定 ，如果器件在运行 中出现 了问 题 ，该 系统就会在 P L C技术下 自动报警 ，然后通 过软件可 以进行故障的诊断，提升 了 P L C在工作 中的可靠性以及安全性 。 1 ． 2 I ， O模块丰富 P L C对于不同的工作环境会有不同的 I ／ O模块 以及相应的设 备，在这种系统中安装 了人一机对 话的接 口模块，可 以提高操作性能，使操作更为 简单便捷 ；在工业局部网络中为了使通讯更为畅 通设置了网络的接 口模块，这些不同类别的 I ／ O模 块 ，为 P L C的应用提供了很大的方便。在输入接 口要注意隔离的防护，为了避免输入端 的电磁干 扰或者辐射干扰等现 象的发生 ，一般采用 的是光 电耦合器作为电流的输入端。解决触 电振动 的问 题一般采用 R C滤波器，可以有效地防止这种误动 作的产生。P L C输 出接 口包括继电器输 出、晶体 管输 以及 晶闸管输 出三种模式。在每一种线路上 都采取 了相应的隔离措施 ，保证系统的正常运行。 1 ． 3 体积小 、能耗低、安装方便 在连接设备的时候 ，由于 P L C模块体积很小， 而且 又很轻 ，所以特 别容 易安装 ，在连接器件的 时候操作方便，是机 电一体化中的重要控制组成。 在 P L C的控制系统建立上所消耗的时 间并不是很 长，而且在 P L C的操作界 面上能够简单明了指示 给用户，给使用者的操 作上带来很大的便捷。同 时在 P L C系统 中每个模块都安装了故障检测系统 ， 通过监视器可 以准确的判断故障 的位置 ，如果在 P L C上的模块 中存在问题的时候 ，可以利用其他 的模块代替 发生障碍的模块继续工作 ，能够使 系 统快速的恢复正常，不影响系统的整体运行 。 1 ． 4 程序编制简单 P L C的接线方式为梯形 图语言 ，这种方式与 继电器原理 相类似。比较突 出的特点就是使用者 可 以直观 的看出程序的内容，就算不是专 业的编 程人员也能够轻而易举的掌握 。这种技术在工厂 企业中，可 以简化操作过程 ，对程 序可以随时进 行修改。在 P L C技术 中具有很高的灵活性 、开放 性 以及经 济性，在使用 中能够 简化 系统 的构造， 能够把控制、人一机 等各种应用联 系在一起，共 同由一个服务平 台操控 ，操作 简单，易学易用。 但是在运行中还是会存在一定的问题 ，比如最主 要的就是在 P C操作系统上才能够实现 P L C技术 ， 有一定的局限性，实时性不强。所以需要利用改 收稿日期2 0 1 2 - 0 8 -1 7 作者简介李进生 1 9 6 5 一，男，副教授，硕士，主要从事数控技术和远程教育的研究。 [ 1 5 4 1 第3 4 卷第1 1 期2 0 1 2 1 1 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 匐 似 变运行环境或者执行算法等方式进行解决。 1 ． 5 设备完善且功能性强 在 P L C的规模研制中开发出不同系列的产品 ， 在不同的领域有着广泛的应用价值。在 电子模块 化 的基础上 ，使用 P L C组成各种控制系统就非常 的容 易，而且 P L C对外界的因素的敏感度不是很 高，所 以具 有较好 的适应性。在各种干扰 、辐射 甚至瞬间断电的情 况下都 能够继 续工作 ，所以适 用于条件非常差的工作环境。P L C的功能实现包 括逻 辑运算、计时 、顺序等 ，其 中还包括对数字 和模拟 量的输 入和输 出，还能够实现 自检 、记录 等功 能。这种强有力 的设备可 以在一条生产线上 实现一台生产机械 ，同时操控这个生产过程。 2 柔性 制造 系统 的机械 系统设计及 功能 2 ． 1柔性制造系统功能及特点 柔性制造 属于复杂的智能化 系统 ，结合 了计 算机和微 电子学等技术 ，这种 技术的应用解 决了 自动化 与柔性化之 间的矛盾 ，在实际使用中能够 提高生产率 ，使企业的运行效率不断提升。通过 模拟仿真技术 ，用两台数控加 工中心组 成加 工生 产线 ，能够模拟生产 中的磨削、钻孔以及输 送等 工序 ，模拟 柔性 制造系统 能够 实现对工件 的连 续 加工 ，将工件放在传送带上系统就会不停的运转 。 柔性制造能够提高设备的利用率 ，更多更快 的生 产 出所需产 品，而且生产能力相对稳定，主要是 因为加工 系统是 由一 台或者 以上 的机床组成 ，在 系统不能正常运转时 ，可以通过 降级运转来使 生 产 系统达到运行稳定的效果 ，在物料传送 系统上 如果发现障碍也会绕道而行 ，很大程 度上提 高了 系统 的稳定性。 主要具备 以下三个特点 1 提 高了产品质量。 在利用柔性制造系统进行零件加工时 ，装卸都 是 同步完成 ，不仅 提高了系统 的运行效率，而且还 能提高零件加工 的精度。2 运行灵活 、自由。对 于柔性制造 系统的检验、维护 等都可 以在第一班 就能够完成 ，其余的都不需要 工作人 员的操作就 能够实现 系统的正常运行 ，在 比较先进 的柔性制 造系统 中利用其 具有的监控功 能，对刀具的磨损 以及 零件 的运输 出现 的问题都能够 及时 的处理。 3 产品应变 力大。在 系统 的运行 中能够对 刀具、 夹具 等零件进行 调整 ，使 系统 的运行 更加平 稳， 能够满足市场的需求 。 2 ． 2 柔性制造 系统的机械系统设计 根据柔性制造 的特点以及 系统的功能，将双 台工作 柔性制造 系统分为两个部分 一部分是运 输带 ，主要负责在各工作台之 间的运转；一部分 是制造单 元，主要负责磨削和钻 孔。整个机械组 成部分 包括齿轮 、减速箱等，直流 电机是机械 系 统 的动 力源 ，系统 中的主要部件 包括四条运输 带 、八个直流电动机和五个传感器，这就是机械 系统 的主要设计。 3 柔性制造系统的控制系统设计 控制 系统是柔性制造 系统 的核 心部分 ，主要 负责对 系统的运行 能力进行调控 。计算机可编程 控制器 以下简称 P L C ，能够实现对开关量逻辑 的控制、过程控制 以及 闭环控制 ，同时通过计算 机分析 系统对数 据进行处理 ，可 以组成具有通信 功能的数据网络，所 以在计算机控制区域中属于 高性能的控制器，在各大工业领域 中被广泛的应 用。由于 自身具 备体积小、可靠性高等特点 ，所 以作为核心的控制设备在控制装置 中起着非常重 要的作用。在控制网络的组成上主要是由 P C机和 P L C共同控制 ，P C机主要作为 P L C的编程器和监 测器使用，所 以在柔性制造系统中采用了 P C机作 为上位机 ，P L C作为下位机的控制 系统。 3 ． 1 工艺流程的设计方案 根 据上述 柔性制造 系统 的组成来制定相应 的 流程 如图 1 所示 ，首先是 E1 处的工件检测 ，如 果有工件在加工 ，只能等到加工完毕后 ，新 的工 件 才能继 续加 工，这样才能确保流水线在进料 口 处正常运行 ；如果没有工件在 E1 处，电动机可以 带动传送带将工件送到 E 2的位置 ，此时系统就可 以进行正常生产 。将上料 口打开，在电动机 M2 、 M3的作用下将工件传 送到 E 5的位置 ，在 M4处 的电动机就对工件开始加工 ，大约持续十几秒钟 ， 电动机就停止工作。然后在 M3 、M6处的电机就 可 以将工件传送到 E 9的位置，在 M5处的电动机 就能够对工件进行钻孔 ，大约也持续十几秒 ，M5 处的电动机停止工作，最后工件停留在E 9 处，要 检查在 El 2上是否有工件 ，如 果有工件就停 留一 会 儿，等到工件传送完后 ，再 进行下面的工艺流 程 ；如果没有工件，则在 M7处的电动机运转 ，下 开启下料 口，在 M6 、M8处的电动机 的作用下将 第3 4 卷第1 1 期2 0 1 2 - 1 1 上 [ 1 5 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 、 l 匐 化 工件传送到 E l 2的位置，通过 以上环节 ，实现整 个加工的过程。 M4 图1 柔性 制造 的组合模型 3 ． 2 分配f ， 0端子 主要 反映外部 的输入信号与输入端子号之 间 的关 系，在每个 控制端都有 相应 的输 出端子号。 由于电动机运转时 ，通过 改变 电机的正负极就能 够实现电机运转方 向的反 向，所 以要控制 电机的 正反转就要 同时用两个输 出端子来控制 ，然后根 据 F O的点分配将连接图画好，在输入开关上 ，不 用多余的连接，直接接到 P L C的输入端就能完成 对开关的控制。在连接直流电动机 时，通过控制 电源的极性就能够控制电动机 的正反转的运行情 况 ，在连接上不能直接接到 P L C的输 出端，需要 利用直流 继电器 的转换 才能够实现 电路 的连通 ， 继电器上的触点与直流电机相连 ，这种 I ／ O模块的 具有很高的可操作性 ，在实际应用中效果很好。 3 ． 3 程序的运行分析 在整个程序的设计 中柔性制造主要采用顺序 的控制方法，而可编程 序中的状态继 电器能够帮 助顺序控制顺利的完成 ，同时利用相应的控制指 令 ，由于在柔性制造 中整个 系统 的工艺流程比较 多，所以只能对部分 的工艺进行程序的验证。在 程序运 行之 前，先将 P C机与 P L C连接好，然后 按照需求设置相应的通信数据参数，在一般 情况 下使用 C OM1 ，这种情况下能够实现传输速率的 最大化 ，接近 9 6 0 0 b p s ， 规定用 D8 1 2 0寄存器来设 置相应 的通信参数 。等到所有数 据的参数设置完 成后，就可以执行命令 ，首先是程 序的发送 ，由 计算机 编好 的程 序发 到 P L C终端上 ，然 后通 过 P L C实现“ R U N”功能。根 据对数据 的检验，可 以证 明双工作台的柔性制造的流水线能够正常的 运行 ，同时按照生产要求正确的操作直流电动机 的开关 ，就完成了所有的系统控制环节。 4 结束语 柔性制造采用 P L C控制系统更符合设计的要 求，通过搭建工作流水线 的柔性制造模型 ，在这 种仿真模拟 的条件下，缩短 了设计的周期，同时 又完成 了最 终的设计 目标。整个程 序操作简 单， 可以根据不 同的生产要求改变模型的设计，从而 满足不 同的生产线的加工标准 ，完成 多种加工任 务，为中小企业的生产提供更加科学的生产方式。 参考文献 【 l 】彭庚新 ， 陈根余， 黄 菊生， 张旭． 高速 、超高速磨削 与超 硬磨料 砂轮及其 修整的研究 【 J J ． 湖 南工程学 院学报 自 然科学版 ； 2 0 0 3 ， 0 1 6 7 ． 6 8 ． [ 2 ]牟小俐， 邓毅， 汪洋． 面 向2 1 世纪的柔性制造模式模 块化生产【 J J ． 科技管理研 究， 2 0 0 7 ， 0 9 1 4 3 1 4 5 ． 【 3 】周炳海， 奚立峰， 王世进． 柔性制造控制系统的并行设计 方法[ J ] ．E 海交通大学学报； 2 0 0 4 ， f 0 6 2 4 3 2 4 5 ． {童● 蠡‘ 蠡‘ 矗0 ． 蠡‘ {盎● {重● {重 ＆● {鑫‘ 蠡● {＆‘ {品●{童‘ {函‘妇． 如‘ ． 矗‘{量‘ {重‘ 蠡‘ {蠢‘ ． 广告索引 海德电气科技有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯封面 北京微达电子技术有限责任公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯封二 施迈赛工业开关制造 上海有限公司⋯⋯⋯封三 北京机械工业 自动化研究所⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯封底 [ 1 5 6 1 第3 4 卷第1 1 期2 0 1 2 1 1 上 施耐德电气⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 前彩1 福建顺昌虹润精密仪器有限公司⋯⋯⋯⋯⋯。 前彩2 正泰电器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘ 前彩3 中刨国技 北京 科技发展有限公司⋯⋯⋯‘ 前彩4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m