基于PLC的柔性自动化生产线系统研究

朱志伟

摘 要：随着社会经济的快速发展，人们开始关注与重视柔性自动化的相关研究工作。通过柔性自动化生产线系统的运用与完善能够更好的满足制造业的发展需要。文章首先对柔性自动化的相关理论进行了研究，在此基础上探讨了基于PLC的柔性自动化生产线系统的设计。

关键词：PLC；柔性自动化生产线；设计

柔性自动化生产线系统在制造业中有着越来越广泛的应用，具有提高生产效率、降低生产周期、降低生产成本的和重要作用。在柔性自动化生产线中，能够最大限度地提高设备的利用率，从而为产品的生产提供相对稳定的生产能力，同时促进产品质量与应变能力的提高。当前，我国的柔性自动化生产线的相关研究与应用处于初级阶段，与发达国家存在较大的差距。因此，要注重柔性自动化生产线系统的研究与开发，为柔性自动化生产线的应用与推广提供借鉴。

1 PLC工作原理

1.1 上电处理

在PLC系统上电之后，上电处理工作的主要内容包括：第一，将硬件系统设置为默认状态；第二，对I/O模块装置的工作形式进行检查；第三，对系统的其他还原默认值进行处理。这些上电处理工作都属于PLC的内部工作，在PLC出厂时就已经设定好了，与客户的程序控制之间存在的联系不大。因此，PLC上电处理具有较强的稳定性，而且其运转所需的时间也较短。

1.2 PLC扫描

在完成上电处理之后要进行PLC扫描。在PLC扫描过程中，首先要进行输入工作，在输入工作完成之后要正确处理PLC系统与外设通信体统之间的关系，及时实现时钟与寄存器的更新工作。当PLC系统的CPU为RUN模式时，PLC系统会进行反复扫描；当PLC系统的CPU为STOP模式时，PLC系统会进行自我检查。

PLC扫描步骤中又包括三个阶段：首先，输入采样阶段。在PLC扫描的输入采样阶段中，首先应该对连接终端进行扫描，将连接终端的状态在相应的寄存器中进行保存，实现寄存器的更新。寄存器仅在输入采样阶段实现内容更新，该阶段结束之后将处于与外界隔离的状态中，直到进入下一次采样阶段才会重新输入内容。其次，输入程序实施阶段。按照PLC梯形图程序的扫描标准进行“先左后右，先上后下”的扫描活动。如果程序在扫描的过程中出现跳转命令，则要按照跳转命令的内容对程序的跳转位置进行确定。当命令中出现有关输入或者输出的状态时，PLC需要从寄存器中对输入采样阶段所采用的终端连接状况进行读取，通过相关的运输得出结果，并将结果在寄存器中进行寄存。最后，输出更新阶段。寄存器在完成了所有的命令之后将输出继电器的状态存到输出存储器中，进而实现输出。

1.3 出错处理

在PLC扫描环节中，PLC会通过自我检查来确保自身的正常运转。如果在PLC自我检查的过程中发现错误，中央处理器面板的LED与异常继电器会实现连通，在寄存器中实现错误代码的存入。如果出现的错误较为严重，CPU会强制转变到STOP模式中，将所有的扫描工作都终止。

2 柔性自动化生产线及其对设备的要求

2.1 柔性生产线概述

柔性生产线指的是将多台可调节机床进行联合，与自动运送装置相互组合之后形成生产线。柔性自动化生产线通过计算机进行管理工作，实现了多种生产模式的相互结合，能够实现生产成本的降低与生产材料使用效率的提高。

柔性自动化生产线包括三个组成部分：第一，物流系统，能够自动完成物料的存储、运输与装卸、管理等工作，其中包括物料存储、物料输送与物料搬运三个子系统。第二，执行系统，能够自动完成工件的加工、检测与装配工作，不同的柔性自动化生产线在执行系统方面存在一定的差异。第三，控制系统，能够自动完成柔性自动化生产线的控制工作，其中包括过程控制、过程监控两个子系统。

2.2 对设备的要求

一般情况下，所有的设备都能够归入到柔性自动化生产线中。具体来讲，柔性自动化生产线对设备的要求包括以下几点：第一，工序相对集中。柔性自动化生产线具有较高的自动化要求，且成本比较高，因此其生产线中的设备数量应该尽量降低，在工作时能够接受较高的负荷。第二，柔性与生产率较高。为了更好地实现柔性与生产率的提高，设备呈现出了两个方面发展趋势，一方面是柔性化结合制造机器，另一方面是模块化再生产中心。第三，在控制方面较为容易。柔性自动化生产线是通过计算机进行控制的，其中运用的各种设备都必须能够纳入到整个管控体系中，因此生产线的管控系统必须对所有的设备进行自动控制，依据生产目标的变化实现自动的调整。

3 PLC控制系统设计工作

文章设计的柔性自动化生产线包括供料单元、暂存单元与装配单元三个组成部分。通过在传送带末端安装固定挡板来实现对下一动作的检测工作，所采用的固定挡板为圆柱体，目的是提高装配工作的可行性与简洁性。采用CP56H主机为上位机，并在上位机中安装组态软件，实现对生产线的在线监测工作。

PLC控制系统采用的是西门子PLCS系列，CPU采用的是CPU224，这种CPU带有现场线扩展功能，通过RS通信接口实现PLC系统与现场设备的通讯，有利于上位与现场设备之间的通讯工作。此外，CPU上自带数字量输入输出点，更好地满足了设备的输入需求，不需要再实现输入输出模块的扩展。

双作用气缸通过双电控电磁阀进行控制工作。PLC通过置位与复位操作对控制线圈的通电与失电进行控制，进而控制双作用气缸的伸缩状态。

4 结束语

在柔性自动化生产线中包含了计算机、通讯、电子等多种学科与技术，其核心部分为控制系统。在柔性自动化生产线的控制系统中，将PLC控制器作为主要组成部分，以PLC为基础进行柔性自动化生产线的控制，实现真正意义的自动化生产，为未来的柔性自动化生产线的发展与推广提供参考与借鉴。

参考文献

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