基于PLC的自动化生产线控制系统设计

文/吕志华

自动化生产线指的是操作者按照一定的工艺路线按照统一的生产速度来完成操作的生产过程。随着科学技术的发展，自动化生产线的性能越来越向着高精度、高效化发展，由于采用高速CPU芯片以及多CPU控制系统和高分辨率的交流数字伺服系统，系统的精度大大提高。工艺的复合性越来越高，以数控机床为例，在实际的生产过程中，在一台机床上一次装夹后，多工序的复合加工只需要通过换刀、旋转主轴头的措施即可完成。

1 控制系统的硬件组成

自动生产线控制系统的硬件由PLC、传感器、执行部件、网络通信系统等构成。PLC的型号比较多，但是结构和工作原理基本相同，主要由电源、主机、I/O接口、扩展器接口和外部设备接口等组成，PLC具有可靠性高，抗干扰能力强；编程简单，使用方便；控制灵活；功能性强；系统设计方便等优点，尤其是程序编程采用了以继电器控制线路为基础的梯形图语言，程序编制直观、形象、简单易学。传感器是生产线中的检测元件，感应到被测对象，按照一定的规律转变为电信号输出，主要有电感传感器、光纤传感器、磁性开关等。生产线中的执行部件主要由变频器、伺服驱动以及电动机组成，主要控制工件的运行顺序、速度以及运动的方向和行程的大小等。通信系统主要将工作的各个单元相互连接起来，形成一个整体，相互之间可以将信息进行交换，提高设备的控制能力，实现了集中处理，分散控制的工作要求。

2 自动化生产线控制系统设计

文章设计的自动化生产线系统，模拟的是企业进行工件加工的生产线流程。自动化生产线模型主要由供料、运输、加工、分类仓储四个基本单元组成，通过PLC作为控制系统的核心部件。

2.1 供料单元

供料单元的机械部分包括：支撑架、工件装料管、工件推出装置、阀组等，控制部分包括PLC、电源等。根据工作的要求，供料单元的控制系统采用的PLC型号为三菱FX2N-32MR型，输入、输出点均为16个，地址范围分别为X0-X17和Y0-Y17。设计分析：PLC上电后要确认系统已经准备就绪，才可以运行，避免出现生产事故。供料单元的主要运行过程是供料控制，如果中途没有停止要求，供料过程就会不断循环进行，如果收到正常停止的指令后，系统会在完成一个工作周期任务以后，回到初始状态停下来。此外，缺料报警后也会导致系统停止，但是缺料报警退出运行状态后，需要加入足够的工件后才可以重新启动系统。子程序的工作状态主要包括：是否准备就绪、运行/停止状态、缺料报警等状态，设计时要保证每一个扫描周期调用子程序实现系统的工作状态显示。

2.2 运输单元

输送单元的机械结构由机械手装置、拖链装置、接线端口等部件组成，控制器件由PLC模块和按钮/指示灯模块等部件组成。输送单元所需要I/O点较多，包括传感器信号、指示灯模块信号、输出信号（包括电磁阀控制信号和输出到伺服电机驱动的脉冲信号）等，因此，本单元选用的是三菱FX1N-48MT型PLC，24点输入。设计分析：输送单元控制过程包括机械手到各工作单元物流台取件以及机械手的定位控制。此系统主程序主要包括上电初始化、复位过程、投入运行、处理急停等阶段，复位子程序主要检查各执行元件是否在初始位置，机械手是否在原点位置。系统运行时，每一个扫描周期都会调用急停处理子程序，有急停动作时，主控制停止执行，急停复位后，若在急停前，机械手没有运行，输送过程继续进行，若急停前，机械手正在运行，需先让机械手回到原点，输送过程继续进行。

2.3 加工单元

加工单元主要由工件搬运装置、直流减速电机、步进电机、加工电机、光电传感器、磁性传感器以及不同的电磁阀等部件组成。传感器和电磁阀在气动控制回路中安装，控制气动回路并将信号反馈给PLC。主要任务是通过双闭环控制系统将工件按照性质的不同，选择不同的转速，送到加工区域进行加工。系统运行过程中，通过光电传感器检测工件，为电磁离合器提供工作信号，让电磁离合器进行吸合，将工件送到合适的加工位置，加工的刀具开始工作，加工完成后，主轴的气缸上升后，加工的电机就会停止，转盘将工件送到出料的位置，完成加工过程。

2.4 分类仓储单元

分类仓储单元的机械部分主要有：传送分拣机构（传送带、分拣气缸、光电传感器以及磁性开关）、传动带驱动机构、电磁阀组、接线端口等，控制部分包括变频模块、PLC模块等。此单元采用的是三菱FX2N-32MR型PLC，传感器采用外部直流电源供电。此单元的主要工作是分拣控制，PLC上电后确认系统准备就绪，启动系统。系统运行过程中，当检测到工件后，复位高速计数器将变频器驱动电机启动运转，工件经过电感传感器和光纤传感器时，工件的属性可以根据传感器的动作来判断，定位控制主要由PLC、变频器来完成，各部件协调运行完成分拣工作。

3 结束语

PLC具有精度高、可靠性好以及复杂的逻辑运算能力的特点，在自动化生产线系统中的应用，可以很好的提高产品的生产效率，具有稳定性高、操作简单的优点。通过对于生产线各个单元工作流程的分析，整体的生产线可以满足实际工业需求。