基于PLC控制的变频器在自动化生产线中的应用

孟超

摘要：在计算机技术和电子通信技术发展下，PLC技术也得到了一定的发展，也对我国工业现代化有着一定的推动意义，基于此，本文论述了PLC控制的变频器在自动化生产线中的应用。

关键词：PLC;变频器;自动化生产线

引言

在人们实现自动化生产加工的过程中，对于电气设备的运行需要越来越高。而plc作为电气设备自动化控制系统中常见的技术具有较大的应用优势，而且PLC技术综合了整个自动化控制系统以及智能化操作技术的优势，对电气设备的自动化发展比较有利。所以，PLC技术实现电气的自动化控制，可以促进整个电气装置的一体化操作。PLC技术可以实现电气设备的自动化操作，对编程控制器的更新要求越来越高，实施PLC技术的应用范围越来越广泛。

1、PLC与变频器的发展

纵观我国科技发展历程，早在20世纪80年代，世界电工委员会就全面引入和推广了PLC与变频器，作为一种先进的电子装置，在工业领域的发展中实现了广泛的应用，并且在实际作业中也发挥出了良好的效果。PLC的应用主要是通过对数字运算的合理设计，从而实现控制操作的，将提前编制好的程序存储器中，在系统内部进行逻辑运算等一系列指令，并通过数字或模拟的方式输出，实现机械控制效果。而对于变频器来说，主要是实现微电子技术与变频技术的有效融合，利用变频的优势，改变工作电源的频率与幅度，实现交流电动机的控制效果，在节能工程中变频器也能表现出良好的效果，主要可以实现电机电流的启停控制，降低波动电压现象，应用功率较低，同时，也能够实现运动速度的控制效果，转矩极限调节，降低能源损耗。

2、自动化生产线控制系统的整体架构

基于以往的工作经验可以了解到，在对工件进行自动化加工时，涉及多道作业工序。而且在生产线运行中，需要应用到的装置有数控车床、机器人、原料仓以及输送机构等等。在具体的生产过程中，每道工序处都会安排一台工业机器人，在工作中，机器人会从原料库或流水线上将待加工件转移到车床上，經过多道工序处理后，得到所需工件。完成制作的工件还需要进行质量校核，满足要求后才可以作为成品移送到成品库中进行保存。自动化生产线内部的控制系统主要是由PLC、位置传感器、工业计算机、电机驱动器以及工业摄像头等所构成。在整体控制系统当中，三自由度的滑台是其内部的核心部件，其是由X、Y、Z三个不同方向的线性模组以及与之对应的步进电机组成，完全能够通过PLC来为驱动器发送准确的控制信号，有效控制滑台当中的三个分支，使其能够按照规定中的坐标来进行移动。通常情况下，X轴方向应当尽量与流水线内部的传输带维持一种平行的状态，可以利用齿轮带动皮带这一简单的驱动方式使得X轴对应的步进电机能够更好的发挥出自身的驱动作用，实现高速运转的直线行驶，保证定位的准确性、平稳性。而其中的横向机构就可以由Y轴步进电机进行驱动，其整体驱动方式与X方向基本一致，主要目的就在于能够更好的配合X方向来完成坐标的定位工作。升降机则是由Z轴的步进电机进行驱动，在驱动方式上与前两者并无太大差异，在实际工作中主要就是顺着垂直的方向来上下运转，实现对各种工件的放置和抓取。

3、PLC技术的变频器自动控制的应用

3.1、通信协议实现控制

在实际应用过程中，PLC与变频器之间的通讯协议通常有两种方式，一是MOD-BUS通信协议;二是自由口的通信协议。技术人员需要根据变频器的型号、实际的自动控制需求等合理、科学的选择通信协议。同时，技术人员可以运用PLC与变频器之间专业自动化控制协定——OPC，可提供多连接端口，并与相应的硬件装置进行连接实现数据与信息的传输。在该方面，西门子公司研发的S7-400和S7-300可以提供OPC服务接口，能够实现不同厂家设备的数据互通与交换。但需要注意的是，虽然OPC能够保证PLC与变频器之间稳定的通讯，但OPC的配置过程相对复杂，在安装相应的软硬件后，技术人员需要重新启动PLC，并进行组态通信。

3.2、系统软件设计

实际系统软件设计工作执行上，可以从以下两方面着手，避免整体设计效果受到影响。（1）需要控制机器人的动作，该功能也是PLC控制系统应用时的主要功能需求内容。一般来说，机器人动作主要依靠的是气缸驱动，运行时，操作人员需要控制好气缸，并与电磁阀控制形成配合，满足各项功能需求。当下降电磁阀通电之后，机器人也会处于下降状态，断电之后，能够让机器人停止运行。当上升电磁阀通电后，能够让机器人处于上升状态，断电后，机器人也会停止运行，两者的设计原理基本类似。（2）自动控制系统。实际系统运行时，当壳盖到位后，机器人能够直接启动，促使机器人进入到运动状态。启动前，操作人员还要对机器人初始位置进行确认，为后续工作的运行，创造出良好条件。

3.3、物料传送辊道系统应用

基于PLC技术的变频器自动控制在物料传送辊道系统中的应用方法具体如下：首先，下料闭环控制。皮带秤安装在振动集料机上，通过数字、电子称重方式获取、记录物料的重量。PLC自动控制系统中重力传感器可以及时获取物料相关数据，如物料的重量、皮带传输的速度等，再通过特定的算法、公式、模型确定皮带传送的瞬时物料重量。其次，瞬时物料重量数据通过PLC网络系统传输给上位机，智能化生成皮带传输速度、下料量等指令，并以电流的方式传输给下位机。最后，下位机响应上位机指令，以变频器调节给料机的转动速度，再将现场给料机转速等相关信息反馈给上位机，如果给料速度过快，上位机将再次下达指令，重复上述过程后保证给料、下料速度适中。

3.4、分类仓储单元

在分类仓储单元中，其机械部分主要由电磁阀组、接线端口、传送分拣机构、传动带驱动机构等组成，控制部分包括PLC模块和变频模块。在这一单元中，传感器应当采用外部的直流电源进行供电。在自动化生产控制系统中，分类仓储单元的主要工作就是进行分拣控制。在PLC正常通电后，应当在第一时间检查内部的整体系统是否处在工作准备状态，只有确保系统处于准备状态才可以开始工作。在系统运行过程中，工件进入到内部后，其中的变频器驱动电机就会相应启动，而复位高速计数器则能够进一步提升变频器驱动电机的工作效率，使其能够在极短的时间内达到最佳运行状态。在相应的工件进入到传感器部位后，传感器可以根据工件的属性及特征来展开判断;在具体的定位控制方面，则应当由变频器和PLC完成，使得各个部件能够呈现出一种协调运转的状态，从根本上提升分拣的工作质量和工作效率，保证每一个工件都能够及时被转移至合适的位置上。

4、结语

从目前从业自动化生产线对机器人与PLC集成控制系统研究，可以对强化工业自动化生产线效率起到积极的促进作用。从实际机器人和PLC控制系统应用上也能够能看出，操作人员需要对自动化生产工序有一个全方位了解，明确机器人在生产线上的重要作用所在，便于PLC控制系统对其进行精准控制。

参考文献

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