江文藝

（陽江喜之郎果凍制造有限公司，廣東陽江 529900）

基于PLC的自動(dòng)生產(chǎn)線跟隨控制改造

江文藝

（陽江喜之郎果凍制造有限公司，廣東陽江 529900）

針對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線存在的控制問題，在不增加電氣硬件的前提下創(chuàng)新設(shè)計(jì)了具有自動(dòng)跟隨計(jì)時(shí)功能的程序，在生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)進(jìn)行浸泡時(shí)間的比較控制，很好地滿足了生產(chǎn)工藝的要求，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

PLC；自動(dòng)跟隨；實(shí)時(shí)比較

0 引言

某自動(dòng)生產(chǎn)線由進(jìn)料吊車、浸泡池、輸送線、出料吊車組成，生產(chǎn)時(shí)操作工人將半產(chǎn)品裝入框架吊籃并推到進(jìn)料吊車下方后，由進(jìn)料吊車將裝有半產(chǎn)品的吊籃放進(jìn)浸泡池內(nèi)，運(yùn)轉(zhuǎn)中的鏈條式輸送線將浸泡池中的吊籃沿池內(nèi)一邊浸泡連續(xù)向前前進(jìn)，當(dāng)?shù)趸@到達(dá)浸泡池后端被出料傳感器檢測(cè)到時(shí)，出料吊車將吊籃從池體內(nèi)吊出，此時(shí)整個(gè)生產(chǎn)工序完成。產(chǎn)品的浸泡時(shí)間是根據(jù)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速、減速機(jī)減速比、鏈條節(jié)距這幾個(gè)參數(shù)，由PLC進(jìn)行換算后作為模擬量模塊的輸出電流參數(shù)來控制變頻器的頻率；當(dāng)改變觸摸屏上的設(shè)定浸泡時(shí)間時(shí)，因鏈條式輸送線的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)變頻器運(yùn)行頻率發(fā)生了變化，也相應(yīng)地改變了鏈條式輸送線的線速度，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品在浸泡池中定時(shí)浸泡的目的。但如果PLC模擬量模塊、變頻器、減速機(jī)等出現(xiàn)問題，就會(huì)發(fā)生產(chǎn)品的實(shí)際浸泡時(shí)間超出生產(chǎn)工藝要求，而系統(tǒng)無法提醒操作人員處理，影響產(chǎn)品的品質(zhì)，增加企業(yè)的生產(chǎn)成本投入。

1 方案提出與確定

該生產(chǎn)線使用以CJ1M-CPU12為CPU的歐姆龍PLC系統(tǒng)，已使安裝了5個(gè)普通DC輸入模塊、4個(gè)繼電器輸出和1個(gè)模擬量輸入輸出模塊；CJ1M-CPU12是一個(gè)尺寸緊湊、程序容量10 k步、主機(jī)架可安裝10個(gè)模塊而無法擴(kuò)展的CPU。如果在鏈條式輸送線的主鏈輪安裝增量式編碼器作速度檢測(cè)，就需在PLC上增加1個(gè)高速輸入模塊；受CJ1M-CPU12已安裝10個(gè)模塊無法擴(kuò)展局限，就必須還要另購(gòu)CJ1M-CPU13以上的CPU、擴(kuò)展輸入和擴(kuò)展輸出接口單元、擴(kuò)展電源；此方案雖然可以用來實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制，但對(duì)于吊籃的浸泡時(shí)間實(shí)際是多少仍無法了解和異常報(bào)警，而且投入費(fèi)用大、改造時(shí)不能生產(chǎn)、改造周期長(zhǎng)。因此，能否在不增加硬件的前提下，利用原系統(tǒng)硬件進(jìn)行軟件改造，實(shí)現(xiàn)在線分別計(jì)時(shí)，是方案研究和探索的一個(gè)重要方向。圍繞自動(dòng)生產(chǎn)線的進(jìn)料、出料、入池、出池傳感器的PLC輸入點(diǎn)信號(hào)（見表1）反復(fù)思考，并通過在自動(dòng)線現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得整個(gè)池體內(nèi)的有效長(zhǎng)度最多可容納14個(gè)吊籃在線浸泡；進(jìn)料吊車只有輸入點(diǎn)3.04無信號(hào)時(shí)，才會(huì)運(yùn)載裝有產(chǎn)品的吊籃進(jìn)入池體內(nèi)，也就是說在滿負(fù)荷14個(gè)吊籃在線浸泡時(shí)，由于輸入點(diǎn)3.04一直有信號(hào)，吊車將因進(jìn)料條件不滿足而暫停進(jìn)料；這些信息成了方案可行性的一個(gè)敲門磚，確定了使用軟件編程改造實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)時(shí)的方案[1-4]。

表1 吊車與池體傳感器的輸入點(diǎn)分配

2 程序設(shè)計(jì)與說明

程序設(shè)計(jì)時(shí)，假設(shè)裝有產(chǎn)品的第1個(gè)吊籃進(jìn)入池內(nèi)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前吊籃浸泡時(shí)間累計(jì)寄存器是D920；當(dāng)?shù)?個(gè)吊籃進(jìn)入池時(shí)，通過字移位指令可以將第1個(gè)吊籃的D920實(shí)時(shí)時(shí)間累計(jì)值往后移到D921；第2個(gè)吊籃利用原第1個(gè)吊籃的D920在池內(nèi)進(jìn)行時(shí)間累計(jì)，但會(huì)出現(xiàn)原第1個(gè)吊籃即現(xiàn)D921的計(jì)時(shí)值不能繼續(xù)累計(jì)，因此設(shè)計(jì)時(shí)還須用位移位指令將進(jìn)入池內(nèi)吊籃的狀態(tài)同時(shí)移位。通過用位移位SFT和字移位指令WSFT的一起組合使用，利用吊車放吊籃進(jìn)入池內(nèi)的傳感器信號(hào)（輸入點(diǎn)3.01、3.03、3.04）一起作為移位的條件，實(shí)現(xiàn)了位移位SFT和字移位指令WSFT同時(shí)觸發(fā)執(zhí)行，保證了進(jìn)入池內(nèi)吊籃個(gè)數(shù)和浸泡時(shí)間累計(jì)寄存器的字?jǐn)?shù)一致，吊籃進(jìn)入池內(nèi)的移位程序如圖1所示。

圖1 吊籃進(jìn)入池內(nèi)的移位程序

以下用進(jìn)2個(gè)吊籃生產(chǎn)為例介紹設(shè)計(jì)原理：正常生產(chǎn)時(shí)進(jìn)料吊車將裝有產(chǎn)品的1#吊籃進(jìn)入浸泡池內(nèi)，PLC的70.00使位移位指令SFT觸發(fā)執(zhí)行，此時(shí)H80.00接通，CF102使寄存器D920的值每秒加1作為1#吊籃的浸泡時(shí)間累計(jì)；當(dāng)1#吊籃向前移動(dòng)離開3.04入料檢測(cè)時(shí)，進(jìn)料吊車此時(shí)自動(dòng)將裝有產(chǎn)品的2#吊籃放入浸泡池內(nèi)；輸入點(diǎn)3.04剛檢測(cè)到2#吊籃，70.00使指令SFT和WSFT同時(shí)觸發(fā)執(zhí)行一次，將1#吊籃當(dāng)前狀態(tài)由原來的H80.00移入H80.01，實(shí)時(shí)浸泡時(shí)間值由原來的D920移入D921寄存器繼續(xù)以秒遞增累計(jì)，此時(shí)2#吊籃通過H80.00和D920進(jìn)行浸泡時(shí)間累計(jì)。1#吊籃到達(dá)池尾被3.14傳感器檢測(cè)到后，由出料吊車將1#吊籃從池內(nèi)吊出，同時(shí)90.01動(dòng)作將D921累計(jì)時(shí)間清零、對(duì)H80.01復(fù)位處理，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)浸泡時(shí)間和吊籃自動(dòng)同步跟隨的功能，進(jìn)池計(jì)時(shí)和出池清零程序如圖2所示。

為解決原來存在的吊籃未達(dá)到工藝時(shí)間而被出料吊車吊出、超過工藝時(shí)間無報(bào)警問題，在程序設(shè)計(jì)中增加了尋找最大值的控制功能。因?yàn)闊o論在浸泡池內(nèi)的吊籃有多少個(gè)，而先進(jìn)入池內(nèi)的吊籃浸泡時(shí)間永遠(yuǎn)是最長(zhǎng)的，通過尋找最大值指令MAX使最大的浸泡時(shí)間存放于D935寄存器中,分別與系統(tǒng)設(shè)定的上限時(shí)間D51、下限時(shí)間D50進(jìn)行比較；當(dāng)浸泡時(shí)間未達(dá)到工藝下限時(shí)間而吊籃到達(dá)出料檢測(cè)傳感器3.14位置，由于94.00為OFF，出料吊車需等待其達(dá)到時(shí)間才能進(jìn)行吊出；當(dāng)減速機(jī)等硬件發(fā)生異常導(dǎo)致浸泡時(shí)間超過工藝上限時(shí)間，此時(shí)94.01為ON使系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警提示，操作工人可以根據(jù)異常報(bào)警信息，及時(shí)地人工進(jìn)行產(chǎn)品的搶救處理，增加的浸泡超時(shí)控制及報(bào)警程序如圖3所示。除了在PLC的控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)改造外，也在觸摸屏上增加了實(shí)時(shí)浸泡時(shí)間顯示、異常信息提示、系統(tǒng)復(fù)位等畫面功能。

圖2 進(jìn)池計(jì)時(shí)和出池清零程序

圖3 浸泡超時(shí)控制及報(bào)警程序

3 結(jié)束語

系統(tǒng)經(jīng)改造后實(shí)現(xiàn)了在生產(chǎn)中的浸泡時(shí)間自動(dòng)跟隨控制功能，解決了自動(dòng)生產(chǎn)線未改造前會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品浸泡時(shí)間未到而被吊車吊出的問題，并能在自動(dòng)線發(fā)生隱性故障導(dǎo)致產(chǎn)品浸泡超時(shí)的時(shí)候，報(bào)警提醒操作人員及時(shí)進(jìn)行搶救處理；系統(tǒng)改造時(shí)不用投入任何硬件成本，并可在生產(chǎn)過程中直接進(jìn)行改造；系統(tǒng)改造投入運(yùn)行以來穩(wěn)定可靠、效益明顯，很好地滿足了生產(chǎn)工藝的要求，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

［1］霍罡.歐姆龍CP1H PLC應(yīng)用基礎(chǔ)與編程實(shí)踐：第2版［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

［2］祁文釗，霍罡.CS/CJ系列PLC應(yīng)用基礎(chǔ)及案例［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［3］歐姆龍公司.SYSMAC CS/CJ系列可編程序控制器編程手冊(cè)［Z］.2003.

［4］歐姆龍公司.SYSMAC CJ系列可編程序控制器操作手冊(cè)［Z］.2002.

Automatic Production Line Following Control Based on PLC

JIANG Wen－yi
（Yangjiang Strong Jelly Manufacturing Co.，Ltd.，Yangjiang529900，China）

Aiming at the control problems of automatic production line，in the premise of not increasing the electrical hardware，designed Program with automatic following and time functions，comparison control of the immersion time is adopted in the production process，to meet the requirements of production process very well，ensure the stability of product quality.

PLC；automatic follow；real time comparison

TP278

A

1009－9492(2015)10－0101－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.025

江文藝，男，1977年生，廣東陽江人，大學(xué)本科，工程師/高級(jí)技師。研究領(lǐng)域：電氣工程及其自動(dòng)化、機(jī)電一體化。已發(fā)表論文3篇。

(編輯：向 飛)

2015－04－27