德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王 青

自動(dòng)化的生產(chǎn)線具備著組裝靈活、安全性高以及構(gòu)造較為簡(jiǎn)單等多種優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際需求和車(chē)間的大小來(lái)增減設(shè)備，這也使其成為了現(xiàn)代化企業(yè)中建造生產(chǎn)線的重要選擇。因此，本文首先對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)加以明確，然后對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的內(nèi)部硬件構(gòu)成展開(kāi)分析，在此基礎(chǔ)上提出基于PLC的自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)措施。

1 自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)

如圖1所示，自動(dòng)化生產(chǎn)線內(nèi)部的控制系統(tǒng)主要是由PLC、位置傳感器、工業(yè)計(jì)算機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及工業(yè)攝像頭等所構(gòu)成。在整體控制系統(tǒng)當(dāng)中，三自由度的滑臺(tái)是其內(nèi)部的核心部件，其是由X、Y、Z三個(gè)不同方向的線性模組以及與之對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)組成，完全能夠通過(guò)PLC來(lái)為驅(qū)動(dòng)器發(fā)送準(zhǔn)確的控制信號(hào)，有效控制滑臺(tái)當(dāng)中的三個(gè)分支，使其能夠按照規(guī)定中的坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行移動(dòng)。通常情況下，X軸方向應(yīng)當(dāng)盡量與流水線內(nèi)部的傳輸帶維持一種平行的狀態(tài)，可以利用齒輪帶動(dòng)皮帶這一簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)方式使得X軸對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)能夠更好的發(fā)揮出自身的驅(qū)動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的直線行駛，保證定位的準(zhǔn)確性、平穩(wěn)性。而其中的橫向機(jī)構(gòu)就可以由Y軸步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其整體驅(qū)動(dòng)方式與X方向基本一致，主要目的就在于能夠更好的配合X方向來(lái)完成坐標(biāo)的定位工作。升降機(jī)則是由Z軸的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在驅(qū)動(dòng)方式上與前兩者并無(wú)太大差異，在實(shí)際工作中主要就是順著垂直的方向來(lái)上下運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種工件的放置和抓取。這一控制系統(tǒng)的主要功能有以下幾個(gè)方面：一是能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)操作與手動(dòng)操作之間的選擇；二是可以實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的控制；三是能夠?qū)ぜD像進(jìn)行更加準(zhǔn)確的捕獲，及時(shí)計(jì)算出與之對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)；四是具備良好的安全保護(hù)功能。

圖1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2 自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)內(nèi)部的硬件構(gòu)成

自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)內(nèi)部的硬件，主要是由傳感器、執(zhí)行部件、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)以及PLC等所組成的。PLC的型號(hào)相對(duì)較多，但其內(nèi)部的工作原理以及主要結(jié)構(gòu)卻基本一致，都是由電源、主機(jī)、外部設(shè)備接口以及拓展器接口組成的，其擁有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高以及使用較為方便等優(yōu)點(diǎn)。特別是在程序的編程方面，更是將繼電器作為線路的主要控制設(shè)施，形成一種梯形圖語(yǔ)言，從而能夠更加直觀的展現(xiàn)出各類(lèi)程序的具體編程內(nèi)容。其中，傳感器是整體自動(dòng)化生產(chǎn)線當(dāng)中必不可少的組成部分，其是檢測(cè)的關(guān)鍵器件，可以對(duì)需要檢測(cè)的物體進(jìn)行多角度、多層次的檢測(cè)，然后將檢測(cè)出的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。傳感器的主要類(lèi)型可以詳細(xì)劃分為光纖傳感器、磁性開(kāi)關(guān)以及電感傳感器等多種類(lèi)型。生產(chǎn)線內(nèi)部的執(zhí)行部件的主要任務(wù)就是控制好工件的運(yùn)轉(zhuǎn)順序，保證其基本的運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)出現(xiàn)差異。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)則是負(fù)責(zé)系統(tǒng)的連接，可以將自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)當(dāng)中的多個(gè)單元加以鏈接，從根本上提升設(shè)備自身的控制能力，實(shí)現(xiàn)集中處理。PLC與驅(qū)動(dòng)器之間的連接如圖2所示。

圖2 PLC與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的連接圖

3 基于PLC的自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)措施

3.1 運(yùn)輸單元的設(shè)計(jì)措施

在自動(dòng)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，運(yùn)輸單元內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)由拖鏈系統(tǒng)、界限端口以及機(jī)械手裝置等多種構(gòu)件組成，其中的控制器件則是由PLC模塊和PLC按鈕等部件所構(gòu)成的。在整體運(yùn)輸單元中，囊括了指示燈模塊信號(hào)、輸出信號(hào)以及傳感器信號(hào)等多種信號(hào)，因此這就需要采用工作效率更好的OLC，實(shí)現(xiàn)二十四點(diǎn)的全方位輸入。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，運(yùn)輸單元的控制過(guò)程包括了機(jī)械手到各種工作單元內(nèi)部抓取工件以及機(jī)械手的定位控制。在這一系統(tǒng)內(nèi)部的主程序中則涉及到了上電初始化、復(fù)位過(guò)程以及投入運(yùn)行等階段，其中的復(fù)位子程序所負(fù)責(zé)的工作就在于詳細(xì)檢查好各個(gè)執(zhí)行元件是否處在初始的位置上以及機(jī)械手是否正確復(fù)原。如果在急停之前機(jī)械手并沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)，就可以繼續(xù)開(kāi)展正常的輸送；如果機(jī)械手處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中，則需要將機(jī)械手返回到原來(lái)的位置上，再進(jìn)行輸送。

3.2 供料單元的設(shè)計(jì)措施

自動(dòng)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的供料單元，其機(jī)械部分包括工件裝料管、工件推出裝置以及支撐架等，其控制系統(tǒng)則由PLC以及電源等組成。根據(jù)具體的工作需求，在供料單元內(nèi)部的控制系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)保證所用PLC的高性能以及高效率；同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)保證輸出點(diǎn)以及輸入點(diǎn)都能夠控制在16個(gè)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，PLC在正式上電后要保證涉及到的系統(tǒng)處于一種準(zhǔn)備就緒的狀態(tài)，保證供料單元能夠更好的發(fā)揮出自身的作用。

3.3 加工單元的設(shè)計(jì)措施

通常情況下，加工單元主要由直流減速電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、光電傳感器以及工件搬運(yùn)裝置等所構(gòu)成的。大部分裝置都是在啟動(dòng)控制回路中安裝電磁閥以及傳感器，對(duì)氣動(dòng)回路展開(kāi)全方位的控制使得內(nèi)部的信號(hào)能夠在第一時(shí)間反饋到PLC當(dāng)中。在自動(dòng)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，加工單元的主要任務(wù)就在于高效使用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，明確不同工件自身存在的相異之處，從而選擇與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速；同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)工件的類(lèi)型將其運(yùn)送到加工區(qū)域內(nèi)部展開(kāi)加工處理。在系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，還可以利用光電傳感器來(lái)對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，提供必要的工作信號(hào)使得電磁離合器可以更好的進(jìn)行吸合，將那些工件轉(zhuǎn)移至合適的加工位置上。

3.4 分類(lèi)倉(cāng)儲(chǔ)單元

在分類(lèi)倉(cāng)儲(chǔ)單元中，其機(jī)械部分主要由電磁閥組、接線端口、傳送分揀機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，控制部分包括PLC模塊和變頻模塊。在這一單元中，傳感器應(yīng)當(dāng)采用外部的直流電源進(jìn)行供電。在自動(dòng)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，分類(lèi)倉(cāng)儲(chǔ)單元的主要工作就是進(jìn)行分揀控制。在PLC正常通電后，應(yīng)當(dāng)在第一時(shí)間檢查內(nèi)部的整體系統(tǒng)是否處在工作準(zhǔn)備狀態(tài)，只有確保系統(tǒng)處于準(zhǔn)備狀態(tài)才可以開(kāi)始工作。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，工件進(jìn)入到內(nèi)部后，其中的變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)就會(huì)相應(yīng)啟動(dòng)，而復(fù)位高速計(jì)數(shù)器則能夠進(jìn)一步提升變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作效率，使其能夠在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。在相應(yīng)的工件進(jìn)入到傳感器部位后，傳感器可以根據(jù)工件的屬性及特征來(lái)展開(kāi)判斷；在具體的定位控制方面，則應(yīng)當(dāng)由變頻器和PLC完成，使得各個(gè)部件能夠呈現(xiàn)出一種協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，從根本上提升分揀的工作質(zhì)量和工作效率，保證每一個(gè)工件都能夠及時(shí)被轉(zhuǎn)移至合適的位置上。

結(jié)論：PLC自身具備的高度精準(zhǔn)性、安全可靠性并且能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜邏輯運(yùn)算的主要特征，使其在多個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了十分廣泛的運(yùn)用。在自動(dòng)化生產(chǎn)線之中合理應(yīng)用PLC可以提升各類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)質(zhì)量，并且還可以保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有更高穩(wěn)定性，體現(xiàn)出自動(dòng)化生產(chǎn)線具備操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。