机加工自动线PLC控制系统设计及实际应用

机加工自动线PLC控制系统设计及实际应用

柳亚胜

瑞光（上海）电气设备有限公司

摘要：对机加工自动线PLC控制系统的设计展开探究，概述了PLC控制系统的基本结构、特点以及设计原则，并详细分析了PLC控制系统设计要求，通过实践验证，该系统设计能够充分满足机加工生产线的高质量作业需求，摒弃了传统的继电器控制系统，是一种先进的控制技术。

关键词：机加工；PLC；控制系统

引言

随着商品经济的迅猛发展，全国大大小小的企业都对自动化生产流水线产生了强烈的需求，提高生产效率成为企业现代化发展的关键目标。PLC控制技术的出现实现了企业生产高度自动化控制，在生产领域得到广泛重视和应用，通过设计性能优良、操作简单的PLC控制系统来提升企业生产水平，提高企业经济效益，并不断促进企业健康、稳定、可持续发展。然而我国现阶段PLC控制技术尚处于发展阶段，一些技术还有待完善，系统功能也有新的要求。总的来说，PLC控制系统作为新一代的工业控制装置，因适用性强等特点已成为工控界新宠。

一、PLC控制系统概述

1、PLC控制系统

PLC控制系统是区别于PC电脑的可程式控制器，即可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。其主要特点有：编程简单、适应性强、性价比高、抗干扰能力强、维修工作量小等特点。不同于传统电器电机控制系统，避免了麻烦的变更设计与重新制作，节省时间与精力[1]。

PLC控制系统的基本结构有：电源、中央处理单元、存储器、输入输出接口电路、功能模块以及通信模块。PLC控制系统不需要大量的活动原件与连线电子元件，操作非常便利，程序输入可直接显示，更改程序比较简便。且具有梯形图、布尔助记符、功能表图、语句描述等编程语言，编程方法多样化，具有拓展性，对机加工自动线控制系统的设计，选择PLC具有非常大的优势。

2、设计原则

本文PLC控制系统设计主要依据四大原则：

1）充分发挥PLC控制系统的功能。PLC控制系统设计必须满足被控制对象的需求，因此必须充分发挥系统功能，既是系统设计的前提和要点，也是实现生产工艺的关键点。

2）保证PLC控制系统的安全性与稳定性。PLC控制系统的运行必须保证工作效率，确保产品质量达到相关标准，因此必须考虑PLC控制系统的使用寿命，实现PLC控制系统的安全、稳定、可靠运行，这是PLC控制系统设计的首要原则。

3）PLC控制系统设计必须具备经济性与适用性。经济性设计必须充分考虑生产投入与支出的经济效益，以及生产作业时的工作效率，确保PLC控制系统的设计具备经济性。此外，PLC控制系统应当便于控制、管理和维修，要求操作简单，维修方便。

4）PLC控制系统设计必须满足可持续发展。即强调PLC控制系统能够随着科学技术的更新而进行系统的更新换代，充分考虑PLC控制系统实践运用后的可持续发展性，便于后期不断完善系统功能，提高系统运行效率，满足可持续发展的生产作业要求[2]。

二、设计内容

1、PLC控制系统组成与功能

①CPU运算与控制中心。在进行编程输入程序的过程中，通过程序存储器的存储，并依据系统赋予的解释编译程序功能将程序翻译成PLC内部认可的程序。输入状态与输入信息输进时，CPU能够进行数据存储，并将数据与程序进行有机结合，将结果存入工作数据存储器中，最后输出到接口、外部驱动器。

②存储器具有记忆功能的半导体电路。存储器主要分为系统主程序存储器以及用户信息存储器。前者主要用以存放系统程序，比如管理程序、监控程序、解释编译程序。用户存储器主要有用户程序存储区与工作数据存储区两个部分。断电情况下内容会消失，选用锂电池作为备用电源。

③输入接口与输出接口。输入接口光电耦合器主要包括发光二极管与光电三极管。发光二极管主要产生与输出信号规律与电信号相同的光信号。在开关断开的情况下，二极管不发光，三极管不导通，向内部电路输入信号；闭合时，二极管发光，三极管在光照下导通，向内部电路输入信号。

④编程器。在编程器的选择上，一般有两种，一种是手持式编程器，比较便利；第二种是与计算机相连的编程器，利用软件向系统内部输入程序。

2、自动线用途与控制要求

机加工的自动线主要是对工件进行钻孔、检查、扩孔、转位、攻丝等加工。根据机加工自动线的特点，可以选择进行多种工件的同时加工，适用性比较强。机加工自动线具有连续循环、单机半自动与手动、全线自动回原点等工作方式，可以根据实际工作需求选择，提高机加工自动线操作的灵活性。

许多企业生产加工作业要求使用多工位自动生产线，提高生产质量与效率。机械设备的性能决定了自动生产线性能优劣，同时生产质量也取决于控制系统的好坏，所以为了提高自动生产线生产质量与效率，必须设计性能良好的控制系统。

3、自动线控制系统设计要求

①工作方式设计。本控制系统设计对自动线要求满足钻孔、检查、扩孔、镗孔、攻丝、转位等工序的加工。工作开始具备的初始条件为：1）输送带复原；2）动力头、检查头以及转位装置分别加工、检查与转位完毕，并复位；3）工位随行夹具已全部松开，定位销全部拔出；4）装料工位已装上代加工工件，卸料工位准备卸去加工完成工件；5）工位检查未发出故障信号；6）未发出自动线停止信号。

在以上基础上，通过按下启动按钮，发出输送带运行指令，并将工件送入加工工位；之后发出夹紧指令，将工件全部夹紧与定位；然后控制系统发出动力头、检查头向前、转位抬起等指令，并各自进行循环运作；加工动力头完成加工后复位，检查头进行检查确定无误后复位，转位完毕复位，控制系统发出拨销松开指令，自动线所有工作循环结束。

②全线控制设计。全线控制是指自动线全面控制，包括准备开启、启动、准备停止、紧急后退等控制，对输送带与工位单机直接进行设置，同时具备失压保护、短路保护等功能。此外，当工位夹紧时，具备一定的夹紧力，在失力情况下开启紧急保护；对停止或预备停止环节具有紧急效益；具备完整的信号显示功能，确保对自动线工作全程的实时监控，便于及时发现故障并进行维修。

③各单机控制设计。动力头主轴电机在快进转为共进时，可以自行启动，且在动力头退后时能够自动停止运作。

④故障报警设计。本系统设计故障报警装置，具有工作信号显示与报警信号显示功能，分别对自动线的工装状态进行监控，以及对自动线某部位的故障情况进行报警提示，便于及时进行人工维护管理。其中自动线运作监控信号为绿色，报警信号为红色。

⑤保护电路设计。本系统设计了短路保护、过载保护以及失压保护等功能，确保系统运行的安全、稳定、可靠。

⑥自动线局部照明设计。根据生产作业需求，为了提高加工精度，设计安装小型照明灯，避免操作人员作业中出现失误，同时避免对机器设备造成危害。

4、电机控制方案

对于各个电机控制方案的确定，可以采用起保停电路加以控制，包括液压泵电机、冷却泵电机以及工位动力头主轴电机等，对于自动线的树洞带、动力头的滑台以及定位机构主要利用液压传动系统控制。对于各种电机控制方案的选择，如果采用传统继电器进行控制需要消耗大量的继电器，通过PLC控制系统能够实现全面控制。

结语

综合全文，通过分析PLC控制系统的特点、设计原理，对PLC控制系统的设计展开探究，提出了PLC控制系统的组成与功能需求，并详细叙述了自动线控制系统的设计要求与内容，对各电机的控制方案选择PLC控制系统，提高了机加工自动生产线的工作效率，具有现实价值。

参考文献

[1]刘美俊.PLC在机加工自动线中的应用[J].机电工程，2000，17(4)：37-39.

[2]赖指南.机加工自动线仿真与控制系统的PLC程序设计及特点[J].机床电器，2000(4)：29-33.