摘要：针对生产线过程中效率低、人工成本高的原因，文章分析了自动化的生产线控制系统，根据生产线的特点以及技术要求，采用基于PLC的控制系统，实现自动化，许多实践效果表明，自动化生产线系统设计符合企业生产的需要，能有效提高生产效率，降低成本，其应用性较强。
关键词：PLC；变频器；自动化生产线
前言：PLC技术延续了传统电气控制结构简单、容易控制等优点，对传统电气控制方式的不足进行改善，在工业自动化领域中发挥着重要作用。PLC即可编程控制器，其存储器是可以进行编程的，用户程序对输入接口采集到的数据进行筛选和处理，形成指令，并通过输出接口驱动外接设备，从而实现控制的目的。PLC技术在使用的过程中安全性能很高。I/O接口处都有能够抗干扰的设备，在恶劣的气候条件下仍然可以进行自动化控制，保证生产过程的安全可靠。PLC技术具有很强的通用性。随着PLC技术的发展，人们根据不同的生产实际情况进行电气控制系统设计，通过PLC设备就能编写出相应的程序。总之，PLC技术在使用的过程中对环境的适应能力强，对外界干扰有很强的抗击效果，组合起来较为简单，编程不复杂，维修起来较为容易，因此，在自动化生产线中应用中具有得天独厚的优势。
1系统构成和工作原理
根据自动化生产线传送系统的工艺特点及控制要求，一般自动化生产线用PLC、变频器、伺服驱动、人机界面等实现控制。PLC作为整个设备的核心部件———控制器，接收外部信号，根据控制要求，发出指令控制电机、气缸、液压缸等执行机构按要求动作。自动化生产线中广泛使用交流电机来驱动机构运行，交流电机的转速、转向等由变频器来驱动。
在一般的自动化生产线中，传送机械手从一个单元移动到下一个单元的距离由PLC输出的脉冲信号控制。其工作过程为PLC按设定的频率发送一定速度的脉冲数到伺服驱动器，伺服驱动器将来自PLC的指令信号与来自电机自带编码器的反馈信号作比较，然后转换、放大信号，输出去驱动伺服电机旋转，带动同步带转动。
2控制系统设计
2.1控制要求
（1）紧停按钮。在设备运行过程中，随时都会发生紧急情况，因此需要设置紧急按钮，按下时便使得整条生产线或者部分单独停止运行。待故障解除后，按下启动按钮，又使得生产线恢复正常工作。（2）运行模式。生产线应分为手动模式和自动模式，手动模式用于电气工程师调试和设备故障维修，自动模式用于生产自动化操作。（3）故障报警。针对设备的运行状态设置不同的报警类型，由于缺少物料等造成的无质量和安全风险错误，设备应亮起红灯，触摸屏显示错误提示，使得操作者更正错误提示继续操作。由于设备故障或安全门被打开等存在质量和安全风险错误，设备应停止运行，红色塔灯亮起并且蜂鸣器报警。（4）提示信息。设备在运行过程中的运行模式、系统状态、完成进度，及故障报警信息能够在触摸屏上显示。
2.2系统硬件设计
可编程控制器(PLC)可靠性高，编程简单，维修方便。但是，PLC在人机对话、故障判断和线路修改等方面有些不便。要想直观地了解生产过程和监控信号的动态变化，需选择一个上位机来配合PLC，才能组成优良的自动控制系统。所以，需要设计一套应用触摸屏和PLC，共同组成自动化生产线的控制系统。系统硬件结构如图1所示。
CPU单元负责控制整个生产过程。触摸屏通过RS-232串口和CPU进行通讯，系统输出模块向外部设备传送输出信号，使不同的执行机构动作。通过传感器将信号反馈回输入模块以改变各执行机构的运动状态。CPU单元从输入模块读取数据，根据数据的变化控制各个执行机构的运动，整个过程构成一个控制回路。
根据生产线所需要的I／O点数量和系统控制等因素，PLC 选用三菱公司 FX-3U-64MR 型号的产品，触摸屏采用三菱公司 GT1055 （320*240）型号的产品。
图1系统硬件结构图
2.3控制系统软件设计
软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是应
用中最关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。下面以某食品包装生产线控制系统软件设计为例，分析其控制程序的设计以及人机界面的设计。
（1）设计流程。PLC控制程序设计应根据控制要求，确定系统控制的操作方
式（单步、连续、自动、手动等），需耍完成的操作动作（动作的条件和动作的顺序），以及程序联锁和必要的保护；所有控制参数同时也需要确定，如计算长度、转步时间、模拟景的精度等。依据现场生产设备的需要，把所有的限位开关、按钮、指示灯、接触器等装按照输出、输入分类；同一类型的设备按先后顺序分配输出输入地址，将的输入输出地址分配表列出。每一个输出地址驱动一个外部负载，每一个输入信号占用一个输入地址。对于那些较为复杂臃肿的控制系统，立当先绘制出系统控制流程图，然后依照流程图完成程序设计。
（2）I/O接口的分配。食品包装自动化生产线工作目的，是将加工完成的食品从食品输送带上准确放入底托输送带的底托内，实现食品的包装过程。本案例中设计的食品包装自动化生产线主要由上料机构、底托输送带、食品输送带、自动抓取机器人、CCD 图像检测系统和缓存机构组成。控制方式由检测元件采集信号反馈给控制输出模块来进行脉冲控制。硬件接口分配主要根据控制系统的检测元件的数量以及控制系统要求，来实现控制功能，选用符合需要的PLC类型和扩展模块，PLC与外部执行元件和检测元件之间建立起的联系，检测单元将检测信号传送给PLC，显示当前系统的状态信息，然后通过输出信号控制执行元件完成动作。
（3）设置通讯参数实现触摸屏同PLC之间的通信。根据生产线的控制要求，设计控制各个功能的操作界面。在图2的触摸屏结构中，下级界面均设有返回上级界面按钮，在参数设置子界面与手动模式均设有同级界面切换按钮。手动模式中给出了生产线各个变频器的启停操控制、上料/卸料机构皮带的正反转控制、闸口开关的控制；自立袋的生产数量、闸口和传输带运动状态可以根据工况调整，参数可以在触摸屏上设置；自动画面上显示了变频器的运行速度、生产数量、生产设置等；在自动工作模式界面实时显示工作状况（如图3）；当运行中出现故障(如传输线上自立袋数量不同步)，则在触摸屏上弹出故障显示界面同时控制箱中蜂鸣器报警，故障排除后按下解除故障继续运行按钮，界面返回到“自动运行模式”且系统继续运行。
图3自动运行画面图
结语：综上所述，自动化生产线，利用PLC通用性强、可靠性高和编程简单等特点作为生产线的控制中心，实现与机器人、图像检测系统之间的通讯，保证系统运行的安全可靠性。
参考文献：
[1]刘美珍,侯志平.基于S7-200PLC的自动化生产线伺服控制系统[J].机电产品开发与创新,2017,02:94-96.
论文作者:曹辉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
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