中航上大高温合金材料有限公司 河北邢台 054800
摘要：自动化生产线是将自动机床和相关辅助设备按照一定的工艺顺序连接，通过工件传送系统和控制系统，完成产品全制造过程的自动生产系统。其结构组合灵活、可控制功能强、操作方便、可靠性高等，得到了广泛的发展空间，并逐步应用电气、食品、工业等各个方面。PLC技术的应用让工业行业开启了新的发展时代。文章介绍了在自动化生产线中应用PLC来实现变频器控制的方法。分析了PLC与变频器的硬件连接、西门子MM420变频器参数设置以及S7-200PLC模拟量输入及模拟量输出的程序实现方法。
关键词：PLC控制；变频器；自动化生产线；应用
1导言
随着国民经济的不断发展和人们生活水平的提升，人们工业生产效率越来越重视，由于传统控制存在一定问题，无法满足人们日益增长的实际需求，如何对其进一步提高成为当下要解决的首要问题。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。
2自动化生产线简介
自动化生产线是指可以在无人控制的情况下按照指令自动完成相关产品制造的系统，它的应用极大地减少了劳动力，减少了占地面积，稳定了产品质量，降低了生产成本并在一定程度上提高了资源利用率。随着科技的进步与发展，机械制造业中生产线的自动化程度越来越高，并且已经广泛地应用于工业、农业、交通运输及军事、医疗卫生、科学研究等各行业。
3PLC工作特点
PLC在功能上表现具有较强的便捷性、灵活性、安全性、自动化等特点，具体表现为：（1）使用便捷。PLC在进行特殊功能控制时，需要进行程序编制。其语言简单明了，多以语言或图形构成，对计算机知识的要求十分的低。另外，功能编程后还可以进行在线修改与补充，方便快捷。（2）构件简单灵活。PLC主要是对开启或关闭进行控制，其构件小巧、灵活、简单，能可以与其它系统形成完善的控制体系，实现自动化控制。（3）自动化性能高。PLC可改写性能，使用灵活，操作方便，从而使得PLC在自动化功能发挥时，自动化性能极难受到其它因素的影响。（4）安全性高。PLC的构件相对简单，材质特殊，在使用环境的抗性较强，因此对于工作环境不具挑剔性，抗干拢性能十分的稳定，给PLC的使用带来较高的安全可靠性。
3系统组成
自动化生产线分拣单元的结构图如图1所示，其控制要求为：当工件由输送单元放到分拣单元入料口的传送带上，由光电传感器检测到物料后，延时1s后变频器驱动电机正转，电机驱动传送带移动，带着工件到分拣检测区，由光纤传感器检测出物料的颜色、金属传感器检测出物料的材质后，物料继续前行，PLC根据物料的属性，在对应料槽的位置让传送带停止，并由气缸将其推入料槽，推到位后气缸缩回，完成一个工作周期。在工作过程中，变频器的频率由触摸屏上的频率输入设定值输入框设定。传送带的位置控制由一个旋转编码器测量，并将信号传回PLC，由PLC的高速计数器来计数，通过程序来实现。
图2系统组成图
4基于PLC控制的变频器在自动化生产线中的应用
4.1PLC技术在瓶装饮料行业中应用
随着经济生活水平和生活质量的提高，在工业生产过程中，注重质量同时更应该注重生产效率。在瓶装饮料生产中，传统的人手操作流水线已经不适应社会的需要，逐渐被生产自动化所取代。由于PLC具有快速、灵活、功能齐全等优点，从而被企业所应用。PLC按照产品制造工艺，对生产过程进行编程设计，实现系统和生产设备之间的连接，通过简单自动控制，实现产品完全加工过或部分加工的自动化操作，可以自动进行空瓶消毒、运输、灌注饮料、封口加盖和测试封口密闭性等生产流程。快速便捷的通过PLC技术实现生产设计和控制，提高生产效率同时，降低劳动成本，满足现在强度的生产要求。
4.2硬件连接
要实现PLC对变频器的控制，进行数据的传输，可以选择端子控制，也可以通过RS485通讯方式实现。这里选择了端子的连接控制，在硬件上要进行连接。其接线图如图3所示，本图只画出了PLC与变频器之间的信号连接线，其他接线略。在图中，变频器3、4号端子是模拟量输入，接PLC的模拟量输出端子M和V，是将触摸屏给定的频率数传给变频器。变频器的5、6、7号端子是数字量输入，在本文的控制中，只需控制电机的启停及正转，所以使用了5号端子，8号端子是电源，在控制时利用PLC的Q0.0控制电机启动及正转，故将Q0.0接5号端子，1L接8号端子，实现数字控制。变频器的12、13号端子是模拟量输出，在控制中需要监控电机转速，所以将其接到PLC的模拟量输入端子M和A+。
4.3服务器软件设计
服务器处在网络控制系统的顶层，通过各分系统的工控机对整体系统的数据进行收集、整合。软件设计开放性比较强，可根据需求选用C/C++、Java、PHP、C#等编程语言进行开发。软件编程可实现数据表格汇总、数据模型整合与分析，定向检索，数据导入与导出等功能。通过软件接口，可连接企业成员计算机，进行远程访问和控制。网络控制系统结构还可以与生产的其他管理平台结合，如原材料管理平台，加工过程管理平台以及物流系统管理平台等，形成产品从原材料到成品的全程监控与管理。
4.4PLC程序编制
编制PLC程序时，要注意PLC模拟量输出的格式。在S7-200CPU224XP中，通过D/A变换方式向变频器输入模拟量的频率指令，以实现电机速度连续调整。信号格式有电压和电流两种，电压信号范围是0～10V，电流信号是0～20mA，在PLC中对应的数字量满量程都是0～32000，这里采用电压信号。变频器频率和PLC模拟量输出电压成正比关系，模拟量输出是数字量通过D/A转换器转换而来，模拟量和数字量也成正比关系，因此频率和数字量是成正比关系。分拣单元工作时，变频器的频率给定值来自触摸屏，触摸屏与自动化生产线主站通过RS485通讯，传输的地址为VW1002，然后再从主站通过RS485通讯口及PPI通讯协议
传送到分拣站，在分拣站还是将频率给定值放在VW1002地址的存储空间中。
结束语
综上所述，我国经济水平的飞速发展，推动着各行各业的快速发展，对于PLC技术也不例外，PLC技术作为可编程逻辑控制器对我国生产线自动化控制具有重要作用。利用PLC实现对变频器的控制，一要完成硬件接线或通讯连接，二要对变频器与控制有关的参数进行设置，三是需要根据控制要求对PLC进行编程。利用工业自动化生产方式和管理方式，能够从能源、原材料、设备使用寿命和工艺控制等角度降低光纤材料的生产成本，提高光纤材料的产品质量。
参考文献：
[1]吴伟，邬冠华，喻金科.基于RS-485的PLC与多台变频器通信的实现及应用[J].自动化仪表，2005，26（9）：55-57.
[2]孔俊.PLC技术下的饲料生产线自动化控制研究[J].信息化建设，2015（10）：82-82.
[3]张磊，张春波，陈红．食品生产线的计算机控制系统设计与实现[J].电气传动，2015（02）：70-75.
论文作者:黄冰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/17
标签：变频器论文; 端子论文; 模拟量论文; 系统论文; 频率论文; 电机论文; 自动化生产线论文; 《基层建设》2017年第18期论文;