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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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.
论文作者:柳亚胜
论文发表刊物:《基层建设》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/10
标签：控制系统论文; 自动线论文; 存储器论文; 机加工论文; 程序论文; 信号论文; 系统论文; 《基层建设》2017年第22期论文;