基于PLC的生产线自动配料系统设计摘要

邱德常

（四川东材科技集团股份有限公司，四川 绵阳 621000）

目前科学技术快速发展，越来越多的自动化设备应用在工厂中，尤其是对于电子以及机械方面，自动化设备更是应用广泛。这种情况下，自动生产线也得到了广泛的应用和发展，同时提高了产品的生产效率以及产品的品质。而应用自动生产线也可以节省原料，降低损失，在很多方面都有很大的效果。经过长时间的发展，自动配料生产线已经越来越完善，既包括自动控制技术，也包括机械技术以及传感器技术。而自动配料生产线的发展源头是传统的流水生产线，经过发展后，效率得到了有效的提高，而同时因为整个系统属于自动系统，所以整个过程不可避免的也需要可编程控制器进行控制。一般来说，可编程控制器的运算是逻辑运算，通过逻辑数字（0和1）对控制进行要求。目前来说，PLC在很多区域都有所应用，具有非常高的可靠性和灵活性，在本文中也可以实现自动配料系统的控制功能。

1 自动配料系统总体设计方案

1.1 自动配料实训平台的组成

自动配料平台的组成单元有配送、搬运、供应、触摸屏以及传输单元几部分。对于每个部分来说都可以相互独立，属于机电一体化的系统。对于搬运单元来说，抓取设备是机械手；将变频器以及电动机等应用于输送单元；将推料气缸应用于配料单元。

1.2 各单元的功能及组成

下图1表示的是实训平台的结构。系统的各部分功能如下。

第一，供应单元主要是通过统计需要设计整个过程的入料量，该单元可以进行真实操作，对物料的传送非常方便。第二，搬运单元主要是完成物料的抓放，通过程序的控制完成四个方向的工作。第三，配送单位主要是通过对工作单元进行分类，在不同物料槽中装入不同的工件。第四，传输单元主要对工件进行传送，一旦传感器检测到落料口处有工件，电动机就会通过皮带传送工件。第五，触摸屏主要是完成操作者和设备之间的沟通。每个单元都可以进行设计以及部件的拆卸。

如图2为系统模块图。

图1 实训平台的组成

图2 系统模块图

下图3表示的是系统的整体模型，在自动配料系统中，采用的技术包括传感器技术、机械技术以及气压传动、可编程控制等。

1.3 控制板的设计及系统工作

（1）控制面板。在整个系统中，控制面板属于非常重要的一部分，设计出合适的控制面板可以使整个系统十分便捷且灵活。本文中研究的自动配料生产线的控制面板如图4。

图3 系统整体模型

图4 控制面板

首先，对于电源供电模块来说，使用的电源为50Hz的三相或者单相的交流电源、24V的直流稳压电源以及其他各式电源开关等等。

其次，对于开关模块来说，包括启动开关、停止开关以及复位开关，每个开关都选择的器件是按钮。通过对启动按钮进行设计可以使整个系统开始运行；停止按钮的功能则是在系统完成工作后，按下使系统停止运转、完成循环；复位按钮的功能是在系统出现故障或者系统报警的情况下，通过按下复位按钮，完成系统的停止工作以及复位工作。

接着，对于PLC模块来说，则是整个系统的关键部分，属于系统的中心，控制整个系统的正常运行。

最后，对于变频器模块来说，主要功能是完成运输单元的控制，也就是控制三相交流异步电动机。

（2）系统工作任务。①对于该系统来说，首先应该进行的是初始化工作，也就是将手臂装置旋转到极限位置，这时可以发现绿色的警示灯发光，也就是表示这时可以进行启动工作。②如果完成整个过程的配料工作，系统的机械手就会自动复位，表示完成一个工作周期，并且在1s的停顿后自动进入到下一个工作循环，完成一个周期后再次停止，如此往复。对于整个系统来说，如果在系统正常运行的一个周期内按动停止按钮，那么系统就会自动停止工作，红灯警示闪烁。③如果系统不能完成工件的正常供给。那么系统的警示红灯就会闪烁，而绿灯不变。

2 控制系统设计

2.1 设计思路

对于本系统来说，选择的控制思路是气-电共同控制。所谓气电对系统进行共同控制就是说设计一个控制逻辑电路、电磁阀等。对于系统来说，启动信号是通过逻辑电路设计的，逻辑电路的输出信号为电信号，之后通过启动信号对气动阀进行驱动之后完成工作。而对于任何一个完整控制系统来说，都可以进行长距离的物料运输，而运输的信号则为电子信号，系统中的逻辑电路的控制位置可以不和生产的位置在一起，而且对于控制电路以及执行组件来说也是可以分开，因为这样尽管在很差的环境内，系统也可以进行工作，比如易燃易爆环境等。整个自动配料系统的控制部分采用的是启动控制，十分完整，可以很好地抵抗外界的干扰，同时易于控制，而且在编写程序等过程中都十分灵活，对于复杂的环境也可以应用。对于驱动以及进行功率的输出来说；而控制电路主要的功能则是处理来自输入与输出传来的信号，以及逻辑状态。因此对于该系统来说，主要也包括启动以及电器两个控制电路部分。

2.2 电气控制设计

（1）控制方式的选择。对于可编程控制器PLC来说，其控制部分是用户部分对系统进行控制的部分，也就是继电器以及接线，对于用户来说，要求较少，用户尽管不具有计算机科学的基础也可以完全了解程序的元件符号，解读程序中各种继电器的组合。对于PLC程序来说，其发展基础是计算机的编程语言的简化，具有一定的风格和结构。而PLC编程语言属于图形化语言，同时也是分模块的，对于继电器来说也表述十分直接，在编程过程中很容易进行以及了解。在操作过程中，可以直接根据继电器电路通过符号的翻译直接得到PLC程序，可以说整个过程十分实用而且方便。在本系统中，使用的PLC控制器是FX2N-48MR型，生产公司是三菱公司，而对于PLC来说，在整个控制过程中发挥了控制功能，X叫做输入；C叫做计数器，Y叫做输出，M,T叫做继电器。

（2）PLC控制设计。在本系统中，主信号的系统主要来自触摸屏各种按钮，包括复位、启动、关闭按钮等，通过按钮或者触摸屏的连接，将信号输入到PLC中，得到主信号能够将气体的流向进行改变的元件叫做电磁换向阀，而该元件在该系统中也有所应用，主要是用于动力控制，也就是控制启动元件的控制运动方向。在本系统中，使用的排气节流阀是下图5所示的，可以对气动回路进行调速控制。而一旦对排气或者进气的阀进行调节，排气腔中的压力就会变化，为了维持或者对气体压力进行改变，活塞杆需要保持稳定的运动。

2.3 输送单元气动控制设计

对于气缸的机械手部分来说，输送单元位于上方，使用的电磁阀为插入方式的，如下图6。对于启动电路来说，气缸的换向阀是控制启动的机械手，而本系统选择五通双电控电磁换向阀。对于双电控以及单电磁的换向阀来说，二者存在一定的不同，首先，对于单电磁阀来说，一旦控制信号消失，因为存在弹簧，所换向阀的阀芯就会重置；其次，对于双电控电磁换向阀来说，如果电磁线圈两端没有电压，换向阀的位置是由电信号决定的，两个控制信号是不是“1”，相同的双电磁阀时，两个电磁线圈同时得电，这样在控制的过程中得电是不容许的，否则将会导致电磁换向阀的线圈损坏。当然在此种情况下，也不能够将阀芯所处的位置进行确定。

图6 手抓气路图

3 系统的结构

3.1 传送和分拣机构

对于整个系统的结构来说，在进行工作之前已经完成了加工运输过程中设备的组装，而检验以及归类的工作属于光纤传感器。在传送以及分拣的机构中，使用的元件包括推料缸、光纤自身传感器、料槽、磁感应接近传感器等。

3.2 传动机构

对于传动机构而言，需要选择一种三相交流异步电动机，该系统中选用的齿轮减速电动机。该电动机可以实现驱动材料的运送，主要组成部分有电动机的支架、皮带以及整个电机。而电动机的运动速度可以通过变频器控制，固定电动机可以使用电机支架。

3.3 分拣单元的PLC控制及编程

对于本文研究的系统来说，使用的输入地址一共有7个输入点，其中包括两个急停，也就是一个启动，一个停止，还有在设计传感器信号时需要使用到的5个输入信号。使用的输出地址有4个，其中两个输出到变频器。在本文中，对于变频器单元来说，在进行连接时不能使用前几个单元一样的方法以及相关的设计，同时变频器单元的安装位置应该在放置架中。这种情况下，对于PLC来说，输出点应该先连接于接线排，之后在不通电的情况下，使用导线将其接在变频器的控制模块，相应地完成电动机的控制，对于变频器的驱动输出部分来说，也需要使用安全的导线插在终端插孔，之后使用接线端子与交流电机完成连接。

4 结语

对于本文中的设备来说，在各方面都可以满足要求，也可以对其进行重新安装、设计以及个单元的。最重要的是，在使用过程中，可以很快地进行故障的检查和检修。此外，本文在进行设计时，对于整个系统的选型以及控制方法进行了深入的分析和比较，最后选择PLC控制技术，同时在机械抓手方面选择启动控制。本文通过结合一般理论以及实践中遇到的问题和总结的经验，规划了自动配料生产线的整体结构，同时构思了系统的电子部分、电气控制部分以及软件部分。

参考文献：

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