基于PLC的自动化生产线控制系统分析

德州职业技术学院 王 青

自动化的生产线具备着组装灵活、安全性高以及构造较为简单等多种优点，可以根据实际需求和车间的大小来增减设备，这也使其成为了现代化企业中建造生产线的重要选择。因此，本文首先对自动化生产线控制系统的整体架构加以明确，然后对自动化生产线控制系统的内部硬件构成展开分析，在此基础上提出基于PLC的自动化生产线控制系统的设计措施。

1 自动化生产线控制系统的整体架构

如图1所示，自动化生产线内部的控制系统主要是由PLC、位置传感器、工业计算机、电机驱动器以及工业摄像头等所构成。在整体控制系统当中，三自由度的滑台是其内部的核心部件，其是由X、Y、Z三个不同方向的线性模组以及与之对应的步进电机组成，完全能够通过PLC来为驱动器发送准确的控制信号，有效控制滑台当中的三个分支，使其能够按照规定中的坐标来进行移动。通常情况下，X轴方向应当尽量与流水线内部的传输带维持一种平行的状态，可以利用齿轮带动皮带这一简单的驱动方式使得X轴对应的步进电机能够更好的发挥出自身的驱动作用，实现高速运转的直线行驶，保证定位的准确性、平稳性。而其中的横向机构就可以由Y轴步进电机进行驱动，其整体驱动方式与X方向基本一致，主要目的就在于能够更好的配合X方向来完成坐标的定位工作。升降机则是由Z轴的步进电机进行驱动，在驱动方式上与前两者并无太大差异，在实际工作中主要就是顺着垂直的方向来上下运转，实现对各种工件的放置和抓取。这一控制系统的主要功能有以下几个方面：一是能够实现自动操作与手动操作之间的选择；二是可以实现更加精准的控制；三是能够对工件图像进行更加准确的捕获，及时计算出与之对应的坐标；四是具备良好的安全保护功能。

图1 系统的总体设计

2 自动化生产线控制系统内部的硬件构成

自动生产线控制系统内部的硬件，主要是由传感器、执行部件、网络通信系统以及PLC等所组成的。PLC的型号相对较多，但其内部的工作原理以及主要结构却基本一致，都是由电源、主机、外部设备接口以及拓展器接口组成的，其拥有抗干扰能力强、可靠性高以及使用较为方便等优点。特别是在程序的编程方面，更是将继电器作为线路的主要控制设施，形成一种梯形图语言，从而能够更加直观的展现出各类程序的具体编程内容。其中，传感器是整体自动化生产线当中必不可少的组成部分，其是检测的关键器件，可以对需要检测的物体进行多角度、多层次的检测，然后将检测出的数据信息转变为电信号。传感器的主要类型可以详细划分为光纤传感器、磁性开关以及电感传感器等多种类型。生产线内部的执行部件的主要任务就是控制好工件的运转顺序，保证其基本的运动方向不会出现差异。网络通信系统则是负责系统的连接，可以将自动化生产线控制系统当中的多个单元加以链接，从根本上提升设备自身的控制能力，实现集中处理。PLC与驱动器之间的连接如图2所示。

图2 PLC与电机驱动器的连接图

3 基于PLC的自动化生产线控制系统设计措施

3.1 运输单元的设计措施

在自动化生产控制系统中，运输单元内部的机械结构由拖链系统、界限端口以及机械手装置等多种构件组成，其中的控制器件则是由PLC模块和PLC按钮等部件所构成的。在整体运输单元中，囊括了指示灯模块信号、输出信号以及传感器信号等多种信号，因此这就需要采用工作效率更好的OLC，实现二十四点的全方位输入。在具体的设计过程中，运输单元的控制过程包括了机械手到各种工作单元内部抓取工件以及机械手的定位控制。在这一系统内部的主程序中则涉及到了上电初始化、复位过程以及投入运行等阶段，其中的复位子程序所负责的工作就在于详细检查好各个执行元件是否处在初始的位置上以及机械手是否正确复原。如果在急停之前机械手并没有运转，就可以继续开展正常的输送；如果机械手处于运转状态中，则需要将机械手返回到原来的位置上，再进行输送。

3.2 供料单元的设计措施

自动化生产控制系统中的供料单元，其机械部分包括工件装料管、工件推出装置以及支撑架等，其控制系统则由PLC以及电源等组成。根据具体的工作需求，在供料单元内部的控制系统中，应当保证所用PLC的高性能以及高效率；同时，还应当保证输出点以及输入点都能够控制在16个。在实际设计过程中，PLC在正式上电后要保证涉及到的系统处于一种准备就绪的状态，保证供料单元能够更好的发挥出自身的作用。

3.3 加工单元的设计措施

通常情况下，加工单元主要由直流减速电机、步进电机、光电传感器以及工件搬运装置等所构成的。大部分装置都是在启动控制回路中安装电磁阀以及传感器，对气动回路展开全方位的控制使得内部的信号能够在第一时间反馈到PLC当中。在自动化生产控制系统中，加工单元的主要任务就在于高效使用双闭环控制系统，明确不同工件自身存在的相异之处，从而选择与之对应的转速；同时，还应当根据工件的类型将其运送到加工区域内部展开加工处理。在系统的运转过程中，还可以利用光电传感器来对工作状态进行检测，提供必要的工作信号使得电磁离合器可以更好的进行吸合，将那些工件转移至合适的加工位置上。

3.4 分类仓储单元

在分类仓储单元中，其机械部分主要由电磁阀组、接线端口、传送分拣机构、传动带驱动机构等组成，控制部分包括PLC模块和变频模块。在这一单元中，传感器应当采用外部的直流电源进行供电。在自动化生产控制系统中，分类仓储单元的主要工作就是进行分拣控制。在PLC正常通电后，应当在第一时间检查内部的整体系统是否处在工作准备状态，只有确保系统处于准备状态才可以开始工作。在系统运行过程中，工件进入到内部后，其中的变频器驱动电机就会相应启动，而复位高速计数器则能够进一步提升变频器驱动电机的工作效率，使其能够在极短的时间内达到最佳运行状态。在相应的工件进入到传感器部位后，传感器可以根据工件的属性及特征来展开判断；在具体的定位控制方面，则应当由变频器和PLC完成，使得各个部件能够呈现出一种协调运转的状态，从根本上提升分拣的工作质量和工作效率，保证每一个工件都能够及时被转移至合适的位置上。

结论：PLC自身具备的高度精准性、安全可靠性并且能够实现复杂逻辑运算的主要特征，使其在多个生产领域中得到了十分广泛的运用。在自动化生产线之中合理应用PLC可以提升各类产品的生产效率以及生产质量，并且还可以保证生产出的产品具有更高稳定性，体现出自动化生产线具备操作简便的优点。