基于PLC的自动化生产线控制系统设计

基于PLC的⾃动化⽣产线控制系统设计
⾃动化控制 ? Automatic Control
120 ?电⼦技术与软件⼯程 Electronic Technology & Software Engineering 【关键词】PLC ⾃动化⽣产线系统设计⾃动化⽣产线指的是操作者按照⼀定的⼯艺路线按照统⼀的⽣产速度来完成操作的⽣产过程。

随着科学技术的发展，⾃动化⽣产线的性能越来越向着⾼精度、⾼效化发展，由于采⽤⾼速CPU 芯⽚以及多CPU 控制系统和⾼分辨率的交流数字伺服系统，系统的精度⼤⼤提⾼。

⼯艺的复合性越来越⾼，以数控机床为例，在实际的⽣产过程中，在⼀台机床上⼀次装夹后，多⼯序的复合加⼯只需要通过换⼑、旋转主轴头的措施即可完成。

1 控制系统的硬件组成⾃动⽣产线控制系统的硬件由PLC 、传感器、执⾏部件、⽹络通信系统等构成。

PLC 的型号⽐较多，但是结构和⼯作原理基本相同，主要由电源、主机、I/O 接⼝、扩展器接⼝和外部设备接⼝等组成，PLC 具有可靠性⾼，抗⼲扰能⼒强；编程简单，使⽤⽅便；控制灵活；功能性强；系统设计⽅便等优点，尤其是程序编程采⽤了以继电器控制线路为基础的梯形图语⾔，程序编制直观、形象、简单易学。

传感器是⽣产线中的检测元件，感应到被测对象，按照⼀定的规律转变为电信号输出，主要有电感传感器、光纤传感器、磁性开关等。

⽣产线中的执⾏部件主要由变频器、伺服驱动以及电动机组成，主要控制⼯件的运⾏顺序、速度以及运动的⽅向和⾏程的⼤⼩等。

通信系统主要将⼯作的各个单元相互连接起来，形成⼀个整体，相互之间可以将信息进⾏交换，提⾼设备的控制能⼒，实现了集中处理，分散控制的⼯作要求。

2 ⾃动化⽣产线控制系统设计⽂章设计的⾃动化⽣产线系统，模拟的是企业进⾏⼯件加⼯的⽣产线流程。

⾃动化⽣产线模型主要由供料、运输、加⼯、分类仓储四个基本单元组成，通过PLC 作为控制系统的核⼼部件。

基于PLC 的⾃动化⽣产线控制系统设计
⽂/吕志华
2.1 供料单元
供料单元的机械部分包括：⽀撑架、⼯件装料管、⼯件推出装置、阀组等，控制部分
包括PLC 、电源等。

根据⼯作的要求，供料单
元的控制系统采⽤的PLC 型号为三菱FX2N-
32MR 型，输⼊、输出点均为16个，地址范
围分别为X0-X17和Y0-Y17。

设计分析：PLC
上电后要确认系统已经准备就绪，才可以运⾏，
避免出现⽣产事故。

供料单元的主要运⾏过程
是供料控制，如果中途没有停⽌要求，供料过程就会不断循环进⾏，如果收到正常停⽌的指令后，系统会在完成⼀个⼯作周期任务以后，回到初始状态停下来。

此外，缺料报警后也会导致系统停⽌，但是缺料报警退出运⾏状态后，需要加⼊⾜够的⼯件后才可以重新启动系统。

⼦程序的⼯作状态主要包括：是否准备就绪、运⾏/停⽌状态、缺料报警等状态，设计时要保证每⼀个扫描周期调⽤⼦程序实现系统的⼯作状态显⽰。

2.2 运输单元
输送单元的机械结构由机械⼿装置、拖链装置、接线端⼝等部件组成，控制器件由PLC 模块和按钮/指⽰灯模块等部件组成。

输送单元所需要I/O 点较多，包括传感器信号、指⽰灯模块信号、输出信号（包括电磁阀控制信号和输出到伺服电机驱动的脉冲信号）等，因此，本单元选⽤的是三菱FX1N-48MT 型PLC ，24点输⼊。

设计分析：输送单元控制过程包括机械⼿到各⼯作单元物流台取件以及机械⼿的定位控制。

此系统主程序主要包括上电初始化、复位过程、投⼊运⾏、处理急停等阶段，复位⼦程序主要检查各执⾏元件是否在初始位置，机械⼿是否在原点位置。

系统运⾏时，每⼀个扫描周期都会调⽤急停处理⼦程序，有急停动作时，主控制停⽌执⾏，急停复位后，若在急停前，机械⼿没有运⾏，输送过程继续进⾏，若急停前，机械⼿正在运⾏，需先让机械⼿回到原点，输送过程继续进⾏。

2.3 加⼯单元加⼯单元主要由⼯件搬运装置、直流减
速电机、步进电机、加⼯电机、光电传感器、磁性传感器以及不同的电磁阀等部件组成。

传感器和电磁阀在⽓动控制回路中安装，控制⽓动回路并将信号反馈给PLC 。

主要任务是通过双闭环控制系统将⼯件按照性质的不同，选择
不同的转速，送到加⼯区域进⾏加⼯。

系统运
⾏过程中，通过光电传感器检测⼯件，为电磁离合器提供⼯作信号，让电磁离合器进⾏吸合，将⼯件送到合适的加⼯位置，加⼯的⼑具开始⼯作，加⼯完成后，主轴的⽓缸上升后，加⼯的电机就会停⽌，转盘将⼯件送到出料的位置，完成加⼯过程。

2.4 分类仓储单元分类仓储单元的机械部分主要有：传送分拣机构（传送带、分拣⽓缸、光电传感器以及磁性开关）、传动带驱动机构、电磁阀组、接线端⼝等，控制部分包括变频模块、PLC 模块等。

此单元采⽤的是三菱FX2N-32MR 型PLC ，传感器采⽤外部直流电源供电。

此单元的主要⼯作是分拣控制，PLC 上电后确认系统准备就绪，启动系统。

系统运⾏过程中，当检测到⼯件后，复位⾼速计数器将变频器驱动电机启动运转，⼯件经过电感传感器和光纤传感器时，⼯件的属性可以根据传感器的动作来判断，定位控制主要由PLC 、变频器来完成，各部件协调运⾏完成分拣⼯作。

3 结束语PLC 具有精度⾼、可靠性好以及复杂的逻辑运算能⼒的特点，在⾃动化⽣产线系统中的应⽤，可以很好的提⾼产品的⽣产效率，具有稳定性⾼、操作简
单的优点。

通过对于⽣产线各个单元⼯作流程的分析，整体的⽣产线可以满⾜实际⼯业需求。

参考⽂献[1]朱超,杨建国,周虎.基于PLC 的负极⽚⾃动化⽣产线控制系统设计[J].制造技术与机床,2012(02).[2]孙怀荣.基于PLC 控制的⾃动化⽣产线系统的研制[D].江苏⼤学,2012.[3]张慧玲,孟宪忠.基于PLC 的⾃动化⽣产线控制系统[J].电⼦测试,2015(11).[4]潘燕玲.基于PLC 控制的柔性⾃动化⽣产线系统分析与设计[D].华南理⼯⼤学,2017.作者简介吕志华（1980-），⼥，⼭东省禹城市⼈。

⼤学本科学历。

⼯程师。

研究⽅向为⾃动化。

作者单位⼭东华宇⼯学院⼭东省德州市 253000。