基于PLC控制的柔性制造系统的研究

摘 要：随着计算机技术的不断发展，PLC控制技术也愈来越成熟。柔性加工系统属于一种集成化的生产设备，综合了自动化控制技术、编程技术等为一体的加工系统。本文通过建立柔性制造系统，采用PLC的控制技术，探讨了在硬件、软件方面的设计研究。

关键词：PLC控制技术；柔性制造；研究；功能

在计算机网络和新的控制技术不断发展的基础上，柔性制造技术逐渐的兴起。由于制造企业的不断发展，为了满足种类多、数量多的要求，所以柔性制造被广泛的应用在制造行业当中。柔性制造技术是随着制造的环境和任务的变化来调整生产方式，所以它是集自动化和柔性化的特点于一身，在企业中利用柔性制造不仅能够保证生产质量，而且还能够最大程度上提高生产效率，给企业带来更多的经济效益。通过对柔性制造系统的研究，结合PLC控制技术，能够对制造系统的设计和制造提出一些新的建议。

一、PLC控制技术特点

PLC具有典型的计算机机构，在工业控制上属于专用的计算机，是取代继电器控制的系统的一种数字化电子系统。具有以下几个显著的特点：

1.可靠性高、抗干扰能力强

PLC的主机中，输入与输出电源之间是没有联系的，采用的是光电隔离的方式，所以在运作上是很独立的；在这个系统中是运用循环扫描的工作方式，同时在CPU的保障上采取了对内部电路的检测，所以不会出现任何问题；在电气器件的选择上都有严格的把关，生产工艺流程规范化，同时各模块都有屏蔽措施，防止辐射对元件造成的损害，使电子器件的质量提升，所以PLC控制技术显得更加的稳定，如果器件在运行中出现了问题，该系统就会在PLC技术下自动报警，然后通过软件可以进行故障的诊断，提升了PLC在工作中的可靠性以及安全性。

2.I/O模块丰富

PLC对于不同的工作环境会有不同的I/O模块以及相应的设备，在这种系统中安装了人―机对话的接口模块，可以提高操作性能，使操作更为的简单便捷；在工业局部网络中为了使通讯更为的畅通设置了网络的接口模块，这些不同类别的I/O模块，为PLC的应用提供了很大的方便。在输入接口要注意隔离的防护，为了避免输入端的电磁干扰或者辐射干扰等现象的发生，一般采用的是光电耦合器作为电流的输入端。在解决触电振动的问题一般采用RC滤波器可以有效的防止这种误动作的产生。在PLC输出接口包括继电器输出、晶体管输以及晶闸管输出三种模式。在每一种线路上都采取了相应的隔离措施，保证系统的正常运行。

3.体积小、能耗低、安装方便

在连接设备的时候，由于PLC模块体积很小，而且又很轻，所以特别容易安装，在连接器件的时候操作方便，是机电一体化中的重要控制组成。在PLC的控制系统建立上所消耗的时间并不是很长，而且在PLC的操作界面上能够简单明了指示给用户，给使用者的操作上带来很大的便捷。同时在PLC系统中每个模块都安装了故障检测系统，通过监视器可以准确的判断故障的位置，如果在PLC上的模块中存在问题的时候，可以利用其他的模块代替发生障碍的模块继续工作，能够使系统快速的恢复正常，不影响系统的整体运行。

4.程序编制简单

PLC的接线方式为梯形图语言，这种方式与继电器原理相类似。比较突出的特点就是使用者可以直观的看出程序的内容，就算对于不是专业的编程人员也能够轻而易举的掌握。这种技术在工厂企业中，可以简化操作过程，对程序中可以随时的进行修改。在PLC技术中具有很高的灵活请、开放性以及经济性，在使用中能够简化系统的构造，能够把控制、人―机等各种应用联系在一起，共同有一个服务平台来操控，操作简单，易学易用。但是在运行中还是会存在一定的问题，比如最主要的就是在PC操作系统上才能够实现PLC技术，有一定的局限性，实时性不强。所以需要改变运行环境或者执行算法等方式进行解决。

5.设备完善且功能性强

在PLC的规模研制中开发出不同系列的产品，在不同的领域有着广泛的应用价值。在电子模块化的基础上，使用PLC组成各种控制系统就非常的容易，而且PLC对外界的因素的敏感度不是很高，所以具有较好的适应性。在各种干扰、辐射甚至瞬间断电的情况下都能够继续的工作，所以能够适用于条件非常差的工作环境。在PLC的功能实现上包括逻辑运算、计时、顺序等，其中还包括对数字和模拟量的输入和输出，还能够实现自检、纪录等功能。这种强有力的设备可以再一条生产线上实现一台生产机械，同时操控这个生产过程。

二、柔性制造系统的机械系统设计及功能

1.柔性制造系统功能及特点

柔性制造属于复杂的智能化系统，结合了计算机和微电子学等技术，在这种技术的应用下解决了自动化与柔性化之间的矛盾，在实际使用中能够提高生产率，使企业的运行效率不断提升。通过模拟仿真技术，用两台数控加工中心组成加工生产线，能够模拟生产中的磨削、钻孔以及输送等工序，在这个模拟柔性制造系统上能够实现对工件的连续加工，将工件放在传送带上系统就会不停的运转。通过柔性制造能够提高设备的利用率，更多更快的生产出所需产品，而且生产能力相对稳定，主要是因为加工系统是由一台或者以上的机床组成，在系统不能正常运转时，可以通过降级运转来是生产系统达到运行稳定的效果，在物料传送系统上如果发现障碍也会绕道而行，很大程度上提高了系统的稳定性。

主要具备以下几种特点：①提高了产品质量。在利用柔性制造系统进行零件加工时，装卸都是同步完成，不仅提高了系统的运行效率，而且还能提高零件加工的精度。②运行灵活、自由。对于柔性制造系统的检验、维护等都可以在第一班就能够完成，其余的都不需要工作人员的操作就能够实现系统的正常运行，在比较先进的柔性制造系统中利用其具有的监控功能，对刀具的磨损以及零件的运输出现的问题都能够及时的处理。③产品应变力大。在系统的运行中能够对刀具、夹具等零件进行调整，使系统的运行更加的平稳，能够满足市场的需求。

2.柔性制造系统的机械系统设计

根据柔性制造的特点以及系统的功能，将双台工作柔性制造系统可以大致分为两个部分：一部分是运输带，主要负责在各工作台之间的运转；一部分是制造单元，主要负责磨削和钻孔。整个机械组成部分包括齿轮、减速箱等，直流电机是机械系统的动力源，在系统中主要的部件包括为：四条运输带、八个直流电动机和五个传感器，这就是机械系统的主要设计。

三、柔性制造系统的控制系统设计

控制系统是柔性制造系统的核心部分，主要负责对系统的运行能力进行调控。计算机可编程控制器（以下简称PLC），能够实现对开关量逻辑的控制、过程控制以及闭环控制，同时通过计算机分析系统能够对数据进行处理，可以组成具有通信功能的数据网络，所以在计算机控制区域中属于高性能的控制器，在各大工业领域中被广泛的应用。由于自身具备体积小、可靠性高等特点，所以作为核心的控制设备在控制装置中起着非常重要的作用。在控制网络的组成上主要是由PC机和PLC共同控制，PC机主要作为PLC的编程器和监测器使用，所以在柔性制造系统中采用了PC机作为上位机，PLC作为下位机的控制系统。

1.工艺流程的设计方案

根据上述所提到的柔性制造系统的组成来制定相应的流程：首先是对E1处位置的工件检测，如果有工件在加工只能等到加工完毕后，新的工件继续加工，这样才能确保流水线在进料口出正常运行；如果在没有工件在E1处，电动机可以将带动传送带送到E2的位置，此时系统就可以进行正常的生产过程，将上料口打开，在电动机M2、M3的作用下将工件传送到E5的位置，在M4处的电动机就对工件开始加工，大约持续十几秒钟电动机就停止工作。然后在M3、M6处的电机就可以将工件传送到E9的位置，在M5处的电动机就能够对工件进行钻孔的工艺，大约也持续十几秒M5处的电动机停止工作，最后工件停留在E9处要检查在E12上是否有工件，如果有工件就停留一会等到工件传送完后继续在进行下面的工艺流程；如果没有工件，则在M7处的电动机的运转下开启下料口，在M6、M8处的电动机的作用下将工件传送到E12的位置，通过以上每个环节的工艺，就能够实现整个加工的过程。

2.分配I/O端子

主要反映外部的输入信号与输入端子号之间的关系，在每个控制端都有相应的输出端子号。由于在电动机的运转时，通过改变电机的正负极就能够实现电机的运转方向的不同，所以要控制电机的正反转就要同时用两个输出端子来控制，然后根据I/O的点分配将连接图画好，在输入开关上，不用多余的连接直接接到PLC的输入端就能完成对开关的控制。在连接直流电动机时，通过控制电源的极性就能够控制电动机的正反转的运行情况，在连接上是不能够直接接到PLC的输出端，需要利用直流继电器的转换才能够实现电路的连通，继电器上的触点与直流电机相连，这种I/O模块的具有很高的可操作性，在实际应用中效果很好。

3.程序的运行分析

在整个程序的设计中柔性制造主要采用顺序的控制方法，而可编程序中的状态继电器能够帮助顺序控制顺利的完成，同时利用相应的控制指令，由于在柔性制造中整个系统的工艺流程比较多，所以只能对部分的工艺进行程序的验证。在程序运行之前，先将PC机遇PLC连接号，然后按照需求设置相应的通信数据参数，在一般情况下使用COM1，这种情况下能够实现传输速率的最大化，接近9600bps，规定用D8120寄存器来设置相应的通信参数。等到所有数据的参数设置完成后，就可以执行命令，首先是程序的发送，由计算机编好的程序发到PLC终端上，然后通过PLC实现“RUN”功能。根据对数据的检验，可以证明双工作台的柔性制造的流水线能够正常的运行，同时按照生产要求正确的操作直流电动机的开关，就完成了所有的系统控制环节。

总而言之，柔性制造采用PLC控制系统更符合设计的要求，通过搭建工作流水线的柔性制造模型，在这种仿真模拟的条件下，缩短了设计的周期，同时又能够完成最终的设计目标。整个程序操作简单，可以根据不同的生产要求改变模型的设计，从而满足不同的生产线的加工标准，完成多种加工任务，为中小企业的生产提供更加科学的生产方式。

参考文献：

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【2】牟小俐；邓毅；；面向21世纪的柔性制造模式――模块化生产[J]；科技管理研究；2007年09期

【3】周炳海，奚立峰，王世进；柔性制造控制系统的并行设计方法[J]；上海交通大学学报；2004年06期

作者简介：

左锋（1990―），湖北武汉人，男，汉族，湖北武汉人，现为华中科技大学文华学院机电学部09级机械设计制造及其自动化专业3班学生。