基于PLC的工厂生产流水线控制研究

吴国辉

摘 要：PLC（可编程控制器）具有复杂的逻辑能力和运算能力，能适应现代工厂生产的需要，在冶金、石化、电力等工业生产中得到了广泛应用。基于PLC的工厂生产流水线控制展开了研究，分析了系统的设计要求和设计方案，并对系统的软、硬件设计和变频器参数设置进行了详细介绍。

关键词：PLC；生产流水线；系统设计编码器

中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.114

随着我国工业化进程的不断推进，工业生产逐渐向着大型化、系统化、自动化的方向发展，这对工厂生产流水线的控制提出了更高的要求。在工厂生产流水线控制中，PLC具有强大的控制能力和复杂的逻辑运算能力，能提高现场控制信号的精确度，实现实时数据监控管理，满足工厂生产流水线控制的要求，得到了大力推广。基于此，本文对基于PLC的工厂生产流水线控制进行了介绍。

1 系统设计要求

裝配流水线有5个工位、1个次品检测位及1个次品分拣机械手臂，其间距相同，要求当按下启动按钮时，如果流水线没有产品配件放下，则流水线以50 Hz的频率运行；检测到产品时，检测开关1导通，流水线以40 Hz的功率运行，运行50 s后，如果没有产品配件放下，则流水线仍以50 Hz的频率运行。每当产品到达一个工位时，都要停留10 s，之后流水线运行到下一位（必须准确停止到对应的工位），以便工人快速、有效地完成装配工作。

当产品包装完成后，经过检测开关2，如果产品为次品，则经过次品分拣开关，将次品推下次品箱；如果产品为良品，则流水线将产品送入良品箱。

流水线每个装配工位都设有急停开关、急停红灯指示、物料短缺开关及物料绿灯指示，按下停止按钮流水线停止运行。

2 系统设计方案

本系统分设计方案为硬件设计、软件设计及编码器接线设计。硬件设计通过电机、PLC、变频器及触摸屏的接线组成，选用PLC实现对系统多个输入、输出点频繁动作控制，通过变频器对流水线进行多速控制及设定；软件设计由PLC编程、变频器参数设定及触摸屏人机界面共同完成。

在简单装配流水线中，只需1台电机工作。因此，整机供电电源为三相四线，电压为380 V，供电频率50 Hz，供电方式为拖链行走机构，电机型号JZ2-51-16/4，电机功率4/16 kW，电流为23/32 A。

3 系统硬件设计

3.1 变频器选型

由于电机功率为4/16 kW，电流为23/32 A。用电机的功率乘以1.2～1.5的系数，经简单计算得出一数值，以此数值选一变频器，用变频器直接驱动电机。本系统采用MTCUBISHI（三菱）-E700型号变频器。

3.2 PLC选型

通过初步计算，有输入点/输出点共11个，均为数字量信号，可选用FX2N-48MR系列PLC，其结构紧凑、扩展性能良好、价格低廉。

3.3 编码器选型

本设备上的旋转编码器为增量型编码器，型号为CT001，技术参数：电源电压为DC+5+/-5%或5～12 V、12～24 V；最大转速为5 000 rmp；输出电压方面，高电平Vh≥85%Vcc，低电平Vi≤0.3 V；输出脉冲数为600 p/r，Tz=1/4T，可以对正反向脉冲进行计数。

3.4 I/O地址分配

在地址分配表中，X0和X1启动，检测功能和输入控制启动，Y0～Y3可实现对电动机正转，RM、RH多段速端子的控制等，具体如表1所受。

3.5 系统硬件电路

由于系统的转速不同，因此，本文选用变频器来满足流水线对各种产品的装配需求。通过变频器的参数设定和外部接线，可实现速度调整。其中，通过RH、RM参数设定来确定运行频率，STF、SD、U、V、W分别为接触器引线和三相电源引线端子；采用PLC控制，控制转速的指令由PLC的DA转换模块以直流0～10 V形式向触摸屏发出指令来驱动电机的变频器发出，从而实现调速。PLC选用FX2N-48MR，由硬件电路可知，输入需要5个端子，输出需要6个端子。变频器减速时间极短，对于小功率负载设备而言，不会造成较大的影响，但对于频繁启停的大负载设备而言，易造成变频器的损坏。所以，本设备选用编码器来控制变频器的减速时间，从而避免因频繁启停而造成变频器的损坏。

3.6 高速计数器

选用的高速计数模块CT001编码器与PLC接线图如图1所示。

4 变频器加减速时间计算与设定

变频器加、减速时间的计算公式如下：

加速时间=Pr.20/（最大使用频率-Pr.13）×从停止到最大使用频率的加速时间. （1）

减速时间=Pr.20/（最大使用频率-Pr.10）×从停止到最大使用频率的加速时间. （2）

根据上述公式计算加、减速时间，设初始频率均为50 Hz，从停止到最大使用频率的加速时间为2 s，从最大使用频率到停止的减速时间为0.5 s，求得此时需要设定的加、减速时间，即设Pr.13=0.5 Hz、Pr.10=3 Hz，则Pr.7=2 s、Pr.8=0.5 s。

5 系统软件设计

5.1 系统流程

按下启动按钮变频器通电，流水线以50 Hz的频率运行。传感器开关判断是否有物料经过，如果有，则流水线以40 Hz的频率运行，每当产品到达一个工位时，都要停留10 s，之后流水线运行到下一位。产品包装完毕后，次品检测开关开始对其检测，具体如图2所示。

5.2 流水线启动控制程序

流水线启动控制程序如图3所示。具体流程为：按下X7动作→变频器的STF与SD之间未接通的前提下，Y0动作并自锁→接触器KM得电并动作→变频器接通电源，流水线以50 Hz的频率运行；M0动作→变频器的STF与SD之间未接通的前提下，Y1释放，Y2接通，流水线以40 Hz的频率运行；按下X6动作→Y0、Y1和Y2释放→变频器切断电源→流水线停止运行。

5.3 流水线装配启停控制程序

流水线装配启停控制程序如图4所示。具体流程为：检测开关X1动作→如果Y0已经动作，则变频器已经通电，辅助继电器M0动作并自锁→流水线以40 Hz的频率运行。

T0为等待物料设定的时间，流水线以40 Hz的频率运行，运行50 s后，如果没有产品配件放下，则流水线仍以50 Hz的频率运行。

运用比较指令及计数指令实现对编码器的控制，从而使流水线为装配工位准确定位。同时，M1动作，流水线停止10 s后继续运行。

XO为脉冲输入端子，X0动作后，计数器C235随之变化，实现编码过程。

Y0下降沿为计数器复位开关，Y0下降沿动作，复位指令执行动作，计数器复位。计数器复位为流水线下一次准确定位做准备。

6 结束语

综上所述，PLC具有编程简单、可靠性高、适应性强、抗干扰能力强及维修简便等优点，采用模块化结构，可靠性高于继电控制，且体积更小。在工厂生产流水线中应用PLC，不仅能取代继电器电路的逻辑控制，还能提高流水线控制信号的精度，提高工厂流水线生产作业的可靠性和安全性。本系统较为实用，成本较低，对其他类似生产流水线的设计具有一定的参考价值。

参考文献

[1]白文忠.PLC在工厂生产控制系统技改中的应用[J].科技传播，2016（10）.

[2]蔡建光.PLC在生产线自动化改造中的应用[J].通讯世界，2014（05）.

〔编辑：张思楠〕