拋光機(jī)在對(duì)工件進(jìn)行拋光的過(guò)程中，拋光帶和工件之間應(yīng)該保持適當(dāng)?shù)膲毫?，這個(gè)壓力即不能太大，同時(shí)也不要過(guò)小。主要原因是當(dāng)壓力過(guò)大的情況下，容易導(dǎo)致拋光帶的壽命下降，嚴(yán)重可能會(huì)使拋光帶斷裂失效；壓力如果太小，就無(wú)法保證工件的拋光精度，從而會(huì)造成拋光質(zhì)量的下降。所以，對(duì)拋光帶和工件的壓力進(jìn)行精度的控制是十分重要的。

氣壓傳動(dòng)屬于一種能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的現(xiàn)代化技術(shù)，具有易于推廣的特點(diǎn)，氣壓系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞介質(zhì)是空氣，因此，利用氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境造成的污染非常小，而且容易在工程中實(shí)現(xiàn)。PLC這種自動(dòng)控制產(chǎn)品具有功能強(qiáng)大、編程簡(jiǎn)單、可靠性較高的特點(diǎn)，因此這兩項(xiàng)技術(shù)在拋光機(jī)中進(jìn)行合理的應(yīng)用就可以提高工件拋光質(zhì)量。能夠看出，如果想控制拋光帶和工件之間的壓力，必須控制氣缸的壓力。

　　對(duì)于氣動(dòng)系統(tǒng)控制，特別是在小流量的條件下，控制具有非線性的特點(diǎn)，并且具有較大的不確定性，這是由于氣體具有粘性和可壓縮性的緣故。另外氣動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載也具有不確定性，同樣也能夠?qū)е抡麄€(gè)系統(tǒng)的不確定性，因此，在進(jìn)行PLC控制時(shí)，應(yīng)該配備相應(yīng)的智能算法，從而提高拋光機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。

1 PLC控制模型的建立

　　1.1 控制對(duì)象模型

　　在設(shè)計(jì)PLC控制器時(shí)，首先應(yīng)該確定被控對(duì)象的模型。筆者采用產(chǎn)生式規(guī)則模式，其表達(dá)式為：

　　IF<CONDITl0N>THEN<ACTl0N>

　　拋光機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)在工作過(guò)程中氣體壓力的變化規(guī)律以及控制過(guò)程中誤差的變化規(guī)律分別如圖2和圖3所示。　　

Ps表示預(yù)先設(shè)定的壓力大??；pa表示實(shí)際測(cè)量的壓力大小。

　　P_ge，P_gr，P_ce，P_er分別代表了以預(yù)先設(shè)定壓力大小為基準(zhǔn)的上、下兩個(gè)壓力范圍的極限，ME，MR，MY，QY，QR，QE分別代表了誤差大小的壓力變化范圍。因?yàn)橄到y(tǒng)存在不同的控制方向，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入控制狀態(tài)后，誤差范圍(QE)比較大時(shí)，對(duì)氣缸加壓，控制輸出用Y_d表示(設(shè)定值為1時(shí)輸出為最大)，K·Y_d代表誤差范圍(QR)比較小的情況下的控制輸出，0<K<1；當(dāng)誤差范圍(ME)比較大時(shí)，將氣缸的壓力減少，在這種情況下控制輸出用Y_a來(lái)表示(設(shè)定值為l表示最大輸出)，K·Y_a代表誤差范圍(MR)比較小時(shí)的控制輸出。

　　1.2 PLC控制器算法的設(shè)計(jì)

　　因?yàn)橛?jì)算機(jī)屬于一種采樣控制，僅僅能按照采樣時(shí)的偏差大小來(lái)對(duì)控制量進(jìn)行計(jì)算，所以應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行離散化。設(shè)E(J)代表采樣點(diǎn)預(yù)計(jì)壓力和實(shí)際測(cè)量壓力大小的差，E(j-1)、E(j-2)分別代表了前一個(gè)，前兩個(gè)采樣時(shí)刻的誤差大小，△E(j)、△E(j)分別代表了誤差的改變量，u(j)、u(j-1)表示第，次、第j-1次的控制輸出。

　　在利用PLC進(jìn)行氣動(dòng)系統(tǒng)控制時(shí)，當(dāng)E(j)>0時(shí)，將打開加壓通道；當(dāng)E(j)<0時(shí)，將打開減壓通道，接著對(duì)相應(yīng)的高速電磁閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)完成控制。N₁，N₂分別代表誤差界限，并且N₁>N₂，PLC控制器算法如下：

　　(1)當(dāng)E(j)≥N₂時(shí)，表明誤差比較大，此時(shí)，應(yīng)該利用PLC控制器進(jìn)行干預(yù)控制，從而能夠使誤差絕對(duì)值向著較小的方向變化，進(jìn)而能夠使誤差的絕對(duì)值降低，PLC控制器的輸出：

　　(2)當(dāng)E(J)<N₂時(shí)，此時(shí)誤差有繼續(xù)增大的趨勢(shì)，絕對(duì)值并不是很大，在這種情況下可以利用PLC控制器對(duì)其進(jìn)行一般的控制，改變誤差變化的趨勢(shì)，使誤差絕對(duì)值能夠減少就達(dá)到了目的，此時(shí)PLC控制器的輸出為：

　　示增益放大系數(shù),j₁>1；j₂表示抑制系數(shù)，0<j₂<1；j表示控制周期序號(hào)。

2 氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　拋光機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)主要的組成部分有1個(gè)氣缸、兩個(gè)單向截流閥、1個(gè)壓力傳感器、2個(gè)高速電磁閥、1個(gè)二位五通換向閥、1個(gè)氣源調(diào)節(jié)裝置與截止閥。該氣動(dòng)系統(tǒng)的工作原理如下：

　　(1)圖中給出的是各個(gè)閥門的初始狀態(tài)，關(guān)閉了所有高速電磁閥門，二位五通換向閥位于右側(cè)；

　　(2)通過(guò)計(jì)算機(jī)給定初始的壓力大小，同時(shí)給二位五通換向閥供氣；

　　(3)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制高速電磁閥2的開度大小，進(jìn)而開始加壓，壓力傳感器將測(cè)量出來(lái)的氣缸壓力值實(shí)時(shí)地經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換器傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可以將實(shí)際測(cè)量的壓力值與預(yù)先設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，進(jìn)而PLC控制器依據(jù)智能算法控制高速電磁閥的啟閉，這樣就可以及時(shí)地調(diào)節(jié)氣缸的壓力，滿足工作要求。當(dāng)氣缸內(nèi)壓力小于預(yù)先設(shè)定的壓力值時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制高速電磁閥2來(lái)進(jìn)行加操作；當(dāng)氣缸壓力大于預(yù)先設(shè)定的壓力值時(shí)，高速電磁閥2將被關(guān)閉，計(jì)算機(jī)對(duì)高速電磁閥1進(jìn)行控制，達(dá)到降低壓力的目的；

　　(4)工作結(jié)束后，計(jì)算機(jī)控制二位五通換向閥移動(dòng)到左側(cè)，同時(shí)將高速電磁閥2關(guān)閉，高速電磁閥l打開，氣缸帶動(dòng)拋光機(jī)收回。

3 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　拋光機(jī)的PLC控制系統(tǒng)主要包括：高速電磁閥控制器、換向閥控制器、計(jì)算機(jī)、A／D轉(zhuǎn)換器和PLC。PLC采用是S7-300系列，主要模塊有以下幾個(gè)：電源模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊和通訊處理器都安裝在拋光機(jī)的導(dǎo)軌上。

　　3.1 S7-300 PLC的硬件配置

　　(1)電源模塊主要包括：1個(gè)6ES7 307-IEA(X)-0AA0，輸入電壓的大小為120／230VAC，能夠提供輸出24V／5ADC電源；

　　(2)CPU模塊主要包括：1個(gè)6ES7 3 15-2AGl0-0AB0，128 kB的RAM，128 kB的MMC用來(lái)存儲(chǔ)程序，MMC能夠達(dá)到8 MB，內(nèi)置RS485接口等；

　　(3)A／D變換模塊：選用6ES7 331-7KB02-OABOl塊，模擬量輸入分為兩路，具有15位的分辨率。

　　3.2 高速電磁閥的控制

　　根據(jù)氣缸的壓力變化誤差對(duì)高速電磁閥進(jìn)行智能控制，本系統(tǒng)采用交流變頻調(diào)速器，可以調(diào)節(jié)高速電磁閥的開度。變頻器的啟動(dòng)和停止需要通過(guò)PLC的擴(kuò)展I／O接口進(jìn)行控制，因?yàn)樽冾l器調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速和變頻器的輸入控制電壓按比例變化，所以，利用PLC的D／A轉(zhuǎn)換器可以調(diào)節(jié)變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，PLC可以經(jīng)過(guò)高速電磁閥的控制使拋光機(jī)滿足工藝要求。

4 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　拋光機(jī)PLC軟件程序的開發(fā)工具為CADEPA，該工具的核心為Grafcet，該工具屬于基于順序功能圖編程，并且針對(duì)PLC的軟件開發(fā)平臺(tái)。根據(jù)計(jì)算機(jī)的控制指令，PLC可以執(zhí)行氣缸內(nèi)壓力的檢測(cè)、高速電磁閥的開度控制和換向閥的控制，從而可以控制拋光輪和工件間的壓力，提高拋光質(zhì)量。利用該P(yáng)LC軟件開發(fā)平臺(tái)，能夠完成控制程序的編制、數(shù)據(jù)庫(kù)文件的生成、在線監(jiān)控等管理工作，相對(duì)于梯形圖語(yǔ)言，具有簡(jiǎn)便、高效的特點(diǎn)。

5 結(jié)論

　　本文主要研究了基于PLC控制的拋光機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)的控制算法、控制原理、控制系統(tǒng)的軟件和硬件的設(shè)計(jì)?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)拋光機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)的壓力的實(shí)時(shí)地監(jiān)控。經(jīng)過(guò)實(shí)踐表明，該控制系統(tǒng)使用便捷、運(yùn)行安全可靠、具有較強(qiáng)的抗干擾能力。