近10年來，我國的PLC研制、生產(chǎn)、應(yīng)用也發(fā)展很快。特別是在應(yīng)用方面，在引進(jìn)一些成套設(shè)備的同時(shí)，也配套引進(jìn)不少PLC。如上海寶鋼第一期工程，就采用了250臺，第二期也采用了108臺。又如天津化纖廠、秦川電站、北京吉普車生產(chǎn)線、西安的彩電和冰箱生產(chǎn)線等，都采用了PLC控制?？傊?，我國PLC的應(yīng)用，已獲得令人矚目的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

　　隨著我國電力建設(shè)的急速發(fā)展，支撐高壓輸電線路的鐵塔需求量也在不斷增加，鐵塔加工行業(yè)的竟?fàn)幰灿萦?。為了滿足公司生產(chǎn)的發(fā)展，降低人工勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，傳統(tǒng)的手工沖壓設(shè)備已經(jīng)不能滿足需要。結(jié)合鐵塔加工行業(yè)自身特點(diǎn)，我們把PLC應(yīng)用到角鋼生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，采用可編程序的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸人/輸出，完成確定的邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)算和一些確定的功能，來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程，以提高鐵塔的加工效率、精度和柔性。

1 可編程控制器PLC

　　PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸人和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC過程控制程序執(zhí)行過程如圖1所示。

　　從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、vo板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、Il0模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。

　　(1) CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸人裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存人規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)，和編程過程中的語法錯誤等。進(jìn)人運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。

　　(2)I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸人暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸人模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(jìn)人PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。vo分為開關(guān)量輸人(DI)，開關(guān)量輸出(DO),模擬量輸人(AI)，模擬量輸出(AO)等模塊。

　　(3) PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸人電路提供24V的工作電源。電源輸人類型有:交流電源(220VAC或I IOVAC )，直流電源(常用的為24VDC)。

　　(4)大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架。其作用是:電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。

　　(5)其他設(shè)備。編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)(運(yùn)行編程軟件)充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。

　　最簡單的人機(jī)界面，是指示燈和按鈕，目前液晶屏(或觸摸屏)式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)(運(yùn)行組態(tài)軟件)充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　用可編程控制器來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制，可以方便地將運(yùn)動控制、順序控制和邏輯控制有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的多種功能。經(jīng)過分析比較，我們決定選用日本三菱公司的FX2N系列的可編程控制器，該系列的可編程控制器具有定位控制功能、設(shè)定和顯示功能、通信功能等。

　　控制系統(tǒng)硬件主要包括PLC主控單元FX2N-64MR、可編程控制器輸入模塊FXON-16EX,送料小車、A,B沖孔單元定位模塊FX2N-IOCM、伺服驅(qū)動器和操作面板，配以上位計(jì)算機(jī)、定為控制模塊、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成。

　　整條生產(chǎn)線共有3個數(shù)控軸，具有自動加工方式、手動調(diào)整方式，來控制各坐標(biāo)軸的進(jìn)給方式及加工工序。使用了3個伺服電機(jī)，分別實(shí)現(xiàn)X軸的小車送料裝置進(jìn)給運(yùn)動、A沖孔單元進(jìn)給運(yùn)動和B沖孔單元進(jìn)給運(yùn)動。在整個設(shè)備的控制系統(tǒng)中，PLC系統(tǒng)是設(shè)備的中樞，起著承上啟下的作用。主要有以下幾方面的作用:

　　(1)狀態(tài)監(jiān)視。接收各個傳感器的信息，如X軸、Y軸和Z軸的前位、后位、參考點(diǎn)的傳感器，4個換模氣缸的前后位傳感器，壓料上位傳感器等;接收各個電磁閥的狀態(tài)信息;并且將當(dāng)前設(shè)備部分狀態(tài)信息輸出至按鈕站顯示，例如設(shè)備是正在按工件程序進(jìn)行自動加工，PLC就輸出驅(qū)動“程序啟動”信號燈。同時(shí)PLC還要將上位計(jì)算機(jī)監(jiān)視的信息整理放到存儲單元中，接收上位機(jī)查詢狀態(tài)信息等。

　　(2)驅(qū)動伺服電機(jī)回參，初始化設(shè)備。

　　(3)接收手動輸人。有時(shí)需要對設(shè)備進(jìn)行手動操作，比如X軸和Y軸的手動運(yùn)行。還有“程序起動”，“故障復(fù)位”，‘.模位選擇”等。

　　(4)上位機(jī)的工件加工指令傳到PLC中，PLC輸出驅(qū)動設(shè)各進(jìn)行順序加工。

　　控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖如圖2所示。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　PLC控制角鋼型材剪切自動化設(shè)備的軟件系統(tǒng)，分為系統(tǒng)軟件和用戶軟件。

　　系統(tǒng)軟件由廠家固化在80:41中，系統(tǒng)軟件不斷檢測用戶軟件是否存在語法和運(yùn)行錯誤，并根據(jù)檢測到的情況，進(jìn)行相應(yīng)的故障處理(如報(bào)警或停止運(yùn)行)。另外，還監(jiān)視各個模塊的電源是否消失，電池電壓是否異常低下等。

　　用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制的需要，用PLC程序語言編制的應(yīng)用程序，用以實(shí)現(xiàn)各種控制要求，它是影響系統(tǒng)性能、功能和可靠性的重要因素。

　　在本系統(tǒng)中，主程序完成的功能主要有:初始化功能;與定位單元和上位機(jī)進(jìn)行通信的功能;接受外部開關(guān)信號(如按鈕、繼電器、行程開關(guān)等)，利用輸出信號對接觸器、繼電器和定位單元等器件進(jìn)行控制的功能;判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)并對各個子程序進(jìn)行調(diào)用的功能。

　　PLC的主程序設(shè)計(jì)主要有5個模塊:初始化模塊、按鈕及人機(jī)界面處理模塊、通信模塊、自動加工模塊、數(shù)值計(jì)算模塊等。下面是部分主要模塊的功能介紹。

　　(1)初始化模塊。PLC上電復(fù)位后，F(xiàn)X2N-64MR首次進(jìn)人運(yùn)行狀態(tài)，將對整個程序進(jìn)行初始化，然后循環(huán)掃描各個功能子程序。它完成的功能主要有:FX2N-IOGM的初始化，主要是對定位參數(shù)、帕控制參數(shù)及系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，這些參數(shù)主要包括電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈的位移，及其所發(fā)出的脈沖數(shù)、單位體系的設(shè)置、電機(jī)的最大速度、點(diǎn)動速度、回零速度、電機(jī)加減速時(shí)間、機(jī)械零點(diǎn)地址等等;初始化顯示功能，主要是對人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)上電復(fù)位等。

　　(2)通信模塊?？删幊绦蚩刂破鞯耐ㄐ拍K的功能包括:將上位單元上設(shè)定的工藝參數(shù)(諸如每一次加工所需要剪切位置、沖孔位置、加工長度、打字位置等)傳遞給定位單元(FX2N-lOGM );在PLC和FX2N-IOGM之間傳遞加工信息(如原位信息、進(jìn)給信息等)?？删幊绦蚩刂破骱投ㄎ粏卧狥X2N-lOGM之間的通信過程見圖3。

　　(3)按鈕及人機(jī)界面處理模塊。按鈕控制模塊主要處理控制面板上的選擇開關(guān)和各種控制按鈕，根據(jù)開關(guān)和按鈕的狀態(tài)來進(jìn)行相應(yīng)的處理，并選擇不同的子程序，控制各電機(jī)的啟動、運(yùn)行和停止。人機(jī)界面上為軟按鈕，與控制面板上的按鈕具有一一對應(yīng)關(guān)系。

　　(4)自動加工模塊。自動加工模塊，分別在自動加工方式下完成工件的加工任務(wù)。加工中的數(shù)據(jù)來自于人機(jī)界面上輸人的參數(shù)，這些加工數(shù)據(jù)以及各種加工狀態(tài)需要在PLC,10GM之間互相通信。

4 角鋼自動線組成及運(yùn)行過程

　　角鋼自動線的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成如下。

　　(1)上料裝置。由電機(jī)經(jīng)減速器和鏈條傳動，上料裝置能自動地將被加工的角鋼先通過料臺向前送料，再通過翻轉(zhuǎn)上料機(jī)構(gòu)，將待加工的角鋼翻轉(zhuǎn)送到送料料道中等待加工。

　　(2)送料小車詳軸)。由交流伺服電機(jī)驅(qū)動，其上裝有角鋼型材的夾鉗，將送料料道中的角鋼由夾持器自動夾緊后，測量角鋼長度，然后按程序由數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動送料小車，完成角鋼在長度方向的精確定位。為打印字模、沖孔、剪切等一系列操作做準(zhǔn)備。

　　(3)字模打印單元。帶有4個可換位字頭盒，在被選中的某一位字模上進(jìn)行字模打印。

　　(4)兩個沖孔單元(Y1軸,Y2軸)。首先按程序選擇不同孔徑模具;其次是通過變頻器驅(qū)動交流電機(jī)進(jìn)行兩個沖孔單元準(zhǔn)距(Y1 ,Y2軸)的自動調(diào)整;最后模具調(diào)整到位后沖孔。

　　(5)剪切單元。根據(jù)!C軸送料長度的不同剪切出符合要求的工件。

　　(6)出料裝置。將加工完角鋼自動托出出料裝置，完成整個角鋼自動加工過程。

　　角鋼型材沖剪自動生產(chǎn)線的自動加工，包括了角鋼型材加工過程中的主要加工工序，如剪切動作、沖孔動作、打字動作、壓緊動作、小車及沖孔位置的定位，加工流程見圖4。

5 結(jié)束語

　　本文針對角鋼生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)，進(jìn)行了研究與分析，將PLC運(yùn)用到控制系統(tǒng)中，PC機(jī)作為上位機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面友好的交互功能。該控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，故障率低，其圖形用戶界面友好，操作簡單，易編程，系統(tǒng)兼容性好，升級換代方便，提高了自動線的生產(chǎn)能力，增強(qiáng)了自動線加工的柔性。

　　應(yīng)當(dāng)指出的是:目前工件的加工程序主要是通過操作員人工輸人，將來還可以實(shí)現(xiàn)程序與CAD的接口，這樣用CAD設(shè)計(jì)的工件圖紙，就可以直接轉(zhuǎn)換成工件加工代碼。相信隨著科研力度的加大，這些問題終將得到解決，而PLC控制系統(tǒng)在鐵塔加工行業(yè)中的應(yīng)用前景，也將更為廣闊。