0 引言

可編程邏輯控制器(PLC)是一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能完成邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和運(yùn)算等功能，既能控制開(kāi)關(guān)量，也能控制模擬量，還能夠與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，構(gòu)成由計(jì)算機(jī)集中管理、用可編程控制器進(jìn)行分散控制的分布式控制管理系統(tǒng)。由于PLC具有控制靈活方便、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在的機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制多采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。

卷板機(jī)鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)行業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備多采用強(qiáng)電控制、手動(dòng)操作的方式進(jìn)行生產(chǎn)，這種控制方式效率低，難以保證加工精度。近年來(lái)，隨著數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外已有基于工控機(jī)加板卡形式的數(shù)控卷板機(jī)投入使用。卷板作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，往往存在著沖擊、振動(dòng)、粉塵等不利因素。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)環(huán)境要求高，在惡劣環(huán)境下經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，系統(tǒng)不穩(wěn)定，使用效果不好。為了解決上述問(wèn)題，我們開(kāi)發(fā)了一套基于PLC的數(shù)控卷板機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　1 控制系統(tǒng)工作原理

　　該三輥卷板機(jī)機(jī)械系統(tǒng)主要由上輥、左下輥、右下輥和其他輔助部件組成，如圖1所示。

　　圖1中上輥為主驅(qū)動(dòng)輥，上輥垂直方向的運(yùn)動(dòng)及水平方向的運(yùn)動(dòng)分別由兩個(gè)液壓缸帶動(dòng)，液壓缸由電磁閥控制。上輥的垂直、水平方向裝有精密的磁柵尺，用來(lái)采集上輥的位移量并反饋給控制系統(tǒng)。下輥尾部裝有旋轉(zhuǎn)編碼器可準(zhǔn)確測(cè)量出下輥旋轉(zhuǎn)的弧長(zhǎng)并反饋給控制系統(tǒng)，以便對(duì)板料準(zhǔn)確定位。上輥及下輥的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由電機(jī)帶動(dòng)。

　　控制系統(tǒng)主要由PLC控制器、觸摸屏、控制柜、旋轉(zhuǎn)編碼器、磁柵編碼器及其他輔助元件組成。此控制系統(tǒng)選用的是一種特殊的開(kāi)環(huán)控制方式，如圖2所示。這種控制系統(tǒng)中最后輸出的位置由編碼器或線型磁尺反饋回控制器PLC，但這種反饋量只是控制輸入信號(hào)的通斷，而不是參與控制。從外部形式上看，是閉環(huán)控制，但從其原理上看又是開(kāi)環(huán)控制。這種結(jié)構(gòu)線路簡(jiǎn)單，成本低，便于維修，并且能夠達(dá)到卷板精度的要求。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　基于PLC的數(shù)控卷板機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心是S7—300PLC，通過(guò)PROFIBUS—DP總線實(shí)現(xiàn)從站和工控機(jī)的數(shù)據(jù)通信，完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)控卷板機(jī)的控制過(guò)程，其系統(tǒng)框圖如圖3所示。數(shù)控卷板機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)以PLC為核心，以工控機(jī)為平臺(tái)，構(gòu)成上、下位機(jī)分層遞階控制框架。工控機(jī)為上位機(jī)，負(fù)責(zé)各種資源管理、對(duì)下位機(jī)的程序調(diào)度與控制、與下位機(jī)實(shí)時(shí)通信，上位機(jī)運(yùn)行力控HMI軟件，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。PLC為下位機(jī)，完成對(duì)卷板機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的位置控制和各種輔助操作的動(dòng)作控制。上位機(jī)與下位機(jī)通過(guò)OPC協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信共享。這種設(shè)計(jì)采用工業(yè)通用的控制方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，方便維護(hù)和升級(jí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1程序設(shè)計(jì)

　　數(shù)控卷板機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)屬于數(shù)控系統(tǒng)，和一般的PLC開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)不同，數(shù)控系統(tǒng)的全PLC實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜。一般PLC控制系統(tǒng)程序主要在下位機(jī)內(nèi)，上位機(jī)只起到輔助作用，而數(shù)控卷板機(jī)的上位機(jī)程序反而更加重要。

　　控制軟件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。首先根據(jù)提示輸人的板材參數(shù)和卷紙成品參數(shù)，上位機(jī)程序根據(jù)輸人參數(shù)及計(jì)算模型進(jìn)行幾何參數(shù)和工藝參數(shù)的計(jì)算，并進(jìn)行進(jìn)給次數(shù)的驗(yàn)算，之后把計(jì)算的結(jié)果送給下位機(jī)PLC;下位機(jī)根據(jù)上位機(jī)的控制參數(shù)控制電機(jī)、液壓缸運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)上、下輥的卷板動(dòng)作。磁柵傳感器、編碼器通過(guò)計(jì)數(shù)模塊把位置參數(shù)送給PLC的CPU,PLC根據(jù)位置參數(shù)及控制程序?qū)σ簤焊住㈦姶砰y、電機(jī)以及其他電氣元件進(jìn)行必要的邏輯動(dòng)作控制川。

3.2人機(jī)界面設(shè)計(jì)

　　人機(jī)界面是人機(jī)交互的聯(lián)系紐帶，根據(jù)卷板機(jī)監(jiān)控及操作需求，參考國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)風(fēng)格，主要設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)主要界面:系統(tǒng)的啟動(dòng)界面、卷板參數(shù)輸人界面、卷板參數(shù)調(diào)用界面、計(jì)算界面、驗(yàn)算界面、中間參數(shù)修改界面、手動(dòng)卷制界面、自動(dòng)卷制界面及主監(jiān)控界面。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　基于PLC的數(shù)控卷板機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)精心的設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的選型、合理的硬件配置及最優(yōu)化的程序設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)操作，提高了控制程序和人工界面的靈活性，并提供了完善的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)采用西門子的計(jì)數(shù)模塊代替了傳統(tǒng)的控制方式，使系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，易于維護(hù)。該系統(tǒng)投人使用至今，運(yùn)轉(zhuǎn)良好，得到了使用者的肯定。