基于PLC的电气设备控制系统设计

2022-09-12

引言

科学技术的发展带来了生产方式的转变, 生产呈现精密化、自动化、智能化的趋势。作为一种精度要求极高的行业, 提高数控机床设备控制的精确度, 是该行业发展的重点内容之一。基于PLC的电气设备控制系统, 为这一研究提供了方向。

一、PLC在电气设备控制系统开发的优势

数控机床 (Computer numerical control machine tools) 的简称, 是一种装有程序控制系统的自动化机床。它通过数字控制装置发出信号, 来控制机床按照图纸要求完成零件的切割加工。它能够有效的解决精度要求高, 生产规模小, 品种多样化的加工生产。传统的机床点滴控制是基于继电器的, 它在使用过程中往往会存在机械触电的故障, 也具备极大的排障难度。PLC在其数控装置的开发上具有极大的优势。首先, PLC具有极高的可靠性, 它基本上都是采用单片微型计算机的形式, 系统的集成度高, 同时具备相应的电路保护和自诊断功能, 使得其在运行中具有靠靠性。其次, PLC的编程十分简便。与微型机的指令而言要少的得多, 十分容易的掌握。非计算机编程专业的人也可以轻易的学会并掌握, 具有极强的推广性。第三, 灵活组活, 可以自由的组合的搭配, 这也就使得其可以容易的改变控制系统的功能和模式, 使得其具有极强的适应性。且不需要任何的专用机房和严格的屏蔽措施, I/O端子正确对接后, 便可以正常运转十分的便利。第四, 输入/输出功能模块齐全。针对不同的现场信号 (如直流或交流、开关量、数字量或模拟量、电压或电流等) , 均有相应的模板可与工业现场的器件 (如按钮、开关、传感电流变送器、电机启动器或控制阀等) 直接连接, 并通过总线与CPU主板连接。第五, 高速运转, 由程序控制的操控系统比继电器逻辑控制的系统运行速度要快的多, 因而其处理起来更加的高效。随着单片机的大量使用, PLC的性能取得了大幅度的提升。

二、基于PLC的电气设备控制系统的设计

1、设计的原理基础

在PLC的中央处理单元CPU中包含两种运行模式, 即run和stop。在run的模式下, 上电位对程序进行初始化, cpu进行循环扫描, 当扫描中发现问题时, 进入报警, 触发stop模式。

2、硬件结构构成

硬件是电气设备控制系统的基本组成, 在硬件构建合理的基础上, 才能够实现软件方面的功能。

硬件结构构建时, 按照电气原理设计原理图, 并按照设计图完成设备之间连接。各硬件设备的型号的选择要与控制要求相统一, 并且具有极高的性价比。因此在硬件结构构成时, 要完成以下目标。一是实现对被控制对象的独立分解, 促进PLC的资源优化配置。那么它就需要从主运动控制功能的实现即能够借助电机拖动滚珠丝杠来实现对托板的带动, 在横纵轴上进行运动;在辅助功能中能够控制起停、换刀、夹具自动夹放等。因此在硬件中必须有按钮、控制面板和检测元件。二是PLC的选型上, 按照去除冗杂优化和系统可拓展性的原则的基础上, 尽量以小而精的方式来控制系统, 则考虑选择小型PLC机。目前来说, 西门子公司在PLC小型机的开发上具有领先优势, 且性价比比较高。本文中选取的西门子s7-300。三是在PLC配线图与输入/输出点上。在PLC配线图上, 需要实现线路的优化设计, 通过完整的布线来确保PLC能够在电气元件中起到核心作用, 以提高系统运行的可靠性;在输入/输出点上, 要求要与相应功能进行对应。选择AC220V供电, DC24V14点输入, 继电器型交流10点输出。

3、软件构成

软件是支持系统运作的部分, 它由多个子程序构成, 从而完成对机床的控制。系统的在软件设计要需要满足接收上位机命令、驱动电机进行加工、实时监控机床的工作状态并及时上传给上位机等功能需求。同时为了增加系统运行的稳定性, 实现高精度、高安全性的要求, 需要对上位机进行主动检测, 确保所有参数处于正常范围内。当出现问题时则进入开机归位状态。

(1) 建立通信连接

在数控机床电气设备控制系统工作时, 需要建立起上下位机的有效通信, 它是通过TCP/IP协议完成的。考虑通信的连通性, 考虑用下位机在开机或者检测到通信中断后自动进入建立通信连接状态, 即下位机通过UDP协议循环向上位机发送建立连接请求。如果上位机己经开机收到建立连接请求后作为客户端与PLC建立连接, 成功后向下位机发送连接成功信号, 此时PLC作为客户端与作为服务器的上位机建立连接, 建立成功后也向上位机连接建立成功信号。当两个连接全部成功建立进入等待命令状态。

(2) 组态设计。编程之前先要对整个系统进行组态。组态包括驱动器的组态和轴的组态。启动组态设计程序, 在插入新设备后进行组态的编译。在编译的过程中完成对数控机床要求的基本参数设计。参数设置过程包括控制方式选择、选择电机功率模块、选择电机、煞车方式、选择电机编码器、通信格式等过程。

(3) 数据存储功能的实现。在数控机床进行加工时, 需要在PLC内存储大量的数组形式孔位信息, 并且为数据存储设定两个指针包括孔位信息存储指针以及孔位加工指针。按照指针所处的位置完成数据的存储。即当系统开始执行加工命令时, 指针位于孔位加工区, 则系统认为数据传输存储完毕, 孔位信息存储指针清零。为了降低大量信息同时存储时造成的误差, 需要完成CRC校验, 从而有效防止产品误加工造成资源浪费。

(4) 报警系统。报警系统主要是指当系统发现参数故障或者加工故障时, 主动发出警示, 停止加工。报警系统需要完成的是对各项参数的有效监测, 包括水温、气压等指标, 并对机床各轴进行限位保护。限位保护包括三种, 硬件限位、组态限位以及程序限位。在任一报警发生时, 系统自动对报警做出反应, 停止机床运行, 将下位机的信息反馈到上位机之中。在系统未发出下一步指令前, 机床不再继续工作。

三、基于PLC的电气设备控制系统的实践和结果分析

系统设计完成后, 需要进行实测校验, 并完善各项功能和相应的调整。

1、电气设备控制的实践结果分析

在电气设备控制系统设计完成后, 在当地的某工厂生产线上进行调试和运作。调试标准为日运行时间10小时, 采取2个月的运行数据为比较基础。在这个过程中主要针对传感器、主轴、上位机控制等进行调试和检测。总体来讲运行状态良好, 尚未出现明显差异。在调试运行三个月后, 再度进行采样时发现, 系统的灵敏度有所降低。分析出现问题的原因发现, 在调试运行过程中, 未对系统运行过程中进行正常的维护和保养, 且系统的参数经人为改动后, 与该厂的生产要求不相符, 因此出现测控偏差。

2、实践结果的反馈和调整

根据实践调试结果来看, 系统的运行状态基本良好, 数据显示直观清晰, 整体的系统抗干扰能力比较强, 在该过程中进行的零件加工基本上无质量差异。但在系统的运行过程中, 出现对系统保养不当的问题, 需要进行关注。同时, 所有的操作人员需要对机床和零件的生产加工标准进行系统的了解和掌握, 才能够正确的运用控制系统来提升机床加工的精度。

结束语

当前生产环境发生了巨大的变化, 生产操作、检验检测均已进入智能化时代。提升机械技工的精度和自动化效果能够有效的释放劳动力, 实现批量化、差异化的高效生产加工。伴随着数控机床的发展, 进行基于PLC的电气设备控制系统的设计和开发能够进一步优化控制系统。随着PLC技术与设备的更新换代, 电气设备控制系统的设计也应该进行相应的调整, 需要我们给予持续的关注。

摘要：PLC是一种功能丰富、性能稳定的易学易操作的数学运算操作电子系统, 随着人们对于测控要求的提升, PLC的优势逐渐体现出来, 越来越多的基于PLC的电气设备控制系统被设计和运用。本文以数控机床自动控制系统为例, 阐述了基于PLC的电气设备控制系统的设计与实现。

关键词：PLC,电气设备控制系统,设计