PLC在自动翻板机控制系统中的应用.docx

2 0 0 6 年 5 月第13 卷增刊控制工程control engineering of chinamay 2 0 0 6vol . 1 2 , s0文章编号 :167127848 (2006) s020021203plc 在自动翻板机控制系统中的应用董雪松 , 杨林(沈阳工业大学 机械工程学院 , 辽宁 沈阳 110023)摘要 : 结合自动翻板机的设计 , 说明了在工业生产中 , 如何用 plc 实现自动翻板机的 自动控制 。plc 通过开关量信号来决定各机械部分的运动状态 ; 通过模拟量信号来控制和调节 液压系统的压力和温度等参数 ; 提供触摸屏等人机交互界面 , 方便操作人员的使用 , 配合了 控制参数的输入以及在线监测等方面的要求 。实际应用表明 , plc 实现自动控制 , 具有设计简 单 、调试方便 、易于维护等诸多优点 , 具有很高的实用价值 。关 键 词 : plc ; 模拟量 ; 自动翻板机中图分类号 : tp 278文献标识码 : aapplication of plc in auto2reversal machines control systemdong xue2song , yang lin(shenyang university of technology , shenyang 110023 , china)abstract : through the auto2reversal equipment design , the function of plc is introduced1the advantage of plc is also embodied during the process of using it1plc is used to decide the status of partsmovement by using the switch signals , control or adjust the parameters of tempera2 ture and hydraulic system by using the analog signals1 in addition , plc is also used to control the touch screen , so that it is more easily for workers to operate and inspect the equipment during the manufacture1in the industry , using plc to complete the auto2control has lots of advan2 tages , such as easy to design , convenience to adjust , easy to maintain , and so on1key words : plc ; analog ; auto2reversal equipment1引言在汽车制造行业中 , 车身覆盖件在加工成形过 程中 , 根据工艺安排 , 有时需要对其进行上下翻 转 。以前要完成这一工序 , 主要依靠工人的手工操 作 , 费时又费力 ; 采用自动翻板机 , 不但减轻劳动强度 , 而且大大提高了工作效率 。目前此类设备多 数依赖进口 , 设备投资大 , 且维修费用高 。因此 , 自动翻板机的研制具有非常重要的现实意义 1 。2 设备构成及动作实现翻板机的整体结构 , 如图 1 所示 。12侧电机 ; 22送料小车 ; 32活动台板 ; 42侧挡 ; 52上横梁 ; 62夹紧梁。图 1 翻板机结构图收稿日期 : 2005210219 ;收修定稿日期 : 2006201216作者简介 : 董雪松(19792) ,男 ,辽宁盘锦人 ,研究生 ,主要研究方向为基于运动控制卡的多功能开放式数控系统的研究等。 22 控制工程第 13 卷自动翻板机整体上分为侧工作台部分和翻转圆 盘部分 。侧工作台部分主要包括侧电机和送料小 车 , 用来完成进料或出料任务 ; 翻转圆盘部分主要 包括夹紧梁 、侧挡和翻转圆盘 , 分别由液压马达和 液压油缸来驱动 , 用来完成夹紧和翻料任务 。自动 翻板机的工作流程是 : 物料由侧工作台送入翻转圆 盘 , 夹紧梁向下夹紧物料后进行翻转 , 达到合适位 置时 , 停止翻转 , 撤销夹紧 , 仍由侧工作台将物料 取出 、运走 。要求系统具有功能 : 能够根据物料吨 位的不同适当地调整夹紧力的大小 , 确保物料能够 被可靠地夹紧 、翻转 ; 能够方便地进行参数设置 、 手动调试 ; 具有实时监控功能 。3控制系统的组成及程序设计1) 控制系统组成如图 2 所示 。图 2 控制系统组成自动翻板机的控制系统主要由三部分组成 。触 摸屏和控制面板作为人机交互界面 , 为操作人员提 供方便的在线监控 、参数输入以及手动调试功能 。 plc 是整个控制系统的核心部分 , 主要负责开关量 信号的输入输出控制 、模拟量数据的计算和处理以 及触摸屏信号的响应等 2 ; 执行部分主要包括电机 和液压马达以及液压油缸 。在自动翻板机工作时 , 模拟量输入 、输出模块 (ad ,da) 通过比例阀 、比例泵以及压力传感器来 控制和检测液压系统的压力和流量 ; 通过温度传感 器来检测液压系统温度 ,它们都由 plc 统一控制 2 。软件方面采用 mitsubishi 公司的 gx developer 编程软件进行 plc 程序设计 ;用 mitsubishi 公司的 fxdu 编程软件进行触摸屏程序设计 。2) 控制系统的程序设计 自动翻板机设计为 手动和自动两种工作模式 ,可以在控制面板上进行 两种模式的自由切换 。手动工作模式主要用来调试 设备 ,检测翻板机各机械部分的运动协调状况 ;在触摸屏上分别为每个运动机构设置了启动按钮 ,直接 操作按钮就可以实现对应部分的动作 。自动模式是 自动翻板机的正常工作模式 ,也是程序设计的关键 所在 。将系统的整个自动工作过程划分成若干阶 段 ,每个阶段独立完成一部分的工作 ,各个阶段按照 一定的顺序有机地结合起来 ,构成完整的自动程序 。 这样有利于程序的编制 ,增加程序的可读性 ,为设备 调试和维修提供方便 ; 确保翻板机的各个工作环节 更加安全 、可靠 。实践证明 , 这个办法确实行之有 效 。自动工作流程如图 3 所示 。图 3 自动工作流程以夹紧阶段为例说明自动翻板机系统的程序设 计 。夹紧是确保整个自动工作顺利进行的关键 ,将 它划分为一个阶段来完成 。进行夹紧之前 ,在触摸 屏上预设液压系统的工作参数 ,由 plc 对设定的数 值进行处理 ;da 模块把处理的结果转化为电压信 号 1 ,输出给比例阀和比例泵 ,完成液压系统的压力 和流量设定 。在夹紧过程中 , plc 控制 ad 模块对 液压系统的实际工作压力进行实时监测 ,同时与设 定的压力值进行比较 ,当达到预设的压力值时 ,夹紧 动作就自动停止 , 向下一阶段发出夹紧完成信号 。 其他阶段的设计思路与夹紧阶段类似 。液压系统的长时间工作或者周围空气环境的变 化 ,会导致液压油的温度发生变化 2 ,自动翻板机还 需要具有温度检测与自动调节功能 ,以保证液压元 件正常工作 。该工作由 ad 模块来完成 ,当检测到 油温超出设定温度范围后 ,自动启动相应的温度调 节装置 ,使液压系统温度控制在一定范围之内 。4结语目前 ,自动翻板机已经在国内某大型汽车制造 厂家试运行 ,各个环节都已达到预期的设计要求 ,设 备运转状况良好 。自动翻板机使用 plc 进行控制 , 具有安全性高 ,稳定性好 ,易于控制和调试等诸多优 点 。用 plc 对触摸屏进行控制 ,实现了对设备运转 的实时监控 ,更重要的是提供了人机交互界面 ,使后 台的程序控制转化为直观的按钮操作 ,极大地方便 了操作人员的使用 。应用表明 , plc 实现自动控制 ,其设计简单 、调 试方便 、易于维护等 ,(下转第 26 页) 26 控制工程第 13 卷的大小决定控制方式和是否需要修改 pid 参数 。当 遇到极端情况时 , 如水位偏离偏差高限报警时 , 由 专家决策控制器决定把调节器切换为基于专家经验 的规则控制 。专家决策控制器改变 pid 控制器参数 和控制方式的原则是使汽包水位在大偏差时尽快调 到设定值 , 大干扰引起大波动时尽可能维持在规定 的范围内 。采用产生式规则来设计专家 pid 算法 , 共有 9条推理规则 。if e ( k) = mbthen给水调节阀全开 。if e ( k) - mbthen给水调节阀全关 。数据通讯 。现场一段 24 h 内 aqc 锅炉汽包水位的 历史趋势如图 5 所示 。图 5 aqc 锅炉汽包水位历史趋势图从图中可看出汽包水位基本控制在 20 之间 , 完全满足余热锅炉水位偏差 30 mm 要if e ( k)e ( k) 0 and e ( k) mmthen实施较强 pid 控制 , 控制器参数为 : p3 , i3 , d3 。if e ( k)e ( k) 0 and e ( k) mmthen实施适当 pid 控制 , 控制器参数为 p4 , i4 , d4 。if e ( k)e ( k) 0 then 实施较弱 pid 控制 , pid 控制参数为 : p5 , i5 , d5 。if e ( k)e ( k) 0 and e ( k) e ( k - 1) 0 and e ( k) mm then 实施较强的 pd 控制 , 参数 为 p6 , d6 。if e ( k)e ( k ) 0 and e ( k )e ( k - 1) 0 and e ( k) = mm then 实施较弱的 pd 控制 , 参 数为 p7 , d7 。if | e ( k) | = 0then保持输出不变 。if | e ( k) | mm ; 为任意小的正实数 。mb , mm , 及 pid 参 数的具体取值由工程师根据实际情况设定 。控制算法采用 vc610 编写并外挂于组态软件 ,利用 opc 接口技术实现与现场控制器和监控软件的mm求 , 可以长时间稳定运行 , 在复杂干扰的情况下pid 专家控制系统能够取得了好的控制效果 。5结语系统硬件和软件设计均采用模块化结构 , 方便 移植 , 具有较强的通用性 。自 2005 年 3 月投入运 行以来 , 系统运行稳定可靠 , 操作方便灵活 , 大大 减轻了工人的劳动强度 , 实现了对整个余热发电厂 集散控制和管理 , 提高了工厂的自动化水平 , 完全 达到了最初设计的功能目标 , 取得了明显的经济效 益和良好的社会效益 。现场运行证明了系统的先进 性和有效性 。参考文献 : 1 王常力 , 罗安. 分布式控制系统设计与应用实例 m.北京 : 电子工业出版社 , 2004. 2 王孝红 , 等. 基于现场总线技术的水泥窑 dcs 控制系 统j . 控制工程 , 2004 , 11 (5) : 3852387 , 423. 3 何衍庆 , 俞金寿. 工业生产过程控制m . 北京 : 化学工业出版社 , 2004. 4 李士勇. 模糊控制神经控制和智能控制论 m. 哈尔 滨 : 哈尔滨工业大学出版社 , 1996.(上接第 22 页) 具有很高的实用价值 。参考文献 : 1 王永华. 现代电气控制及 plc 应用技术m. 北京 :北京 航空航天大学出版社 ,2003. 2 廖常初. 大中型 plc 应用教程m. 北京 :机械工业出版 社 ,2005. 3 雷天觉. 新编液压工程手册m. 北京 :北京理工大学出 版社 ,1998. 4 anderson j a. variable displacement electro2hydrostatic actua2tor r. dayton ,ohio : dynamic controls inc ,1991. 5 ffng kl , yang w m ,chen k n. advance of study on design methods of hydraulic system of radio remote control of con2 struction machineryj . journal of northeast agricultural uni2 versity ,2003 ,10 (2) :1562160. 6 yang h y, yang j , xu b. computation