摘　要：

摘　要：隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的進(jìn)步，可編程控制器（PLC）作為一種嶄新的自動化控制裝置，通過使用者設(shè)定和存儲相關(guān)的應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，具有非常高的可靠性，穩(wěn)定性和比較強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理能力，已經(jīng)逐漸取代了過往的繼電器控制技術(shù)，廣泛應(yīng)用在能源、建筑、交通等諸多領(lǐng)域。本文從國內(nèi)刃磨機(jī)的控制系統(tǒng)現(xiàn)狀出發(fā)，設(shè)計(jì)一套基于可編程控制器的刃磨機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)刃磨機(jī)操作的自動化和可靠性。

關(guān)鍵詞：

關(guān)鍵詞：PLC　刃磨機(jī)　控制系統(tǒng)

     在上個(gè)世紀(jì)70年代微處理器的出現(xiàn)�？茖W(xué)家很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器在功能方面又增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等方面，完全成為了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。在這個(gè)時(shí)候，可編程邏輯控制器是微型計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，人們?yōu)榱朔奖愫头从晨删幊炭刂破鞯墓δ芴攸c(diǎn)，把可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。隨著科技的發(fā)展，可編程邏輯控制器已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用化的發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使PLC的功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中越來越重要的地位。

　　這種自動化的控制裝置首先在西方發(fā)達(dá)國際首先實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的推廣和應(yīng)用，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國家的普及和世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。上個(gè)世紀(jì)中期是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。

　　PLC(可編程控制器)目前已經(jīng)成為在各領(lǐng)域通用的工業(yè)控制自動化裝置，隨著其性能的不斷升級，功能也日益強(qiáng)大，越來越多的工業(yè)控制領(lǐng)域選擇用PLC 作為主要的控制設(shè)備�？删幊炭刂破魇且环N工業(yè)自動化控制裝置，它通過預(yù)先按照工作需求設(shè)定相關(guān)的應(yīng)用程序來完成對生產(chǎn)加工過程的有效控制，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性較高的實(shí)時(shí)處理能力，通過把繼電器與計(jì)算機(jī)技術(shù)的有機(jī)整合為現(xiàn)代化的自動化控制，提供了比較理想的工業(yè)裝置，隨著科技的不斷進(jìn)步，尤其是計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC將為工業(yè)自動化的發(fā)展提供更為廣闊的前景。

　　刃磨機(jī)是在機(jī)械加工領(lǐng)域中所使用一款非常重要的設(shè)備，它的正常運(yùn)行直接關(guān)系著所加工產(chǎn)品的精度和質(zhì)量，甚至影響著整個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的正常運(yùn)營和發(fā)展。在我國的一些地區(qū)，傳統(tǒng)的刃磨機(jī)控制系統(tǒng)依然采用的是過去的繼電器控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)反應(yīng)速度比較緩慢，無法對在加工流程發(fā)生的突發(fā)狀況進(jìn)行及時(shí)的應(yīng)急處理和預(yù)警。更主要的是，這類操作系統(tǒng)的操作方式還是主要依靠人工來完成。一方面，刃磨機(jī)的工作狀態(tài)很大程度上取決于其工作人員的經(jīng)驗(yàn)儲備，具有非常大的主觀性和不穩(wěn)定性，產(chǎn)品的生產(chǎn)精度和質(zhì)量無法得到較為有效的控制。另一方面，隨著我國城鎮(zhèn)化及老齡化步伐的加快，“用工荒”成為制約很多刃磨機(jī)加工企業(yè)的一個(gè)瓶頸，人力資源的雇傭成本也每年遞增。因此，基于先進(jìn)的PLC來實(shí)現(xiàn)對刃磨機(jī)的自動化控制，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。從目前的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)的刃磨機(jī)發(fā)展和西方發(fā)達(dá)國家相比，還有很大的一段距離。主要表現(xiàn)在刃磨機(jī)的操作還停留在人工操作，產(chǎn)品無法借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)操作平臺來實(shí)現(xiàn)自動化的生產(chǎn)。因此，通過從市場的實(shí)際需求出發(fā)，結(jié)合目前的國內(nèi)刃磨機(jī)的操作流程與操作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套操作系統(tǒng)對于提高刃磨機(jī)工作效率與刃磨機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的市場競爭力具有非常重要的意義。 

　　1　基于PLC的刃磨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　1.1　可編程控制器的選擇

　　可控制編程器的選擇有以下幾個(gè)需要注意的方面：

　　PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式PLC的每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對比較小，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展相比而言更加方便靈活，易于擴(kuò)展，在I/O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地較大，且維護(hù)方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠(yuǎn)程I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分配范圍廣，遠(yuǎn)程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增加驅(qū)動器以及遠(yuǎn)程I/O電源；多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，，但是必須要附加通訊模塊。一般小型（低檔）PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。

　　對于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小以及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。PLC是為工業(yè)自動化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次的PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要，如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號有 的速度要求時(shí)，則應(yīng)慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I/O處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。對于一般系統(tǒng)PLC可靠性均可以滿足，對于可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備系統(tǒng)對于以開關(guān)量為主，帶少量模擬量的控制系統(tǒng)，可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。PLC是一款電子裝置，它的主要功能是在工業(yè)環(huán)境下進(jìn)行數(shù)字的運(yùn)算和操作，通過使用帶有編輯程序功能的存儲器，來完成系統(tǒng)內(nèi)的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算數(shù)與順序運(yùn)算等指令。它通過與外掛設(shè)備進(jìn)行連接，把數(shù)字或者模擬的指示信號進(jìn)行輸出來實(shí)現(xiàn)對各種工業(yè)流程和機(jī)械加工的有效控制，具有非常強(qiáng)的操作性和系統(tǒng)的可升級性�，F(xiàn)在市場上的可編程控制器非常多，我們經(jīng)過對刃磨機(jī)的工作形態(tài)以及所需要的軟件環(huán)境進(jìn)行匹配，最終選擇了韓國LG公司生產(chǎn)的一款S7-200型號的可編程控制器。

　　該編程控制器總共包含30個(gè)點(diǎn)數(shù)，其中18個(gè)是輸入點(diǎn)、12個(gè)是繼電器型輸出點(diǎn)。另外，還有1個(gè)RS-232通訊/編程口，一個(gè)RS-485通訊/編程口。在本系統(tǒng)中可編程控制器通過控制變頻器的多段速和外部端子方式與變頻器進(jìn)行直接通訊；通過RS-232串行口與文本顯示器來完成人機(jī)界面的數(shù)據(jù)通訊。韓國LG公司專門推出KGL-WC編程軟件，為我們提供一個(gè)完整的中文編程環(huán)境，可以進(jìn)行離線編程、在線連接和調(diào)試，并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語句表之間的互相轉(zhuǎn)換，具有很強(qiáng)的可操作性。  

　　1.2　可編程控制器程序的編寫

　　在將可編程控制器與刃磨機(jī)聯(lián)合使用以前，我們首先按照可編程控制器的使用說明，依次完成三個(gè)階段。具體來說，首先是采樣階段。在這一階段，我們把刃磨機(jī)加工的合格產(chǎn)品的數(shù)據(jù)和狀態(tài)通過掃描的方式傳輸?shù)娇删幊炭刂破�，然后將它們存儲到可編程控制器的映象區(qū)之中。這一階段完成后，把可編程控制器進(jìn)入用戶的執(zhí)行和刷新階段。在此階段中，輸入的狀態(tài)和數(shù)據(jù)即使發(fā)生了變化，在映象區(qū)中的單元狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)會依然保持不變。最后，在完成上述兩個(gè)階段后，進(jìn)行了輸出階段。這是最為關(guān)鍵的階段，因?yàn)樵谶@一階段，電腦的中央控制器會把映象區(qū)中所對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行對應(yīng)的刷新，然后對電路進(jìn)行鎖存，最后和外設(shè)的刃磨機(jī)的電路驅(qū)動進(jìn)行連接，按照預(yù)先設(shè)定的程序，實(shí)現(xiàn)對刃磨機(jī)的操作控制。

　　1.3　變頻器的選擇

　　在基于PLC的刃磨機(jī)的控制系統(tǒng)中，我們需要借助變頻器來實(shí)現(xiàn)對刃磨機(jī)的節(jié)能和調(diào)速，變頻器是把變頻技術(shù)與微電子技術(shù)結(jié)合在一起，通過改變?nèi)心�機(jī)的電機(jī)工作電源的頻率來對刃磨機(jī)的操作方向和加工精度來進(jìn)行控制。通過變頻器的使用可以更加完善刃磨機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且還會在一定程度上對刃磨機(jī)進(jìn)行保護(hù)。經(jīng)過市場調(diào)研采用了德國西門子公司的變頻器。該公司制造的變頻器質(zhì)量比較可靠，價(jià)格適中，具有很好的性價(jià)比。它屬于單相輸入，三相輸出，最大的輸出頻率400Hz；具有高啟動轉(zhuǎn)矩，18條固定V/F曲線，1條任意曲線配合轉(zhuǎn)據(jù)補(bǔ)償功能，提供100％~150%的啟動轉(zhuǎn)矩，具有全面的保護(hù)特性；有8段速控制，可配合內(nèi)部時(shí)間設(shè)定，實(shí)現(xiàn)順序控制；控制方式有2線/3線制式；加/減速時(shí)間、S曲線、頻率上/下限用戶可以設(shè)定。  

　　1.4　文本顯示器的選擇

     我們的人機(jī)界面采用了深圳機(jī)電科技開發(fā)有限公司開發(fā)的一款文本顯示器，該型號呈現(xiàn)藍(lán)色底屏顯示，外形尺寸為172×95×30mm。目前來說，它是新一代高科技可編程終端，專門為可控制編程器而設(shè)計(jì)的可互動式的人機(jī)界面，兼容性比較強(qiáng)，具備和各主要品牌的可控制編程器進(jìn)行連線監(jiān)控的能力，而且機(jī)身設(shè)計(jì)的強(qiáng)度比較高，可以適于在各種比較惡劣的工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用。該型號的文本顯示器主要特點(diǎn)還有：交互性好、抗干擾能力強(qiáng)、通訊可靠性高、操作簡單方便、故障率低、壽命長、畫面量大等優(yōu)點(diǎn)�？梢允褂肶D20全中文組態(tài)軟件進(jìn)行編程，該組態(tài)軟件集指令豐富、編程簡單，便于使用者進(jìn)行簡單操作，可操作性比較強(qiáng)。

     1.5　基于PLC 的刃磨機(jī)控制系統(tǒng)工作原理