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(dòng)化控制裝置，通過(guò)使用者設(shè)定和存儲(chǔ)相關(guān)的應(yīng)用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)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(guò)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(guó)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(dòng)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(lái)越重要的地位。

　　這種自動(dòng)化的控制裝置首先在西方發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)家的普及和世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)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(zhǎng)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(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)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(dòng)化裝置，隨著其性能的不斷升級(jí)，功能也日益強(qiáng)大，越來(lái)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(dòng)化控制裝置，它通過(guò)預(yù)先按照工作需求設(shè)定相關(guān)的應(yīng)用程序來(lái)完成對(duì)生產(chǎn)加工過(guò)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(guò)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(dòng)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(dòng)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(yíng)和發(fā)展。在我國(guó)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(guò)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(wú)法對(duì)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(lái)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(chǔ)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(wú)法得到較為有效的控制。另一方面，隨著我國(guó)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)刃磨機(jī)的自動(dòng)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(guó)內(nèi)的刃磨機(jī)發(fā)展和西方發(fā)達(dá)國(guó)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(wú)法借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)操作平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的生產(chǎn)。因此，通過(guò)從市場(chǎng)的實(shí)際需求出發(fā)，結(jié)合目前的國(guó)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(duì)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(duì)比較小，一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)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(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)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(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增加驅(qū)動(dòng)器以及遠(yuǎn)程I/O電源；多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)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(duì)于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。

　　對(duì)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(guò)程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。PLC是為工業(yè)自動(dòng)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(hào)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(duì)于一般系統(tǒng)PLC可靠性均可以滿足，對(duì)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(duì)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(guò)使用帶有編輯程序功能的存儲(chǔ)器，來(lái)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(guò)與外掛設(shè)備進(jìn)行連接，把數(shù)字或者模擬的指示信號(hào)進(jìn)行輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jí)性�，F(xiàn)在市場(chǎng)上的可編程控制器非常多，我們經(jīng)過(guò)對(duì)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(guó)LG公司生產(chǎn)的一款S7-200型號(hào)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(guò)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(guò)RS-232串行口與文本顯示器來(lái)完成人機(jī)界面的數(shù)據(jù)通訊。韓國(guó)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(yǔ)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(shuō)明，依次完成三個(gè)階段。具體來(lái)說(shuō)，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(guò)掃描的方式傳輸?shù)娇删幊炭刂破�，然后將它們存�?chǔ)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(huì)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(huì)把映象區(qū)中所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的刷新，然后對(duì)電路進(jìn)行鎖存，最后和外設(shè)的刃磨機(jī)的電路驅(qū)動(dòng)進(jìn)行連接，按照預(yù)先設(shè)定的程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)改變?nèi)心C(jī)的電機(jī)工作電源的頻率來(lái)對(duì)刃磨機(jī)的操作方向和加工精度來(lái)進(jìn)行控制。通過(guò)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(huì)在一定程度上對(duì)刃磨機(jī)進(jìn)行保護(hù)。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研采用了德國(guó)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(dòng)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(dòng)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(hào)呈現(xiàn)藍(lán)色底屏顯示，外形尺寸為172×95×30mm。目前來(lái)說(shuō)，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(dòng)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(hào)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(jiǎn)單方便、故障率低、壽命長(zhǎng)、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(jiǎn)單，便于使用者進(jìn)行簡(jiǎn)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