近10年來，我國的PLC研制、生產、應用也發展很快。特別是在應用方面，在引進一些成套設備的同時，也配套引進不少PLC。如上海寶鋼第一期工程，就采用了250臺，第二期也采用了108臺。又如天津化纖廠、秦川電站、北京吉普車生產線、西安的彩電和冰箱生產線等，都采用了PLC控制。總之，我國PLC的應用，已獲得令人矚目的經濟效益和社會效益。

　　隨著我國電力建設的急速發展，支撐高壓輸電線路的鐵塔需求量也在不斷增加，鐵塔加工行業的竟爭也愈演愈烈。為了滿足公司生產的發展，降低人工勞動強度，提高生產效率，傳統的手工沖壓設備已經不能滿足需要。結合鐵塔加工行業自身特點，我們把PLC應用到角鋼生產線控制系統中，采用可編程序的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數字或模擬的輸人/輸出，完成確定的邏輯、順序、定時、計數、運算和一些確定的功能，來控制各種類型的機械設備或生產過程，以提高鐵塔的加工效率、精度和柔性。

1 可編程控制器PLC

　　PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸人和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC過程控制程序執行過程如圖1所示。

　　從結構上分，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、vo板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、Il0模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。

　　(1) CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能，接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸人裝置送來的狀態或數據，并存人規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態，和編程過程中的語法錯誤等。進人運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務，產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。

　　(2)I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸人暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸人模塊將電信號變換成數字信號進人PLC系統，輸出模塊相反。vo分為開關量輸人(DI)，開關量輸出(DO),模擬量輸人(AI)，模擬量輸出(AO)等模塊。

　　(3) PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸人電路提供24V的工作電源。電源輸人類型有:交流電源(220VAC或I IOVAC )，直流電源(常用的為24VDC)。

　　(4)大多數模塊式PLC使用底板或機架。其作用是:電氣上，實現各模塊間的聯系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。

　　(5)其他設備。編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機(運行編程軟件)充當編程器。也就是我們系統的上位機。

　　最簡單的人機界面，是指示燈和按鈕，目前液晶屏(或觸摸屏)式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機(運行組態軟件)充當人機界面非常普及。

2 控制系統硬件設計

　　用可編程控制器來實現運動控制，可以方便地將運動控制、順序控制和邏輯控制有機地結合在一起，實現系統所要求的多種功能。經過分析比較，我們決定選用日本三菱公司的FX2N系列的可編程控制器，該系列的可編程控制器具有定位控制功能、設定和顯示功能、通信功能等。

　　控制系統硬件主要包括PLC主控單元FX2N-64MR、可編程控制器輸入模塊FXON-16EX,送料小車、A,B沖孔單元定位模塊FX2N-IOCM、伺服驅動器和操作面板，配以上位計算機、定為控制模塊、交流伺服驅動系統構成。

　　整條生產線共有3個數控軸，具有自動加工方式、手動調整方式，來控制各坐標軸的進給方式及加工工序。使用了3個伺服電機，分別實現X軸的小車送料裝置進給運動、A沖孔單元進給運動和B沖孔單元進給運動。在整個設備的控制系統中，PLC系統是設備的中樞，起著承上啟下的作用。主要有以下幾方面的作用:

　　(1)狀態監視。接收各個傳感器的信息，如X軸、Y軸和Z軸的前位、后位、參考點的傳感器，4個換模氣缸的前后位傳感器，壓料上位傳感器等;接收各個電磁閥的狀態信息;并且將當前設備部分狀態信息輸出至按鈕站顯示，例如設備是正在按工件程序進行自動加工，PLC就輸出驅動“程序啟動”信號燈。同時PLC還要將上位計算機監視的信息整理放到存儲單元中，接收上位機查詢狀態信息等。

　　(2)驅動伺服電機回參，初始化設備。

　　(3)接收手動輸人。有時需要對設備進行手動操作，比如X軸和Y軸的手動運行。還有“程序起動”，“故障復位”，‘.模位選擇”等。

　　(4)上位機的工件加工指令傳到PLC中，PLC輸出驅動設各進行順序加工。

　　控制系統硬件構成框圖如圖2所示。

3 控制系統軟件設計

　　PLC控制角鋼型材剪切自動化設備的軟件系統，分為系統軟件和用戶軟件。

　　系統軟件由廠家固化在80:41中，系統軟件不斷檢測用戶軟件是否存在語法和運行錯誤，并根據檢測到的情況，進行相應的故障處理(如報警或停止運行)。另外，還監視各個模塊的電源是否消失，電池電壓是否異常低下等。

　　用戶程序是用戶根據現場控制的需要，用PLC程序語言編制的應用程序，用以實現各種控制要求，它是影響系統性能、功能和可靠性的重要因素。

　　在本系統中，主程序完成的功能主要有:初始化功能;與定位單元和上位機進行通信的功能;接受外部開關信號(如按鈕、繼電器、行程開關等)，利用輸出信號對接觸器、繼電器和定位單元等器件進行控制的功能;判斷當前的系統狀態并對各個子程序進行調用的功能。

　　PLC的主程序設計主要有5個模塊:初始化模塊、按鈕及人機界面處理模塊、通信模塊、自動加工模塊、數值計算模塊等。下面是部分主要模塊的功能介紹。

　　(1)初始化模塊。PLC上電復位后，FX2N-64MR首次進人運行狀態，將對整個程序進行初始化，然后循環掃描各個功能子程序。它完成的功能主要有:FX2N-IOGM的初始化，主要是對定位參數、帕控制參數及系統參數進行設置，這些參數主要包括電機每轉一圈的位移，及其所發出的脈沖數、單位體系的設置、電機的最大速度、點動速度、回零速度、電機加減速時間、機械零點地址等等;初始化顯示功能，主要是對人機界面進行設置，系統上電復位等。

　　(2)通信模塊。可編程序控制器的通信模塊的功能包括:將上位單元上設定的工藝參數(諸如每一次加工所需要剪切位置、沖孔位置、加工長度、打字位置等)傳遞給定位單元(FX2N-lOGM );在PLC和FX2N-IOGM之間傳遞加工信息(如原位信息、進給信息等)。可編程序控制器和定位單元FX2N-lOGM之間的通信過程見圖3。

　　(3)按鈕及人機界面處理模塊。按鈕控制模塊主要處理控制面板上的選擇開關和各種控制按鈕，根據開關和按鈕的狀態來進行相應的處理，并選擇不同的子程序，控制各電機的啟動、運行和停止。人機界面上為軟按鈕，與控制面板上的按鈕具有一一對應關系。

　　(4)自動加工模塊。自動加工模塊，分別在自動加工方式下完成工件的加工任務。加工中的數據來自于人機界面上輸人的參數，這些加工數據以及各種加工狀態需要在PLC,10GM之間互相通信。

4 角鋼自動線組成及運行過程

　　角鋼自動線的機械結構組成如下。

　　(1)上料裝置。由電機經減速器和鏈條傳動，上料裝置能自動地將被加工的角鋼先通過料臺向前送料，再通過翻轉上料機構，將待加工的角鋼翻轉送到送料料道中等待加工。

　　(2)送料小車詳軸)。由交流伺服電機驅動，其上裝有角鋼型材的夾鉗，將送料料道中的角鋼由夾持器自動夾緊后，測量角鋼長度，然后按程序由數字式交流伺服系統驅動送料小車，完成角鋼在長度方向的精確定位。為打印字模、沖孔、剪切等一系列操作做準備。

　　(3)字模打印單元。帶有4個可換位字頭盒，在被選中的某一位字模上進行字模打印。

　　(4)兩個沖孔單元(Y1軸,Y2軸)。首先按程序選擇不同孔徑模具;其次是通過變頻器驅動交流電機進行兩個沖孔單元準距(Y1 ,Y2軸)的自動調整;最后模具調整到位后沖孔。

　　(5)剪切單元。根據!C軸送料長度的不同剪切出符合要求的工件。

　　(6)出料裝置。將加工完角鋼自動托出出料裝置，完成整個角鋼自動加工過程。

　　角鋼型材沖剪自動生產線的自動加工，包括了角鋼型材加工過程中的主要加工工序，如剪切動作、沖孔動作、打字動作、壓緊動作、小車及沖孔位置的定位，加工流程見圖4。

5 結束語

　　本文針對角鋼生產線的控制系統，進行了研究與分析，將PLC運用到控制系統中，PC機作為上位機實現人機界面友好的交互功能。該控制系統運行正常，故障率低，其圖形用戶界面友好，操作簡單，易編程，系統兼容性好，升級換代方便，提高了自動線的生產能力，增強了自動線加工的柔性。

　　應當指出的是:目前工件的加工程序主要是通過操作員人工輸人，將來還可以實現程序與CAD的接口，這樣用CAD設計的工件圖紙，就可以直接轉換成工件加工代碼。相信隨著科研力度的加大，這些問題終將得到解決，而PLC控制系統在鐵塔加工行業中的應用前景，也將更為廣闊。