0 引言

可編程邏輯控制器(PLC)是一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能完成邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和運算等功能，既能控制開關(guān)量，也能控制模擬量，還能夠與計算機進行通信，構(gòu)成由計算機集中管理、用可編程控制器進行分散控制的分布式控制管理系統(tǒng)。由于PLC具有控制靈活方便、抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，現(xiàn)在的機械設(shè)備、生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)過程的自動控制多采用PLC來實現(xiàn)。

卷板機鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)行業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備多采用強電控制、手動操作的方式進行生產(chǎn)，這種控制方式效率低，難以保證加工精度。近年來，隨著數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)外已有基于工控機加板卡形式的數(shù)控卷板機投入使用。卷板作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，往往存在著沖擊、振動、粉塵等不利因素。數(shù)控系統(tǒng)對環(huán)境要求高，在惡劣環(huán)境下經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的問題，系統(tǒng)不穩(wěn)定，使用效果不好。為了解決上述問題，我們開發(fā)了一套基于PLC的數(shù)控卷板機自動控制系統(tǒng)。

　　1 控制系統(tǒng)工作原理

　　該三輥卷板機機械系統(tǒng)主要由上輥、左下輥、右下輥和其他輔助部件組成，如圖1所示。

　　圖1中上輥為主驅(qū)動輥，上輥垂直方向的運動及水平方向的運動分別由兩個液壓缸帶動，液壓缸由電磁閥控制。上輥的垂直、水平方向裝有精密的磁柵尺，用來采集上輥的位移量并反饋給控制系統(tǒng)。下輥尾部裝有旋轉(zhuǎn)編碼器可準確測量出下輥旋轉(zhuǎn)的弧長并反饋給控制系統(tǒng)，以便對板料準確定位。上輥及下輥的旋轉(zhuǎn)運動由電機帶動。

　　控制系統(tǒng)主要由PLC控制器、觸摸屏、控制柜、旋轉(zhuǎn)編碼器、磁柵編碼器及其他輔助元件組成。此控制系統(tǒng)選用的是一種特殊的開環(huán)控制方式，如圖2所示。這種控制系統(tǒng)中最后輸出的位置由編碼器或線型磁尺反饋回控制器PLC，但這種反饋量只是控制輸入信號的通斷，而不是參與控制。從外部形式上看，是閉環(huán)控制，但從其原理上看又是開環(huán)控制。這種結(jié)構(gòu)線路簡單，成本低，便于維修，并且能夠達到卷板精度的要求。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　基于PLC的數(shù)控卷板機自動控制系統(tǒng)的核心是S7—300PLC，通過PROFIBUS—DP總線實現(xiàn)從站和工控機的數(shù)據(jù)通信，完成對整個系統(tǒng)的自動控制，實現(xiàn)數(shù)控卷板機的控制過程，其系統(tǒng)框圖如圖3所示。數(shù)控卷板機自動控制系統(tǒng)以PLC為核心，以工控機為平臺，構(gòu)成上、下位機分層遞階控制框架。工控機為上位機，負責各種資源管理、對下位機的程序調(diào)度與控制、與下位機實時通信，上位機運行力控HMI軟件，實現(xiàn)人機交互功能。PLC為下位機，完成對卷板機運動部件的位置控制和各種輔助操作的動作控制。上位機與下位機通過OPC協(xié)議進行數(shù)據(jù)的通信共享。這種設(shè)計采用工業(yè)通用的控制方式，結(jié)構(gòu)簡單明了，方便維護和升級，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　3.1程序設(shè)計

　　數(shù)控卷板機自動控制系統(tǒng)屬于數(shù)控系統(tǒng)，和一般的PLC開關(guān)控制系統(tǒng)不同，數(shù)控系統(tǒng)的全PLC實現(xiàn)更為復(fù)雜。一般PLC控制系統(tǒng)程序主要在下位機內(nèi)，上位機只起到輔助作用，而數(shù)控卷板機的上位機程序反而更加重要。

　　控制軟件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。首先根據(jù)提示輸人的板材參數(shù)和卷紙成品參數(shù)，上位機程序根據(jù)輸人參數(shù)及計算模型進行幾何參數(shù)和工藝參數(shù)的計算，并進行進給次數(shù)的驗算，之后把計算的結(jié)果送給下位機PLC;下位機根據(jù)上位機的控制參數(shù)控制電機、液壓缸運動，從而實現(xiàn)上、下輥的卷板動作。磁柵傳感器、編碼器通過計數(shù)模塊把位置參數(shù)送給PLC的CPU,PLC根據(jù)位置參數(shù)及控制程序?qū)σ簤焊住㈦姶砰y、電機以及其他電氣元件進行必要的邏輯動作控制川。

3.2人機界面設(shè)計

　　人機界面是人機交互的聯(lián)系紐帶，根據(jù)卷板機監(jiān)控及操作需求，參考國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)界面的設(shè)計風格，主要設(shè)計了以下幾個主要界面:系統(tǒng)的啟動界面、卷板參數(shù)輸人界面、卷板參數(shù)調(diào)用界面、計算界面、驗算界面、中間參數(shù)修改界面、手動卷制界面、自動卷制界面及主監(jiān)控界面。

4 結(jié)束語

　　基于PLC的數(shù)控卷板機自動控制系統(tǒng)經(jīng)過精心的設(shè)計、嚴格的選型、合理的硬件配置及最優(yōu)化的程序設(shè)計，簡化了現(xiàn)場操作，提高了控制程序和人工界面的靈活性，并提供了完善的實時監(jiān)控功能，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)采用西門子的計數(shù)模塊代替了傳統(tǒng)的控制方式，使系統(tǒng)更加簡單，易于維護。該系統(tǒng)投人使用至今，運轉(zhuǎn)良好，得到了使用者的肯定。