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，既能控制開關量，也能控制模擬量，還能夠與計算機進行通信，構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)在的機械設備、生產流水線和生產過程的自動控制多采用PLC來實現(xiàn)。

卷板機鋼結構生產行業(yè)的重要基礎裝備多采用強電控制、手動操作的方式進行生產，這種控制方式效率低，難以保證加工精度。近年來，隨著數(shù)控技術的飛速發(fā)展，國內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)。下輥尾部裝有旋轉編碼器可準確測量出下輥旋轉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。這種結構線路簡單，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)據的通信共享。這種設計采用工業(yè)通用的控制方式，結構簡單明了，方便維護和升級，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。

3 控制系統(tǒng)軟件設計

　　3.1程序設計

　　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開關控制系統(tǒng)不同，數(shù)控系統(tǒng)的全PLC實現(xiàn)更為復雜。一般PLC控制系統(tǒng)程序主要在下位機內，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。

　　控制軟件結構圖如圖4所示。首先根據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，之后把計算的結果送給下位機PLC;下位機根據上位機的控制參數(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根據位置參數(shù)及控制程序對液壓缸、電磁閥、電機以及其他電氣元件進行必要的邏輯動作控制川。

3.2人機界面設計

　　人機界面是人機交互的聯(lián)系紐帶，根據卷板機監(jiān)控及操作需求，參考國內外數(shù)控系統(tǒng)界面的設計風格，主要設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 結束語

　　基于PLC的數(shù)控卷板機自動控制系統(tǒng)經過精心的設計、嚴格的選型、合理的硬件配置及最優(yōu)化的程序設計，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，運轉良好，得到了使用者的肯定。