科技创新与应用Ｉ ｚｏ１２￣ｓ月（下） 工业技术 基于自动化控制技术的车间传动设备研究 陈双全 （武汉船舶职业技术学院，湖北武汉４３００５０） 摘要：机械加工车间传动设备的作用是将生产的零部件传送至下一个生产加工环节的机位上。由上一个机位传送至下一个机 位并不一定是直线的，也不一定是匀速的，这是整个传动流程中较为复杂也较为核心的研究对象。在很大程度上，准确地传动是 把生产中各个环节串联起来的重要一环。实现机械加工车间传动自动化控制能够极大地提高工作效率，增强流程的安全指标和 可靠性，彰显传动能力的提升，减少电能的消耗。本文通过阐述车间传动设备的运行状态，分析了车间传动设备自动控制的特点． 阐述了传动过程中插接的工作原理，并以机械手臂的控制为实例进行了研究。 、 关键词：自动化；控制；传动 １车间传动设备的运行状态 车间传动设备的运行状态根据传动机负荷状况的不同，电动机轴与 托运盘在受力方向上和传动方向相反。如果传动方向为向上，电动机就会 产生拖动转矩，叫做正力，是电动状态。也有向下传动过程中电动机轴与 托运盘运行方向相同的情况。为了减缓向下传动的速度，要进行制动，即 为制动状态，此时电动机转矩与所运物品运行方向相反，叫做负力。电动 机传动系统在减速过程中，电动机的运行状态有自由滑行、正力减速以及 的前提就是确保传动设备信号系统的安全、准确和稳定。因此，单独规划 可编程逻辑控制器控制系统针对信号系统的控制，可以有效控制传动设 备电控系统与信号系统的通讯控制。 ３．２数字监控器 传动设备在逻辑上是坐标控制系统，传动设备电动控制组件必须依 靠安全的坐标检测过程，准确探测到传动设备在传动流程中的位置。要可 靠地控制传动设备减速、制动等。在数字信息时代，传统的机械式传动监 负力减速的情况。 控器已经成为历史，取而代之的是精度较高的可编程控制器的运用。数字 负力减速的情况是在减速过程中，传动方向与电动机形成的力矩方 监控器可以作为传动设备安全运行的后备保护装置。 向相反，电动机在制动状态中运行，促使运动以减速度方式进行。自由滑 ４传动设备中逻辑控制示例 行是在减速过程中，断开电动机的电流，电动机拖动转矩将为最小，甚至 在传动设备的运行过程中，其位于Ｉ号机位与ＩＩ号机位之间，用来对 为零，系统受阻力影响减速运行。正力减速中的电动机仍有电力供应，但 托运盘及负载的加工件进行传动。托运盘采用起停式控制，要求在整个传 是形成的转矩比负载转矩小，这样工作在减速状态，纺织减速度过大。 动速度范围内按设定要求完成传动，并实现传动的位置控制。为保证传动 ２车间传动设备自动控制的特点 质量，该系统控制要求 童、精确，一方面保证传动到位，另一方面又保证 自动化控制技术发展迅速，车间传动设备也得益于自动化控制技术。 传动设备上机械手臂插接精确，以提高成材率。因此，该系统采用可编程 现在，许多大型企业都实施了自动化控制工程。 逻辑控制器对传动设备上机械手臂的插接、定位等进行控制，整个传动插 ２．１特｜ 接的电控系统由可编程控制器、电气传动装置及检测设备等组成。 ＰＬＣ（可编程逻辑控制器Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）是工业现代 ４．１传动过程中插接的工作原理 化中自动控制的中心环节，其应用非常广泛，而可编程逻辑控制器在自动 当传动系统接到插接信号后，机械手臂从起动位置以最大的加速度 控制范畴中的作用更是非常显著。许多应用了可编程逻辑控制器的车间 加速到同步速度。此时机械手臂速度达到传动速度，手臂保持插接同步速 传动自动化控制系统，技术先进、事故率低、稳定性强、维护调试便捷、传 度对零部件进行插接，确保插接动作后，要进行减速制动和定位控制返回 输距离远，能够进行统一编程、综合控制以及管理。一系列自动控制技术 到起始位置。 的应用有助于提高自动化水准，提升安全可靠性，有助于提高控制系统的 ４．２机械手臂的控制 控制效能，最大化发挥数字控制的优势。 机械手臂控制包括手臂定位、插接速度给定、制动等。设备的加速、制 动、定位控制由全数字传动装置与可编程逻辑控制器配合完成。 其有着较为明显的优点，能有效避免人为操作失误引发的安全事故， ４．２．Ｉ电气控制 有助于安全ｌ生的提高；运行效果最好，带动了一系列设备效率的提升；优 机械手臂由一台直流电动机拖动，对电机进行闭环调速控制，以达到 化了生产环境；能大幅减少劳动强度；有效节约能源，有助于节能减排工 插接的速度和精度要求。机械手臂的传动装置控制方式为统一指令的双 程的实施。 闭环自动控制系统，并具有电流自适应功能，有过压、过流、超速、欠磁、过 ２．２对自动控制系统的约束条件 快熔熔断等完善的保护，并记 所发生的故障以便查找和处理。 为了保障自动控制系统的良好运行，也要遵守许多约束条件，比如： 磁、在运行方式的控制上有： 自动控制一完全由传动信息控制传动设 ４２．２检测仪表控制 系统用一个热金属检测器及一个预设定高速计数器来检测托运盘 备的运行．ｂ．半自动一部分由传动信息控制传动设备的运行；手动～由工 头部位置，计数脉冲取机械手臂前一机架电动机轴端的脉冲发生器，热金 作者对工作闸开过和主令开关进行控制转动设备。自动控制是主要方式。 调整运转模式要在停止模式下开展，运转过程中调整运行方式，设备将进 属 则器检测到托运部件头部时起动计数器，高速计数器对光电编码器 脉冲进行计数，当计数值和设定值相等时，发出手臂起动信号，完成插接。 人紧急制动状态。 ４－２３可编程逻辑控制器控制 传动设备接近停止位置时，速度要低于０．５ｍ／ｓ。传动设备减速点的规 划，要满足企业安全生产规程。 电机调速采用闭环控制方式，用脉冲发生器提供反馈信号，使电机转 ３车间传动设备的综合自动化控制技术 速保持与给定无静差。 基于传动设备所处的核心位置，关乎企业生产安全，因此，除了考虑 在手臂的控制系统中，与传动有关的控制及联锁都通过局域专线网 本系统主要完成插接线速度的计算，插 到传动设备的可靠运行，整体传动系统的控制、监督和有效保护的辅助也 网上传到传动的控制系统中去了，接启动时间的计算，完成起动速度的控制、制动和定位控制，以及各种开 非常重要。 关信号的逻辑处理和逻辑控制等。 ３．１自动控制系统 ４．２．４控制算法 ３．１．１发出操控命令的计算机监控系统 信息技术迅猛发展，现在发出操控命令的计算机监控系统大部分要 （１确定手臂插接线速度ｖ １ 求用工控机（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ＩＰＣ）、结合了触摸屏和外设打 设备控制可编程逻辑控制器系统通过局域专线网，从传动可编程逻 辑控制器系统中获得的设备前一托运盘的线速度Ｖ，将Ｖ乘以一个插接 印机的综合陛设备等。发出操控命令的计算机监控系统实现了操作者与 设备的通讯、流程监控，系统运行状况、实施数据、故障信息、生产数据实 超前量 ，便得到插接线速度Ｖ１，即： Ｖ１＝Ｋ１ｘＶ （公式４＿１） 时显示，并且可以通过打印机打印出来呈报相关部门。 ３．１．２主控可编程逻辑控制器系统 式中，Ｋ广．由直接发出操控命令的计算机设定。 该系统约束传动设备运行状况，实现传动系统的信号应答、数值计 （２确定设备启动延时时间Ｔ 算、通讯控制、系统运行等。 在计算设备起动时间时，由于托运盘运动的速度很快，设备插接的时 ３．１－３保护控制可编程逻辑控制器 间很短，传动装置起动时间必须考虑信号传输和电气元件（女口继电器等）动 保护控制可编程逻辑控制器依照外设输入的输入开关信号、输入模 作的时间，否则容易导致插接不到位。经过调试数据计算，Ｎ ｌ设备的信号 拟信号、关键编码脉冲信号等执行数值运算。实现传动设备的发动、运行、 传输和装置动作时间是９０ｍｓｏ ①汁算飞剪由停车点加速到剪切点所需的时间Ｔ， 制动等整个传动流程的过程控制和保护。 Ｔ￣－Ｖ幽 式４＿２） ３．１Ａ信号系统可编程逻辑控制器 式中，ａ手臂加速度常数。 传动信号对传动设备的作用是显而易见的，传动设备安全稳定运行 一６２一 工业技术 ２０１２年８月（下）ｌ科技创新与应用 ＰＬＣ在数控系统中的应用 路民 （肥成矿业集团中心医院，山东泰安２７１６０８） 摘要：随着社会的不断发展和进步，社会对产品的精密度越来越高，从而对制造设备提出了更高的要求。为满足市场的需要，要 求制造设备具有高质量、高效益和高精度生产方式的要求，数控机床设备的出现有效的解决了加工的问题，适应各种机械产品迅 速更新换代的需要。于是数控机床设备作为一种自动化的加工设备而被广泛采用。数控机床设备的核心是控制系统，而计算机数 控系统作为控制系统的基础设备，己成为当今制造业的一个不可缺少的组成部分。 关键词：ＰＬＣ；数控系统；应用 ＰＬＣ的—个扫描周期有三个阶段分为：输人采样、程序执行和输出刷 １数控系统的组成 数控系统由控制系统和伺服控制系统二部分组成。控制系统按加工 新。 工艺要求进行运算，是数控机床的核心，它发出控制指令到伺服控制系 ＰＬＣ在输人采样阶段：ＰＬＣ按顺序扫描的，先将所有存在锁存器中的 统。伺服控制系统将控制指令信号放大由伺服电机完成其运动要求；伺服 电机中的编码器将伺服电机运动位置和速度反馈到控制系统，由控制系 统来进行解码、运算完成—个闭环控制系统。 控制系统主要由总线、电源、控制界面、可编程序控制器（ＰＬＣ）以口 等组成。其中ＰＬＣ是控制系统的核心。 ２数控系统中的ＰＬＣ 由于可编程控制器（ＰＬＣ）是专为在工业环境下应用而设计的一种工 经相应的运算和处理后，其结果在写人输出状态寄存器中，输出状态寄存 业控制计算机，具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小、是实现机电一体 器中所有的内容随着程序的执行而改变。 输人端子的通断状态存人内存中的输入映像寄存器中。此时映像寄存器 被刷新。 ＰＬＣ在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每 条指令，经相应的运算和处理后，其结果在写入输出状态寄存器中，输出 状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。 ＰＬＣ的程序执行阶段：按照用户程序存放的顺序扫描执行每条指令， 化的理想控制装置等显著优点。 ３ ＰＬＣ的构成 从结构上分，ＰＬＣ分为固定式和模块式。ＰＬＣ包括ＣＰＵ板、Ｉ／Ｏ接口， 显示面板、内存板，电源灯。其中ＣＰＵ是ＯＬＣ的核心，起神经中枢的作用， 主要由运算器、控制器、存储器及其总线构成。 ４ ＰＬＣ的工作原理 可编程逻辑控制器（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，简称ＰＬＣ），一种 具有微处理机的数位电子设备，用于自动化控制的数位逻辑控制器，可以 将控制指令随时加载内存内储存与执行。可编程控制器由内部ＣＰＵ，指令 及资料内存、输入输出单元、电源模组、数位类比等单元所模组化组合成。 ＰＬＣ在运行时，ＣＰＵ根据用户要求编好后并存于用户存储器中，按 照指令步序号做周期性的循环扫描，如果没有跳转指令，则从第一条指令 开始按顺序执行用户程序，直至程序扫描结束，但是遇到程序跳转指令， 则根据跳转条件来进行程序的跳转。在ＰＬＣ一个循环周期内信号是不变 的，然后重新返回第一条指令，开始新一轮的扫描。ＰＬＣ循环执行用户程 序时，ＰＬＣ总是按相同的指令执行。ＰＬＣ从第一步运算开始到最后一步运 算结束循环执行用户程序。用户程序所处理的内容不是直接从硬件的输 入或输出获得而是经过处理映像区。 ＰＬＣ的输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器中的输 出继电器的状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式 输出驱动相应的外部负载设备。 ５数控系统中ＰＬＣ的基本特点 数控系统是以空间坐标系的相对位置为基础建立起来的。在数控系 统中主要是由ＣＮＣ和ＰＬＣ协调配合共同完成数控机床的控制。ＰＬＣ主 要是机床各项功能的逻辑控制中心，如刀具的更换、工件的夹紧等都由 ＰＬＣ完成的，而在运动上没有具体的要求，它将来自ＣＮＣ的各种运动功 能指令进行逻辑排序，使他们能够准确的、协调有序的安全运行；同时将 来自机床的各种信息及工作状态传给ＣＮＣ，使ＣＮＣ能及时准确的发出进 步的控制指令，实现对整个机床的控制。ＣＮＣ主要是对轨迹的控制， ＣＮＣ将动作信息传给ＰＬＣ，由ＰＬＣ进行编译解码，转换成对应的控制信 号控制辅助装置完成机床相应的控制信号控制辅助装置完成机床相应的 动作，它还接受操作面板直接控制机床的指令，另一方面将一部分指令送 往ＣＮＣ用于加工过程的控制。 ６结束语 数控机床代表当今机械加工技术的趋势与潮流，也是现代机械制造 企业在市场竞争激烈的条件下生存与发展的必然要。一 一②计算设备由插接点匀速运行到手臂闭合点所需的时间Ｔ Ｔ２＝ ０／ｖ 式中，Ｓ＿闭合点到插挠・氧弧长Ｓ＝０．７５ｘ手臂旋转周长； ｓｉ—停车点到插接点弧长，Ｓ。＝０．５ｘａＸＴｌ２； Ｔ３ ｚ ④计算设备启动延时时间Ｔ 式４＿３） ＬＤ ＬＰＳ ＳＭｎ０ ＡＤ＞＝ ＶＤ６ｏｏ．ＶＤ４０Ｈ０ Ｍ０ＶＢ １６＃Ｆ８．ＳＭＢ４９ ＬＲＤ ＡＤ＞＝ ＶＤ５００．ＶＤ７ｏ０ ③计算设备由Ａ点先加速后匀速运行到Ｏ点所需的时间Ｔ３ 式４＿４） Ｍ０ＶＢ ｌ６＃Ｆ０．ＳＭＢ４９ ｒｒ＝（¨＿ｌＪｌｙＶ ３－Ｋ２ （公式４－５） ＬＲＤ 式中，Ｋ２考虑干扰时的修正常数 ＨＤＥＦ ０，９ （３）确定设备定位线速度ｖｓ ＬＲＤ 手臂控制的重点是解决设备的定位和确定手臂插接的加速度。设备 Ｍ０ＶＤ ＋０．ＳＭＤ５Ｏ 在圆周上可分为定位区、反爬区、插接区、正爬区四部分，在插接区设置一 ＬＲＤ ＡＴＣＨ ＩＮＴ【）．１２ 个零位（为容易校正选择上下手臂正对的点），当设备过零位时马上对手臂 位置反馈信号 冲编码器输出值）清零，消除计算误差，保证精确定位．定 ＬＲＤ ＥＮＩ 位区设在离零位１／３圆周处，当设备停在停车位淀位区内）且手臂前１＿５ ＬＰＰ 米处的光电开关得电时马上计算设备的加速度和手臂起动时间，向传动 ＨＳＣ ０ 装置传送控制信号 置使能信号和速度给定信号）进行插接控制，插接后 手臂进人停车控制状态，利用Ｙ－－－ｘ３离原 越远曲线斜率越陡贯陛越大的 ３结语 物理特点，确定以设备停车位为原点，按照停车控制的给定速度公式 自动控制技术是车间传动、插接流程中广泛应用的技术，其优良的性 Ｖｓ＝［（４０９６／３－Ａ１）／（４０９６／３）］ａｘＶｒｅｆ 式４＿６） 了工作效能，降低了生产成本，有助于企业自主 ４．３可编程逻辑控制器部分定位程序 创新能力的提升。 传动流程中机械手臂部分定位程序为： 参考文献 ＬＤ ＳＭ０．０ 【１】郭洪柱．关于电气自动化控制设备的思考ｌＪＩ．中国科技博览，２０１１．３２． Ｍ０ＶＤ ＶＤ５００．ＳＭＤ６４ 李志健．基于电气自动化的控制设备可靠性测试叨．中国科技财富， ＬＤ ＳＭｎ１ ＳＢＲＨＳＣ ２０１１．２ｎ ＣＡＬＬ 【３１吴娟．浅谈自动化控制设备的维护问题［ＪＪ．计算机光盘软件与应用， ２Ｏ１０．１４． ６３— ＳＢＲ ＨＳＣ： 一
