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基于PLC 技术的轴承加工系统研究

作者：杨学文日期：2015-01-19 10:05 来源：《电子制作》

江南大学无锡 214000

【文章摘要】
PLC 即可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/ 输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC 在工业控制领域的应用具备较多的优势，已经得到了广泛的认可，因此，本研究主要结合轴承加工实际需求，对基于PLC 技术的轴承加工系统进行研究。
【关键词】
PLC 轴承加工系统硬件与软件设计
0 引言
随着我国基础工业的飞速发展，滚动轴承性能要求在不同的使用领域中得到更多关注，并主要向体积更小，摩擦更低，可靠性更高，重量更轻，使用时间更长等方向发展。基于PLC 技术的轴承加工系统在我国的应用水平正在逐渐达到西方发达国家的先进水平，在这一大趋势下，本研究对于PLC 技术在轴承加工系统中的发展与应用具有重要的促进意义。
1 PLC 工作原理
PLC 即可编程逻辑控制器，简单来讲，它和个人电脑上的CPU 类似，都属于某一类系统上进行数据采集处理的核心，但使用范围和作用与一般CPU 不同，而且PLC 不像个人电脑上的CPU 一样单单指一个CPU，准确说它是一种控制系统，拥有自己的CPU，同时配置了各种功能面板和 I/O 口，可通过 I/O 采集模拟量、开关量等进行分析处理，同时拥有强大的可编程能力，一般利用梯形图程序中提供的各种软继电器即可实现一些复杂的逻辑控制，省去了传统的硬件式继电器复杂的接线和经济成本。
PLC 在实际的运行过程中主要经历三个重要阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新，这是一个完整的扫描周期，而在整个运行过程中，PLC 将重复执行执行这三个阶段。
首先，从输入采样阶段来看，PLC 通过扫描将全部输入状态与数据执行读取命令，并将其在I/O 映象区中的相应的单元中进行存储。完成输入采样时，则可进入下两个阶段，尽管输入状态和数据不是固定不变的，但是I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也是固定不变的。所以，为了更好的保证无论发生什么意外，该输入都可以被读入，若输入为脉冲信号，那么脉冲信号的宽度不能小于一个扫描周期。
其次，从用户程序执行阶段来看， PLC 一般是根据从上到下的顺序对用户程序进行扫描，并以梯形图形式显示。在对不同的梯形图进行扫描每时，按照由左到右，由上到下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，并以预案算结果为主要依据，对该输出线圈在I/O 映象区中对应位的状态进行刷新，或对该逻辑线圈在系统RAM 存储区中对应位状态进行刷新；或进一步确定该梯形图所规定的特殊功能指令执行情况。
最后，完成用户程序扫描之后进入输出刷新阶段。在这最后的阶段里是PLC 的真正输出，CPU 按照I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
2 基于PLC 技术的轴承加工系统的硬件设计
2.1 PLC 控制系统的总体要求
根据轴承加工工艺实际要求与特点，结合PLC 在工业控制系统中的相关应用案例以及生产现场的要求，将PLC 控制系统的总体要求总结为以下五点：
一是要求控制系统操作简单，灵活又方便维护，同时系统能够符合相应的生产需要；
二是要求系统具备高稳定性、可靠性与灵活性的特征；
三是要求系统应具有较强的人机对话能力，从而实现更加方便、快捷的对轴承加工过程的实时监控，为方便监控操作，以及及时维修，应当在上位计算机侧及下位PLC 侧应能够显示或提示操作及监控等信息；
四是要求系统采用技术先进和性能可靠的网络结构；
五是采用具备世界先进技术水平的硬件、软件和网络，并在工程实践的实际验证下表明其实用性。
2.2 PLC 控制系统的设计步骤
PLC 控制系统具备了广泛的应用性与工艺的复杂性特点，包含了诸多的检测仪表以及控制设备，其设计流程如图1 所示：
从图1 中可以看出，首先要对系统需实现的几种功能进行明确，认真分析工艺要求与设备功能；第二是进行PLC 系统的配置设计。选择合适的控制器、I/O 模块、电源模块等；第三是在符合控制要求的条件下，进行I/O 点的初步分配，并对模拟量输入和输出通道的数量进行明确，编制I/ O 点地址表；第四是绘制接线柜的接线图，确定控制系统的输入、输出设备，完成现场整体配线；第五是根据控制与检测对象的差异性，制定相应的模块化程序，并展开初步调试；第六是针对程序无法满足要求的情况进行二次修改；第七是在初步调整好程序之后，做联机调试，并针对程序出现的问题进行相应的修改，直到联机调试成功；最后在软件和硬件都全部调试通过之后正式投入运行。
2.3 PLC 系统硬件设计
本研究主要以轴承内套圈内径加工工程所用到的PLC 的硬件及其使用方法为例进行分析，包括PLC 基架、CPU 模块、上位通讯模块等内容如表1 所示：
3 基于PLC 技术的轴承加工控制系统程序设计
3.1 采用网络组态软件
PLC 的优点是监控系统实现的关键，但PLC 作为一种控制设备，用它单独构成一个监控系统必然存在着一定的缺陷，主要表现为不能更好的实现复杂运算、不能对多种复杂复杂的实时图形进行显示，也不能保存更多的有用数据，用户界面效果较差。针对于这些问题，本设计通过上位机来对其进行相应的弥补，组态软件是一个极佳的选择。上位机通讯监测软件采用组态软件，建立相应的数据库系统，从而更好的处理系统历史数据。
3.2 网络组态软件运行的软硬件环境
网络组态软件作为一个可以实现实时数据采集和监视管理，并能够对相关数据进行记录的系统软件，其软件系统的运行表现与软硬件系统配置有着密不可分的联系，对于系统功能的实现有着重要影响。因此，我们对组态软件实施以下基本配置：
一是要求不低于PentiumII300 版本的计算机；
二是为了保证组态软件的运行效率，使用不低于64Mb 内存；
三是为了保证系统运行的可靠性，组态软件不仅运行于Windows 98、Windows2000、Windows NT4.0（SP6）操作系统之上，还应在单机运行时采用Windows2000 平台；
四是在40Mb 以上的硬盘空间条件下安装组态软件；
五是uring Control 支持的网络协议为TCP ／ IP 协议；
六是为组态软件能够实现动画效果更高的逼真度，建议用户采用能够支持16 位增强色的显示卡与SVGA 显示器。
4 结论
综上所述，本研究对PLC 技术条件下的轴承加工系统的分析，是建立在对PLC 工作原理的基础上，对系统的硬件设计及程序设计进行详细分析，望能够通过本研究为PLC 技术在轴承加工领域中的应用提供更广阔的思路。
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【作者简介】
杨学文，性别: 男，出生年月： 1993.4，籍贯：江苏淮安，机电一体化
图1 PLC 控制系统设计流程图
表1 PLC 控制系统使用模块统计表