The Research and Design of the Flexible Production Line Control System
Heng Zhang, Chi Gao
Electrical Department
Laiwu vocational and technical college
Shan dong, China
zhangheng_06@126.com
Abstract —With the rapid development of modern industry, the scale of the production process control continues to expand, it proposed the higher and higher requirements for the process control and production management system. This paper gives a detailed design description of the production line control system, which is designed by S7-200 PLC (Programmable Logical Controller). And then, it introduced the control system design of the production line in detail. The successful development of the flexible production line will significantly reduce the various uncertain factors during the produce process, which will help to achieves automated production and improve the efficiency of the flexible production line.
Keywords- the flexible production line; control system; PLC
- INTRODUCTION
With the rapid development of modern industry, the industrial production process control having been expanding, ever-increasing complexity of process control, it proposed higher and higher requirements for production management system. Industrial production is labor-intensive, equipment intensive, information-intensive to knowledge -intensive changes to the composition of computer-based control, management, decision-making system plays a very important role undoubtedly. Automatic control technology is also a direct-action by the distributed control system developed to DCS, and the distributed control system has also experienced scattered by the control, management, decentralized, distributed control, centralized management and centralized control, centralized management and decentralized control, centralized management process. With computer technology,
the rapid development of communication technology, digital as a trend of industrial production process from the decision-making, management, monitoring layer has been penetrated into the field devices. The emergence of field-bus, the digital communication technology, and industrial process control systems and quickly occupied the last piece of territory, developed into an all-digital, wide open, interoperable control systems for a new type of field bus control system FCS. Extensive application of FCS control systems can significantly reduce the investment, significantly improve quality control. PLC based on field bus technology and computer monitoring system for effective control of the conveyor belt, conveyor belt that is fully equipped with a continuous, efficient, safe and pollution-free operating conditions, a mode of transport to replace the traditional mainstream of modern construction[1].
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- THE CONTROL SYSTEM DESIGN OF THE FLEXIBLE PRODUCTION LINE
- The process and control requirements of the flexible production line
The control process of flexible production line is the control process of the part manufacturing processes. Hybrid transmission line shows a variety of industrial logistics in the form of a typical conveyor line, including a belt-type conveyor chains, a roller conveyor chains, a speed chain and a 90-degree rotation translation conveyor for the connecting roller conveyor with speed chain. The conveyor line process is shown in Figure 1.
Figure 1. The parts conveyor line process
The Natural Science Finance of Shandong Province
978-1-4244-8039-5/11/$26.00 copy;2011 IEEE
When the part reaches theoutput belt, the part will begin to transport by the production line, the part will through the belt conveyor chain, the roller conveyor chain, the 90-degree rotation translation conveyor belt, the speed chain, and so on. Except the input/output conveyor belt, each production line has work sites, which is used for parts processing. The stay time of work sites can change by the usersrsquo; requirements.
The control requirements of the flexible production line: (1) starting. In order to avoid causing the part accumulation on the front conveyor line, it should be interval sequence started transport line in the opposite direction of the parts transferred;
- stop. In order to make sure no residual parts on the production line, it should be interval sequence stopped transmission parts in the direction of the parts transferred.
B. The control scheme design of the flexible production line
Currently, the more representative industry control ways are mainly in the following categories: relay control system, single chip control system, micro computer systems, and distributed control system.
For the control system of flexible production lines more stringent requirements is to control the precision. We can compare the relay control system with the PLC control system. The limit control, relay is the use of time delay relay action to achieve. Due to the time the relay is the use of air resistance, the semiconductor delay circuit to achieve the delay, so the timing accuracy is low, which is difficult to adjust the structure. And the ambient temperature changes and other factors on the timing accuracy will have a direct impact. The PLC is produced by the crystal oscillator frequency pulses repeated obtained by counting the time base pulse timing, timing range is typically 0.1 seconds, 0.01 seconds also, the accuracy is generally higher than 10 milliseconds, as long as required by the programmer into the time constant of the regular time setting can be achieved or changed. Generally it has a modern PLC timer and counter functions. And the PLC control compared with the MCU control mode, then, PLC MCU compiled language is relatively simple to learn. In industrial contro
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关于柔性生产线的设计及相关研究
Heng Zhang, Chi Gao
Electrical Department
Laiwu vocational and technical college
Shan dong, China
zhangheng_06@126.com
摘要—随着现代工业的迅速发展,生产过程中控制系统的规模继续扩大,这一发展对过程控制和生产管理系统提出了越来越高的要求。本文描述了一份依托于S7-200 PLC系统的生产线控制系统，并详细介绍了生产线控制系统的相关设计。该案例中柔性生产线的成功开发将大大减少生产过程中各种不确定因素,这将有助于实现自动化生产,提高柔性生产线的效率。
关键字—柔性生产线；控制系统；PLC
- 引文
随着现代工业的迅速发展,工业生产过程控制已经扩大,对日益复杂的过程控制及生产管理系统提出了越来越高的要求。工业生产由劳动密集型、设备密集、信息集成的组成向由计算机控制的知识密集型转化，其中管理、决策系统无疑起着非常重要的作用。自动控制技术也是由分布式控制系统（DCS）直接控制，同样经历了由分散控制分散管理到集中控制集中管理的过程。随着计算机技术、通信技术的迅速发展, 数字技术作为工业生产过程决策、管理、监控的重要依托已经深入到现场设备，成为一种趋势。现场总线的出现使得数字通信技术快速占领了工业过程控制系统的最后一块领地，当下工业控制系统已发展成一个全数字化、敞开的、可交互操作的一种新型现场总线控制系统（FCS）。FCS控制系统的广泛应用,可以大大减少投资,显著改善对产品质量的控制。由基于现场总线技术的PLC系统和计算机监控系统有效控制的传送带，完全配备一个连续、高效、安全、无污染的操作条件，这种运输模式已成为取代传统的现代生产线建设主流[1]。
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- 柔性生产线的控制系统设计
- 柔性生产线的流程和控制需求
柔性生产线的控制过程是生产过程的一部分。混合输电线路显示了各种工业物流形式的一个典型的输送线,包括带式输送机链,辊子输送机链、速度链和一个90度旋转平移输送机连接辊子输送机的速度链。输送线流程如图1所示。
当物料到达输出带时，将由生产线开始运输，物料将通过带式输送机链、辊子输送机链、90度旋转平移输送机传送带、速度链等等。除了输入/输出传送带,每个生产线有工作平台,用于零件加工。零件在工作平台的停留时间可以由用户的需求进行设定。
柔性生产线的控制要求: (1)启动。为了避免导致物料在输送线前端积累，应该间断向物料输送方向的反方向开启运输线路；(2)停止。为了确保在生产线上没有物料剩余，应该间断停止物料向输送方向的运输。
B. 柔性生产线的控制方案设计
目前,更具代表性工业控制方式主要有以下类别:继电器控制系统、单片机控制系统、微计算机系统和分布式控制系统。
柔性生产线的控制系统对控制精度有更严格的要求。我们可以比较继电器控制系统和PLC控制系统。在极限控制方面,继电器使用延时继电器达到控制目的。由于延
Figure 1. The parts conveyor line process
The Natural Science Finance of Shandong Province
978-1-4244-8039-5/11/$26.00 copy;2011 IEEE
时继电器是利用空气阻力,半导体延时电路实现延迟,所以定时精度低,难以调整结构。同时环境温度的变化和其他因素对定时精度也会有直接影响。PLC是由晶体振荡器重复产生频率脉冲，通过计算获得时基脉冲进而定时。定时范围通常是0.1秒,也有些0.01秒,精度一般高于10毫秒, 根据程序员设定的时间常数可以实现常规时间设定或改变。通常它有现代PLC定时器和计数器的功能，和PLC控制与单片机控制方式相比, PLC单片机汇编语言相对简单易学。在工业控制上，单片机汇编语言承担了编译语言的主要部分，同时控制系统还需要硬件和软件开发周期。PLC是专门为工业控制而设计的。在科学计算的微机应用方面，尽管数据处理和设计这两种技术得到使用,但由于对象和环境的不同,PLC与工业控制计算机系统相比,抗干扰能力强,并适应项目现场温度、湿度和环境要求。此外,它是为在工业控制中促进变化和项目而使用的专业语言。它有一个更完整的监测系统,但计算机系统需要配备更多外围设备。所以很明显,PLC电脑系统更适合简单的工业控制。
在PLC系统和机器的成本下降但需求增加的现状下，可以预期在大多数情况下PLC很快就会取代继电器控制。不论是否具备传统的继电器、接触器，在控制逻辑方面，现代通用微型计算机系统致力于控制单片机。它与PLC相比在工业控制也有明显的优势，特别是在对生产线的控制方面,PLC与前面的几个手段控制相比,它的优势如下:寿
命长；可靠性高；没有对环境的特殊要求；开发低成本、周期短；不需要特别的计算机软件和硬件的知识,可在短时间内掌握等优势。它的价格可以被普通用户所接受,所以它是现代机电控制设备的最佳选择。
生产线的基本作用是控制开关设备,如电动机的启动和停止,检测相关工序的位置, 所以采用PLC设计运输线能满足设计要求。运动控制电路的生产线是由控制器、位置开关、变频器、其他基本电气控制设备和使用s7 - 200 PLC系统的控制器组成。
根据运输线的要求，运动控制系统需要31个输入节点，19个输出节点。s7 - 200 CPU224有14个数字输入节点,10个数字输出节点; 这个PLC系统有7个扩展模块,为未来新增设计程序留下了储存空间。剩下的17个输入节点和9个输出节点需要扩展模块才可使用, 为了减少扩展的数量,我们使用两个数字输入扩展模块EM221、一个数字输出扩展模块EM222和一个数字输入/输出扩展模块, 这个配置和三输入三输出控制电路一样都是为了在将来能够完善控制电路而设计的。生产线控制方案如图2所示。
该生产线控制方案的主要设计思想是通过PC / PPI电缆完成从电脑到s7 - 200 CPU间PLC程序的传递，所以设计的程序可以交换任何类型的数据到核心处理器。同样的,核心处理器的数据将存储在数据缓冲区中定义的变量存储区域,并且可以发送到其他数据区域。通过数据传输,它可以实现对运输线的实时控制。
Figure 2. Control system diagram
C. 对电机控制的设计
生产线控制系统的主要功能是确保电动机的工作条件，使用电动机的工作来控制或不控制运输线工作取决于电动机工作时是否连接到了继电器。T**表示的是一个计时器，其作用是对物料在生产线上的停留时间进行计时。本设计选择接通延迟计时器;它的作用是连接电路。
D. PLC控制程序的设计
根据控制流程,这一部分的设计是对两种输电线路控制程序的简单介绍。
1)电动机控制的柔性生产线
当生产线开始工作时,PLC系统第一个进行扫描。当物料通过运输卡车进入输出线时，它应该判断带式输送机是否空载以便进行物料运输。如果带式输送机是空载状态(SQ3没有信号), 输出线将开始输送物料(KA1继电器关闭), 然后物料可以运输到带式输送机。当物料到达工作位置(SQ3发出信号), 电机将保持停机直到到达预设的物料停留时间, 这就意味着KA2继电器将被切断一段时间。当带式输送机上的物料完成加工后, 它将被送往角落机(KA1继电器关闭)。在物料被送至角机后(SQ4发出信号), 带式输送机的电动机将停止运行(KA2继电器将被关闭)。
出于节约能源的目的,如果生产线处于空载状态, 输送线将停止工作。因为输出线没有工作处理器, 它使输出线和带式输送机同时工作从而提高效率。所以它在程序设计上设置了输出线的电动机和带式输送机的电动机在同等条件下工作。
2)带式输送机的电机控制
为了精确控制电动机启动和停止, 在编程上, 它使用可改变状态的临近开关来定义一个新的变量。如以下项目4所示,当临近开关的灯关掉(SQ3从1到0), M0.0将被设定为1，这是电动机3的一种工作状态，意味着KA3继电器被关闭。当临近开关的灯亮起(SQ8从0到1), M0.0将被重置，这是电动机3的一个停止条件，意味着KA3继电器出于连通状态。
- 结论
本文提出利用PLC设计柔性生产线, 有利于提高控制系统的灵活性。控制系统的最大特点是利用s7 - 200梯形图编写控制程序。梯形图可以明确的展示一个观点,过程简单,容易理解,所以即使在学生们从来没有学过任何计算机语言的情况下，也可以通过教师的解释来快速了解程序。它可以激发学生的思维来编写更完美的控制程序。我的大学购买了一套设备旨在培养学生的操作能力，但是主控制程序的编写非常困难,所以通过PLC梯形图设计了相关程序。因此,在提高学生操作能力方面它具有积极的意义。
致谢
感谢山东省为作者的项目提供基金, 使得作者可以为柔性生产线完成机械结构和运动控制系统的设计。该基金是山东省自然科学基金。
参考文献
- Heng Zhang, Shukun Cao, “The PLC Control Program of the Continuous Sintering Furnace,” Industrial Heating, 2008, 37(2), pp. 21-23(In Chinese).
- Shu-kun Cao, Heng Zhang, etc. “Mechanical Structure and Motion Control System Design for Continuously Sintering Furnace,” ICACC2009, 2009.
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GBEM |
IOP Publishing |
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IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 186 (2018) 012020 |
doi:10.1088/1755-1315/186/4/012020 |
生物质压块燃料生产线控制系统的相关设计
Song-Li SUN1, a, Le-Ying ZHANG 1, Jing ZHU 1 and Dian-Xiang ZHU 1,2,b,*
- School of Intelligent Manufacturing, Taizhou Institute of SCI. amp; TECH., NUST., No. 8, East Meilan Road, Taizhou City, 225300, Jiangsu Province, China
- Department of Wood Science and Technology, Nanjing Forestry University, Nanjing, 210037, Jiangsu Province, China
asunsongli75@163.com bdixiang@163.com
*Corresponding author: Dian- Xiang ZHU, professor of Nanjing Forestry University, Ph.D. supervisor amp; professor of School of Intelligent Manufacturing, Taizhou Institute of Sci. amp; Tech. NUST., vice dean
摘要. 本文研究了生物质压块固体成型燃料的工艺,并确定了年产量6000吨的小型木球压块整体布局生产线。基于profibus - dp现场总线和s7 - 300 plc作为主要工具,提出了总体体系结构并对控制系统进行了详细设计。通过MCGS组态软件,完成了上位机远程监控系统的设计。最后,实现压块生产线的自动操作。
1. 概述
开发利用能源一直是人类努力和探索的方向, 随着经济的快速发展和能源的大量消耗, 环境保护和可再生清洁能源已逐渐成为新能源发展的主流。生物质固体成型燃料,俗称木粒,是指各种生物质原料通过专门的设备经干燥、破碎、在一定温度、湿度和压力条件下形成一定粒径,形成常规的形状的致密固体燃料, 如生物质颗粒燃料和生物质燃料[1]。作为一种生物质能木颗粒具有较高的燃烧效率，同时燃烧的排放物质,如灰尘、二氧化硫和二氧化碳与煤炭相比大大减少。作为传统的煤炭的“绿色替代”[2],它被广泛应用于北美和欧洲。
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资料编号：[2214]
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