拋光機在對工件進行拋光的過程中，拋光帶和工件之間應該保持適當的壓力，這個壓力即不能太大，同時也不要過小。主要原因是當壓力過大的情況下，容易導致拋光帶的壽命下降，嚴重可能會使拋光帶斷裂失效；壓力如果太小，就無法保證工件的拋光精度，從而會造成拋光質量的下降。所以，對拋光帶和工件的壓力進行精度的控制是十分重要的。

氣壓傳動屬于一種能夠實現工業自動化的現代化技術，具有易于推廣的特點，氣壓系統的動力傳遞介質是空氣，因此，利用氣動系統對環境造成的污染非常小，而且容易在工程中實現。PLC這種自動控制產品具有功能強大、編程簡單、可靠性較高的特點，因此這兩項技術在拋光機中進行合理的應用就可以提高工件拋光質量。能夠看出，如果想控制拋光帶和工件之間的壓力，必須控制氣缸的壓力。

　　對于氣動系統控制，特別是在小流量的條件下，控制具有非線性的特點，并且具有較大的不確定性，這是由于氣體具有粘性和可壓縮性的緣故。另外氣動系統的負載也具有不確定性，同樣也能夠導致整個系統的不確定性，因此，在進行PLC控制時，應該配備相應的智能算法，從而提高拋光機氣動系統的可靠性。

1 PLC控制模型的建立

　　1.1 控制對象模型

　　在設計PLC控制器時，首先應該確定被控對象的模型。筆者采用產生式規則模式，其表達式為：

　　IF<CONDITl0N>THEN<ACTl0N>

　　拋光機氣動系統在工作過程中氣體壓力的變化規律以及控制過程中誤差的變化規律分別如圖2和圖3所示。　　

Ps表示預先設定的壓力大小；pa表示實際測量的壓力大小。

　　P_ge，P_gr，P_ce，P_er分別代表了以預先設定壓力大小為基準的上、下兩個壓力范圍的極限，ME，MR，MY，QY，QR，QE分別代表了誤差大小的壓力變化范圍。因為系統存在不同的控制方向，當系統進入控制狀態后，誤差范圍(QE)比較大時，對氣缸加壓，控制輸出用Y_d表示(設定值為1時輸出為最大)，K·Y_d代表誤差范圍(QR)比較小的情況下的控制輸出，0<K<1；當誤差范圍(ME)比較大時，將氣缸的壓力減少，在這種情況下控制輸出用Y_a來表示(設定值為l表示最大輸出)，K·Y_a代表誤差范圍(MR)比較小時的控制輸出。

　　1.2 PLC控制器算法的設計

　　因為計算機屬于一種采樣控制，僅僅能按照采樣時的偏差大小來對控制量進行計算，所以應該對其進行離散化。設E(J)代表采樣點預計壓力和實際測量壓力大小的差，E(j-1)、E(j-2)分別代表了前一個，前兩個采樣時刻的誤差大小，△E(j)、△E(j)分別代表了誤差的改變量，u(j)、u(j-1)表示第，次、第j-1次的控制輸出。

　　在利用PLC進行氣動系統控制時，當E(j)>0時，將打開加壓通道；當E(j)<0時，將打開減壓通道，接著對相應的高速電磁閥門進行調節完成控制。N₁，N₂分別代表誤差界限，并且N₁>N₂，PLC控制器算法如下：

　　(1)當E(j)≥N₂時，表明誤差比較大，此時，應該利用PLC控制器進行干預控制，從而能夠使誤差絕對值向著較小的方向變化，進而能夠使誤差的絕對值降低，PLC控制器的輸出：

　　(2)當E(J)<N₂時，此時誤差有繼續增大的趨勢，絕對值并不是很大，在這種情況下可以利用PLC控制器對其進行一般的控制，改變誤差變化的趨勢，使誤差絕對值能夠減少就達到了目的，此時PLC控制器的輸出為：

　　示增益放大系數,j₁>1；j₂表示抑制系數，0<j₂<1；j表示控制周期序號。

2 氣動系統的設計

　　拋光機氣動系統主要的組成部分有1個氣缸、兩個單向截流閥、1個壓力傳感器、2個高速電磁閥、1個二位五通換向閥、1個氣源調節裝置與截止閥。該氣動系統的工作原理如下：

　　(1)圖中給出的是各個閥門的初始狀態，關閉了所有高速電磁閥門，二位五通換向閥位于右側；

　　(2)通過計算機給定初始的壓力大小，同時給二位五通換向閥供氣；

　　(3)通過計算機控制高速電磁閥2的開度大小，進而開始加壓，壓力傳感器將測量出來的氣缸壓力值實時地經過A／D轉換器傳輸給計算機，計算機可以將實際測量的壓力值與預先設定的壓力值進行比較，進而PLC控制器依據智能算法控制高速電磁閥的啟閉，這樣就可以及時地調節氣缸的壓力，滿足工作要求。當氣缸內壓力小于預先設定的壓力值時，通過計算機控制高速電磁閥2來進行加操作；當氣缸壓力大于預先設定的壓力值時，高速電磁閥2將被關閉，計算機對高速電磁閥1進行控制，達到降低壓力的目的；

　　(4)工作結束后，計算機控制二位五通換向閥移動到左側，同時將高速電磁閥2關閉，高速電磁閥l打開，氣缸帶動拋光機收回。

3 PLC控制系統的硬件設計

　　拋光機的PLC控制系統主要包括：高速電磁閥控制器、換向閥控制器、計算機、A／D轉換器和PLC。PLC采用是S7-300系列，主要模塊有以下幾個：電源模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊和通訊處理器都安裝在拋光機的導軌上。

　　3.1 S7-300 PLC的硬件配置

　　(1)電源模塊主要包括：1個6ES7 307-IEA(X)-0AA0，輸入電壓的大小為120／230VAC，能夠提供輸出24V／5ADC電源；

　　(2)CPU模塊主要包括：1個6ES7 3 15-2AGl0-0AB0，128 kB的RAM，128 kB的MMC用來存儲程序，MMC能夠達到8 MB，內置RS485接口等；

　　(3)A／D變換模塊：選用6ES7 331-7KB02-OABOl塊，模擬量輸入分為兩路，具有15位的分辨率。

　　3.2 高速電磁閥的控制

　　根據氣缸的壓力變化誤差對高速電磁閥進行智能控制，本系統采用交流變頻調速器，可以調節高速電磁閥的開度。變頻器的啟動和停止需要通過PLC的擴展I／O接口進行控制，因為變頻器調速電機的轉速和變頻器的輸入控制電壓按比例變化，所以，利用PLC的D／A轉換器可以調節變頻器控制電機的轉速，PLC可以經過高速電磁閥的控制使拋光機滿足工藝要求。

4 PLC控制系統的軟件設計

　　拋光機PLC軟件程序的開發工具為CADEPA，該工具的核心為Grafcet，該工具屬于基于順序功能圖編程，并且針對PLC的軟件開發平臺。根據計算機的控制指令，PLC可以執行氣缸內壓力的檢測、高速電磁閥的開度控制和換向閥的控制，從而可以控制拋光輪和工件間的壓力，提高拋光質量。利用該PLC軟件開發平臺，能夠完成控制程序的編制、數據庫文件的生成、在線監控等管理工作，相對于梯形圖語言，具有簡便、高效的特點。

5 結論

　　本文主要研究了基于PLC控制的拋光機氣動系統的控制算法、控制原理、控制系統的軟件和硬件的設計。可以實現對拋光機氣動系統的壓力的實時地監控。經過實踐表明，該控制系統使用便捷、運行安全可靠、具有較強的抗干擾能力。