抛光机在对工件进行抛光的过程中，抛光带和工件之间应该保持适当的压力，这个压力即不能太大，同时也不要过小。主要原因是当压力过大的情况下，容易导致抛光带的寿命下降，严重可能会使抛光带断裂失效；压力如果太小，就无法保证工件的抛光精度，从而会造成抛光质量的下降。所以，对抛光带和工件的压力进行精度的控制是十分重要的。
气压传动属于一种能够实现工业自动化的现代化技术，具有易于推广的特点，气压系统的动力传递介质是空气，因此，利用气动系统对环境造成的污染非常小，而且容易在工程中实现。PLC这种自动控制产品具有功能强大、编程简单、可靠性较高的特点，因此这两项技术在抛光机中进行合理的应用就可以提高工件抛光质量。能够看出，如果想控制抛光带和工件之间的压力，必须控制气缸的压力。
对于气动系统控制，特别是在小流量的条件下，控制具有非线性的特点，并且具有较大的不确定性，这是由于气体具有粘性和可压缩性的缘故。另外气动系统的负载也具有不确定性，同样也能够导致整个系统的不确定性，因此，在进行PLC控制时，应该配备相应的智能算法，从而提高抛光机气动系统的可靠性。
1 PLC控制模型的建立
1.1 控制对象模型
在设计PLC控制器时，首先应该确定被控对象的模型。笔者采用产生式规则模式，其表达式为：
IF<CONDITl0N>THEN<ACTl0N>
抛光机气动系统在工作过程中气体压力的变化规律以及控制过程中误差的变化规律分别如图2和图3所示。
Ps表示预先设定的压力大小；pa表示实际测量的压力大小。
Pge，Pgr，Pce，Per分别代表了以预先设定压力大小为基准的上、下两个压力范围的极限，ME，MR，MY，QY，QR，QE分别代表了误差大小的压力变化范围。因为系统存在不同的控制方向，当系统进入控制状态后，误差范围(QE)比较大时，对气缸加压，控制输出用Yd表示(设定值为1时输出为最大)，K·Yd代表误差范围(QR)比较小的情况下的控制输出，0<K<1；当误差范围(ME)比较大时，将气缸的压力减少，在这种情况下控制输出用Ya来表示(设定值为l表示最大输出)，K·Ya代表误差范围(MR)比较小时的控制输出。
1.2 PLC控制器算法的设计
因为计算机属于一种采样控制，仅仅能按照采样时的偏差大小来对控制量进行计算，所以应该对其进行离散化。设E(J)代表采样点预计压力和实际测量压力大小的差，E(j-1)、E(j-2)分别代表了前一个，前两个采样时刻的误差大小，△E(j)、△E(j)分别代表了误差的改变量，u(j)、u(j-1)表示第，次、第j-1次的控制输出。
在利用PLC进行气动系统控制时，当E(j)>0时，将打开加压通道；当E(j)<0时，将打开减压通道，接着对相应的高速电磁阀门进行调节完成控制。N1，N2分别代表误差界限，并且N1>N2，PLC控制器算法如下：
(1)当E(j)≥N2时，表明误差比较大，此时，应该利用PLC控制器进行干预控制，从而能够使误差绝对值向着较小的方向变化，进而能够使误差的绝对值降低，PLC控制器的输出：
(2)当E(J)<N2时，此时误差有继续增大的趋势，绝对值并不是很大，在这种情况下可以利用PLC控制器对其进行一般的控制，改变误差变化的趋势，使误差绝对值能够减少就达到了目的，此时PLC控制器的输出为：
示增益放大系数,j1>1；j2表示抑制系数，0<j2<1；j表示控制周期序号。
2 气动系统的设计
抛光机气动系统主要的组成部分有1个气缸、两个单向截流阀、1个压力传感器、2个高速电磁阀、1个二位五通换向阀、1个气源调节装置与截止阀。该气动系统的工作原理如下：
(1)图中给出的是各个阀门的初始状态，关闭了所有高速电磁阀门，二位五通换向阀位于右侧；
(2)通过计算机给定初始的压力大小，同时给二位五通换向阀供气；
(3)通过计算机控制高速电磁阀2的开度大小，进而开始加压，压力传感器将测量出来的气缸压力值实时地经过A／D转换器传输给计算机，计算机可以将实际测量的压力值与预先设定的压力值进行比较，进而PLC控制器依据智能算法控制高速电磁阀的启闭，这样就可以及时地调节气缸的压力，满足工作要求。当气缸内压力小于预先设定的压力值时，通过计算机控制高速电磁阀2来进行加操作；当气缸压力大于预先设定的压力值时，高速电磁阀2将被关闭，计算机对高速电磁阀1进行控制，达到降低压力的目的；
(4)工作结束后，计算机控制二位五通换向阀移动到左侧，同时将高速电磁阀2关闭，高速电磁阀l打开，气缸带动抛光机收回。
3 PLC控制系统的硬件设计
抛光机的PLC控制系统主要包括：高速电磁阀控制器、换向阀控制器、计算机、A／D转换器和PLC。PLC采用是S7-300系列，主要模块有以下几个：电源模块、信号模块、功能模块、接口模块和通讯处理器都安装在抛光机的导轨上。
3.1 S7-300 PLC的硬件配置
(1)电源模块主要包括：1个6ES7 307-IEA(X)-0AA0，输入电压的大小为120／230VAC，能够提供输出24V／5ADC电源；
(2)CPU模块主要包括：1个6ES7 3 15-2AGl0-0AB0，128 kB的RAM，128 kB的MMC用来存储程序，MMC能够达到8 MB，内置RS485接口等；
(3)A／D变换模块：选用6ES7 331-7KB02-OABOl块，模拟量输入分为两路，具有15位的分辨率。
3.2 高速电磁阀的控制
根据气缸的压力变化误差对高速电磁阀进行智能控制，本系统采用交流变频调速器，可以调节高速电磁阀的开度。变频器的启动和停止需要通过PLC的扩展I／O接口进行控制，因为变频器调速电机的转速和变频器的输入控制电压按比例变化，所以，利用PLC的D／A转换器可以调节变频器控制电机的转速，PLC可以经过高速电磁阀的控制使抛光机满足工艺要求。
4 PLC控制系统的软件设计
抛光机PLC软件程序的开发工具为CADEPA，该工具的核心为Grafcet，该工具属于基于顺序功能图编程，并且针对PLC的软件开发平台。根据计算机的控制指令，PLC可以执行气缸内压力的检测、高速电磁阀的开度控制和换向阀的控制，从而可以控制抛光轮和工件间的压力，提高抛光质量。利用该PLC软件开发平台，能够完成控制程序的编制、数据库文件的生成、在线监控等管理工作，相对于梯形图语言，具有简便、高效的特点。
5 结论
本文主要研究了基于PLC控制的抛光机气动系统的控制算法、控制原理、控制系统的软件和硬件的设计。可以实现对抛光机气动系统的压力的实时地监控。经过实践表明，该控制系统使用便捷、运行安全可靠、具有较强的抗干扰能力。
(审核编辑: 智汇张瑜)
