基于西門子PLC的模擬自動化生產(chǎn)

本文基于光機電一體化實訓(xùn)設(shè)備，闡述了該設(shè)備的組成與原理、生產(chǎn)線控制要求以及為了滿足該控制要求而編寫的PLC順序功能圖及對應(yīng)的編程、設(shè)置的變頻器內(nèi)部參數(shù)和制作的人機界面。在項目的調(diào)試過程中，修改了很多編程、變頻器、觸摸屏以及硬件安裝上的缺陷，最終達(dá)到了全自動化生產(chǎn)與分揀的要求。

1.光機電一體化設(shè)備介紹

如圖1所示，亞龍YL-235A 型光機電一體化實訓(xùn)考核裝置由鋁合金導(dǎo)軌式實訓(xùn)臺、典型的機電一體化設(shè)備的機械部件、PLC 模塊單元、觸摸屏模塊單元、變頻器模塊單元、按鈕模塊單元、電源模塊單元、模擬生產(chǎn)設(shè)備實訓(xùn)模塊、接線端子排和各種傳感器等組成。整體結(jié)構(gòu)采用開放式和拆裝式，實訓(xùn)裝置用于機械部件組裝，可根據(jù)現(xiàn)有的機械部件組裝生產(chǎn)設(shè)備，也可添加機械部件組裝其他生產(chǎn)設(shè)備，使整個裝置能夠靈活的按要求組裝成具有模擬生產(chǎn)功能的機電一體化設(shè)備。模塊采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和抽屜式模塊放置架，互換性強。

2.整機工作流程及工作原理

如圖2所示，在觸摸屏上按啟動按扭后，裝置進行復(fù)位過程，當(dāng)裝置復(fù)位到位后，由PLC 啟動送料電機驅(qū)動放料盤旋轉(zhuǎn)，物料由送料盤滑到物料檢測位置，物料檢測光電傳感器檢測；如果送料電機運行若干秒鐘后，物料檢測光電傳感器仍未檢測到物料，則說明送料機構(gòu)已經(jīng)無物料或故障，這時要停機并報警；當(dāng)物料檢測光電傳感器檢測到有物料，將給PLC 發(fā)出信號，由PLC 驅(qū)動機械手臂伸出手爪下降抓物，然后手爪提升臂縮回，手臂向右旋轉(zhuǎn)到右限位，手臂伸出，手爪下降將物料放到傳送帶上，落料口的物料檢測傳感器檢測到物料后啟動傳送帶輸送物料，同時機械手按原來位置返回進行下一個流程；傳感器則根據(jù)物料的材料特性、顏色特性進行辨別，分別由PLC 控制相應(yīng)電磁閥使氣缸動作，對物料進行分揀。

3.西門子PLC S7-200順序功能圖

項目選定西門子PLC S7-200系列，根據(jù)項目工作流程寫出其順序功能圖，方便項目程序的編制，本次功能要求對應(yīng)的順序功能圖如圖3所示：

根據(jù)圖3所示的順序功能圖用起保停和移位寄存器指令的編程方式將整個程序編寫進入西門子STEP 7 MicroWin4軟件中，在計算機、PLC、變頻器和觸摸屏硬件通信及電源線都連接好的基礎(chǔ)上，根據(jù)控制要求調(diào)試程序。

4.西門子MM420變頻器的設(shè)置

利用基本操作面板（BOP）可以改變變頻器的各個參數(shù)。為了利用BOP設(shè)定參數(shù)，必須首先拆下SDP，并裝上BOP（參看MM420使用手冊），BOP具有7段顯示的五位數(shù)字，可以顯示參數(shù)的序號和數(shù)值，報警和故障信息，以及設(shè)定值和實際值。參數(shù)的信息不能用BOP存儲。表1表示由BOP操作時的工廠缺省設(shè)置值。

表1 用BOP操作時的缺省設(shè)置值

參數(shù)說明缺省值，歐洲（或北美）地區(qū)

P0100運行方式，歐洲/北美50Hz，kW（60Hz，hp）

P0307功率（電動機額定值）kW（hp）

P0310電動機的額定頻率50Hz（60Hz）

P0311電動機的額定速度1395（1680）rpm[決定于變量]

P1082最大電動機頻率50Hz（60Hz）

5.人機界面HMI的應(yīng)用

本項目中選用的是步科MT5300T觸摸屏，為了能使用該設(shè)備，在計算機中必須安裝EV5000的軟件和驅(qū)動，安裝完畢后，在硬件與PLC通訊連接成功的基礎(chǔ)上打開該軟件，新建項目，根據(jù)要求設(shè)置需要的界面和功能，本項目根據(jù)要求需要設(shè)置的界面如下圖所示：

圖4中運行指示、停止指示、報警指示為指示燈，當(dāng)設(shè)備分別處于運行狀態(tài)、停止?fàn)顟B(tài)時前兩個燈會對應(yīng)處于亮滅狀態(tài)、而當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)緊急情況時報警指示燈會根據(jù)要求常亮或者閃爍；啟動按鈕和停止按鈕分別控制設(shè)備的啟動和停止；退出主畫面這個按鈕用來做畫面的切換。觸摸屏的使用戶操作更簡便快捷。

6.調(diào)試及總結(jié)

在調(diào)試設(shè)備的過程中遇到了很多問題，例如傳感器的安裝位置及精度調(diào)節(jié)、變頻器控制電機速度的調(diào)節(jié)、觸摸屏通訊連接及項目下載中遇到的問題以及程序本身的邏輯錯誤等問題，這些問題都被一一解決，最終使設(shè)備能按照控制要求順利實現(xiàn)自動化，從而模擬工廠自動化生產(chǎn)，這對我們進一步探索更為復(fù)雜的實際生產(chǎn)提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。