全自動鋼管表面除銹機(jī)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】本文介紹了全自動鋼管表面除銹機(jī)的仿真。下位機(jī)采用PLC對整個(gè)系統(tǒng)的上料、除銹、下料、吸塵的過程進(jìn)行控制，上位機(jī)采用WinCC組態(tài)軟件對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過下位機(jī)與上位機(jī)之間的通訊可以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)全自動鋼管表面除銹機(jī)的自動控制。

【關(guān)鍵詞】WinCC;PLC;表面除銹機(jī)

引言

傳統(tǒng)的手工除銹發(fā)現(xiàn)不僅工作效率低，而且對環(huán)境和工作人員的身體都有很大的危害。全自動鋼管表面除銹機(jī)的問世，解決了工作效率、對環(huán)境和工作人員的身體危害的弊端。本系統(tǒng)中下位機(jī)采用西門子S7-300可編程控制器（PLC）對除銹機(jī)上料、接料、除銹、下料、除塵等過程進(jìn)行控制，上位機(jī)采用WinCC組態(tài)軟件對上述過程實(shí)施監(jiān)控，對整個(gè)過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、整理、保存以及處理。上位機(jī)與下位機(jī)的通訊連接，就能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。

1.總體設(shè)計(jì)

全自動鋼管表面除銹機(jī)的程序流程如圖1所示。鋼管送到工作位后，通過主軸電動機(jī)帶動其轉(zhuǎn)動。工作臺上的鋼刷通過電機(jī)前后運(yùn)動摩擦掉鋼管表面的銹跡，通過縱向電機(jī)使鋼刷的工作臺縱向從右向左移動將整個(gè)鋼管表面的銹跡去除干凈。當(dāng)工作臺移動至最左邊時(shí)，縱向電機(jī)停止，工作臺的鋼刷電機(jī)也停止，鋼管由工作位被送走?？v向電機(jī)轉(zhuǎn)動將工作臺移動至最右端的工作準(zhǔn)備位置。

圖1 程序流程圖

2.下位機(jī)設(shè)計(jì)

PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的控制器，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。中

央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù);檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。

2.1 PLC選型

根據(jù)全自動鋼管表面除銹機(jī)的系統(tǒng)控制的要求，以及實(shí)際情況和性價(jià)比方面考慮。由于全自動鋼管表面除銹機(jī)的控制系統(tǒng)涉及比較多的輸入、輸出口，控制過程比較復(fù)雜，控制和操作以及保護(hù)信號太多，選擇S7-300系列的標(biāo)準(zhǔn)型PLC-CPU315-2DP。該P(yáng)LC能夠滿足34個(gè)近控高靈敏度的接近開關(guān)作為行程監(jiān)控、保護(hù)位置、工序轉(zhuǎn)步的檢測元件，配以各種輸入主令開關(guān)及輸出控制上。

2.2 I/O模塊及電源模塊選型

數(shù)字I/O模塊包括用于S7-300的數(shù)字輸入和輸出，通過這些模塊，可將數(shù)字傳感器和執(zhí)行單元與S7-300相連，它具有優(yōu)化配合和連接過程靈活的優(yōu)勢。模塊安裝在DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，通過總線連接器與相鄰的模塊相連，沒有插槽規(guī)則，其地址由插槽決定。根據(jù)實(shí)際情況確定控制輸入變量的個(gè)數(shù)為16個(gè)，輸出的變量個(gè)數(shù)為18個(gè)。所以這里選擇兩片16點(diǎn)DI輸入模塊就完全可以滿足系統(tǒng)要求。輸出選用一片16 點(diǎn)就滿足系統(tǒng)要求。

外部低壓器件選擇外接24直流電源供電，電源模塊只需負(fù)責(zé)CPU模塊和DI模塊的供電，所以PS 307 10A電源模塊滿足系統(tǒng)要求，確定訂貨號為6ES7 307-1KA01-0AA0。

2.3 硬件配置

首先，按要求在中創(chuàng)建一個(gè)新的項(xiàng)目，在SIMATIC Manager 界面中選擇新建向?qū)?，逐步建立任?wù)所要求的項(xiàng)目。創(chuàng)建項(xiàng)目完成后，根據(jù)系統(tǒng)要求配置硬件。選擇生成的站，雙擊硬件圖標(biāo)，在硬件組態(tài)工具HW Config中插入一條導(dǎo)軌。在導(dǎo)軌上插入電源模塊，CPU模塊和輸入輸出模塊，其中電源模塊置于第一個(gè)插槽，CPU置于第二個(gè)插槽，因?yàn)闆]有通信模塊所以第三個(gè)插槽為空。硬件配置完畢后，在S7程序中選擇符號圖標(biāo)，創(chuàng)建符號表，分配系統(tǒng)資源。根據(jù)STEP7向?qū)б徊讲竭M(jìn)行項(xiàng)目的建立，最后得到的除銹機(jī)資源分配如圖2所示。

圖2 除銹機(jī)的控制資源分配

3.上位機(jī)設(shè)計(jì)

如果想要使設(shè)備和機(jī)器最優(yōu)化運(yùn)行，如果想要最大程度地提高工廠的可用性和生產(chǎn)效率，WinCC便當(dāng)是上乘之選。它的多功能，通用的應(yīng)用程序，適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案;多語言支持，全球通用;可以集成到所有自動化解決方案內(nèi);內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡單、有效地進(jìn)行組態(tài);可基于Web持續(xù)延展，采用開放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡便;集成的Historian 系統(tǒng)作為IT 和商務(wù)集成的平臺;可用選件和附加件進(jìn)行擴(kuò)展 ;“全集成自動化” 的組成部分，適用于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。WinCC集生產(chǎn)自動化和過程自動化于一體，實(shí)現(xiàn)了相互之間的整合，這在大量應(yīng)用和各種工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例中業(yè)已證明。

4.結(jié)論

本文主要闡述了基于WinCC的全自動鋼管表面除銹機(jī)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了利用PLC對系統(tǒng)的上料、除銹、下料、吸塵的控制，利用WinCC組態(tài)軟件對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了除銹機(jī)的自動化管理，可根據(jù)現(xiàn)場的異常情況進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警，從而全面實(shí)現(xiàn)了所需的各項(xiàng)指標(biāo)和技術(shù)要求。本系統(tǒng)能顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)和參數(shù)，能對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，具有實(shí)時(shí)報(bào)警、報(bào)警記錄和歷史報(bào)警查詢等功能。

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作者簡介：劉麒（1980—），男，吉林延吉人，講師，吉林化工學(xué)院信控分院測控技術(shù)與儀器系系主任，研究方向：主動控制及儀器儀表。