基于西門子PLC技術(shù)的機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)

房 健杭州水處理技術(shù)研究開發(fā)中心有限公司

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基于西門子PLC技術(shù)的機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)

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PLC通過計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化操控，具有高可靠性、穩(wěn)定性，同時(shí)隨著相關(guān)技術(shù)發(fā)展，通過PLC技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)故障監(jiān)控以及診斷等控制功能，由此可見，通過PLC技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效提升設(shè)備的自動(dòng)化操控性能，并保證系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。以下本文就以西門子系列PLC系統(tǒng)為例，對(duì)PLC在機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)中的應(yīng)用展開探討，具體如下。

西門子PLC系統(tǒng)

西門子PLC系統(tǒng)概述

目前市面常見西門子PLC系統(tǒng)包括S7-200（微型PLC系統(tǒng)）、S7-300（小規(guī)模高性能型）以及S7-400（高性能型）等，西門子研發(fā)的PLC系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)體積小、運(yùn)行速度快、反應(yīng)迅速等優(yōu)勢(shì)，并具有網(wǎng)絡(luò)通訊等拓展功能，在機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，還可與通過網(wǎng)絡(luò)通信、視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控等實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展，進(jìn)一步增強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效能。

工作原理

一套完整的PLC系統(tǒng)通常由CPU、輸入及輸出模塊、接觸器、傳輸裝置、按鈕開關(guān)、電氣電路以及外界拓展設(shè)備等所構(gòu)成。首先由編程人員在計(jì)算機(jī)通過PLC軟件編輯程序，設(shè)置操作與控制方案，CPU是PLC系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)cpu根據(jù)程序指令，進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行，如電機(jī)、傳感器、輸送裝置等都可以通過PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。此外西門子系統(tǒng)還可與遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并通過現(xiàn)場(chǎng)收集系統(tǒng)收集運(yùn)行中的相關(guān)參數(shù)，通過運(yùn)行參數(shù)分析故障的成因，從而在自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上通過功能拓展，提升

了故障維修效率，強(qiáng)化了系統(tǒng)的安全性。

西門子plc技術(shù)在機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

在開關(guān)量控制方面的應(yīng)用

開關(guān)量的控制是PLC技術(shù)在機(jī)械設(shè)備控制中的基本應(yīng)用功能，通過所編寫的程序，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量控制，此外還能夠根據(jù)程序?qū)崿F(xiàn)可靠的順序控制。最初的PLC系統(tǒng)只能對(duì)某臺(tái)設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)的開關(guān)量啟動(dòng)、停止控制。隨著技術(shù)的不斷完善，西門子PLC系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)對(duì)多臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)同步控制。

在控制參數(shù)方面的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中，需要時(shí)常關(guān)注運(yùn)行 過程中的溫度、濕度以及壓力等相關(guān)參數(shù)，如果這些參數(shù)偏離正常范圍，那么將可對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量帶來一系列影響，并可引發(fā)安全事故，因此機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中，需要嚴(yán)格控制相關(guān)運(yùn)行參數(shù)。Plc技術(shù)在這方面的作用十分顯著，除了通過現(xiàn)場(chǎng)信息采集、分析、數(shù)據(jù)傳輸?shù)瓤煽焖俦O(jiān)測(cè)當(dāng)前的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，但此種方式主要是在出現(xiàn)參數(shù)異常后，才能檢測(cè)出運(yùn)行故障，即便傳輸速度再快，也會(huì)產(chǎn)生一定損失。針對(duì)這一問題，Plc還可根據(jù)程序進(jìn)行模擬運(yùn)算，預(yù)先計(jì)算出得出相關(guān)參數(shù)的模擬值及變化范圍，根據(jù)模擬結(jié)果分析程序的可靠性，如果參數(shù)模擬值偏離正常范圍，就可在沒有正式操作前修改程序，直至模擬結(jié)果滿足運(yùn)行要求為止。

在集中控制與分布控制方面的應(yīng)用

通過PLC技術(shù)科實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的集中控制，主要實(shí)現(xiàn)方式是將一個(gè)配置較強(qiáng)的PLC系統(tǒng)作為主系統(tǒng)，由這一系統(tǒng)同時(shí)控制多個(gè)設(shè)備，這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)作軌跡具有較強(qiáng)聯(lián)系，才可實(shí)現(xiàn)集中控制。此種控制模式成本較低，但因?yàn)榧锌刂葡到y(tǒng)中的各個(gè)下級(jí)設(shè)備其運(yùn)作都存在較大聯(lián)系，因此一旦其中一臺(tái)發(fā)生故障，將會(huì)造成范圍小影響，并需要停止中央PLC系統(tǒng)，這也是此種模式較為顯著的缺陷。針對(duì)此種問題，一些單位采用分布式控制模式，此種模式的主要特點(diǎn)是每臺(tái)設(shè)備都有專管的PLC系統(tǒng)，各PLC系統(tǒng)單獨(dú)對(duì)各自負(fù)責(zé)的設(shè)備進(jìn)行管控，如果在運(yùn)行過程中某臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障，也不會(huì)對(duì)別的設(shè)備造成影響。

圖1 基于西門子PLC系統(tǒng)的抓取運(yùn)送機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

基于西門子PLC技術(shù)的機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)實(shí)例研究

案例概述

本文列舉的案例為生產(chǎn)線物料抓取運(yùn)送設(shè)備，其結(jié)構(gòu)包括氣動(dòng)抓取器、氣缸以及電磁閥等，見圖1。其運(yùn)作流程主要是當(dāng)物料通過傳送到傳到抓取部位后，抓取器下降，并夾住物料，夾緊后，上升并旋轉(zhuǎn)到預(yù)先設(shè)定的物料箱位置上方，之后下降松夾，完成抓取放料過程后，上升并旋轉(zhuǎn)回傳送帶的方向，等下一個(gè)物料到達(dá)抓取位置，以此固定流程循環(huán)操作。

設(shè)備中的磁性傳感器主要是用來檢測(cè)氣缸及物料的位置信息，當(dāng)氣缸及物料到達(dá)設(shè)定位置后，傳感器會(huì)向PLC系統(tǒng)發(fā)送到位信號(hào)，PLC系統(tǒng)收到信號(hào)后，會(huì)立即執(zhí)行操作夾取操作程序，使導(dǎo)桿氣缸、氣動(dòng)手爪、旋轉(zhuǎn)氣缸根據(jù)預(yù)先設(shè)定進(jìn)行操作。

西門子PLC在機(jī)械設(shè)備中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

PLC作為設(shè)備的核心控制裝置，除基本的變成功能外，還會(huì)在控制過程中，通過輸入與輸出模塊，接受位置信號(hào)，下達(dá)控制指令，整個(gè)控制過程，本設(shè)計(jì)選用S7-200型西門子PLC系統(tǒng)，CPU電壓24V，結(jié)構(gòu)見下圖。

圖2 基于西門子PLC技術(shù)的機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)控制回路結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)采用西門子S7-200型號(hào)的PLC系統(tǒng)，因本設(shè)備的主要操作都是通過氣缸帶動(dòng)的，所以PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心是與氣缸形成控制回路，通過傳感器進(jìn)行位置感應(yīng)，由PLC程序?qū)崿F(xiàn)氣缸的邏輯控制，如氣缸伸出、縮回等操作，并由傳感器檢測(cè)氣缸的位置情況，看其是否達(dá)到設(shè)計(jì)位置，如果達(dá)到指定位置，則會(huì)由傳感器向plc系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)，收到信號(hào)后，進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的邏輯控制。抓取器手爪是由電器閥操控，當(dāng)電磁閥通電后，手爪夾緊，斷電后，手爪張開，針對(duì)手爪的PLC控制，即使通過程序控制手爪電磁閥的通電開關(guān)，實(shí)現(xiàn)夾緊或張開操作。

以往該單位生產(chǎn)線抓取工作主要為人工操作，單位需要投入大量人力成本，且工作強(qiáng)度大，生產(chǎn)人員在運(yùn)作過程中，時(shí)常出現(xiàn)人為操作失誤，影響生產(chǎn)效率。針對(duì)此類問題，該單位通過結(jié)合西門子PLC技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，大大提升了生產(chǎn)效率，解放人力，縮減投入，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，并避免了人為操作失誤等因素，取得效益提升，值得推廣與借鑒。

結(jié)束語

通過PLC技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效提升設(shè)備的自動(dòng)化操控效率。綜上所述，本文首先對(duì)西門子PLC系統(tǒng)進(jìn)行概述，探討了其基本運(yùn)作原理，之后分別從開關(guān)量控制、參數(shù)控制、集中控制、分布控制探討了PLC在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用，最后結(jié)合實(shí)際案例，對(duì)基于西門子PLC技術(shù)的機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用展開探討，希望能為相關(guān)人士提供些許參考。

10.3969/j.issn.101- 8972.2016.12.008