關(guān)于生產(chǎn)流水線電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張東福 殷碩

摘要：本文設(shè)計(jì)了基于PLC的生產(chǎn)流水線電氣控制系統(tǒng)，這種集變頻啟動(dòng)、PLC、現(xiàn)代控制理論于一體的新型流水線自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)智能控制，使生產(chǎn)流水線與主機(jī)的自動(dòng)化水平相同，有利于自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)流水線；PLC；電氣控制系統(tǒng)

生產(chǎn)流水線主要是指在一定線路上連續(xù)輸送貨物的一種搬運(yùn)機(jī)械，在產(chǎn)品加工、分揀及運(yùn)輸過程中起著重要的作用。目前，我國(guó)多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)流水線均采用PLC進(jìn)行自動(dòng)化控制，簡(jiǎn)化了接線過程，便利了設(shè)備維護(hù)，真正實(shí)現(xiàn)了少人值班甚至無(wú)人值班，提高了生產(chǎn)效率。為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流水線的自動(dòng)化控制，應(yīng)實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜穩(wěn)定的功能，如：各機(jī)構(gòu)預(yù)定的各個(gè)程序應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，工件上下料、定位夾緊等均應(yīng)自動(dòng)化，基于此，PLC在工業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)越發(fā)凸顯。

1生產(chǎn)流水線所需元件概述

落料光電傳感器主要用來(lái)檢測(cè)傳輸帶上是否有物料，并將檢測(cè)信號(hào)傳輸給PLC，PLC對(duì)信號(hào)進(jìn)行判斷，若傳輸帶上存在物料，則PLC將信息傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)利用網(wǎng)絡(luò)對(duì)電氣系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制，流水線傳輸帶啟動(dòng)。放料孔主要定位物料落料，使物料落在準(zhǔn)確位置。金屬料槽主要用來(lái)放置金屬物料。塑料槽主要用來(lái)放置非金屬物料。電感式傳感器用來(lái)檢測(cè)金屬材料，檢測(cè)距離約在3mm-5mm之間。電容式傳感器主要用來(lái)檢測(cè)非金屬材料，檢測(cè)距離約在5mm-10mm之間。三相異步電機(jī)為流水線不可缺少的部分，用來(lái)驅(qū)動(dòng)傳輸帶轉(zhuǎn)動(dòng)，元件開啟或閉合受控于變頻器。推料氣缸元件開啟后，能夠自動(dòng)將物料推入料槽，受控于雙向電控氣閥。要想實(shí)現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化，生產(chǎn)流水線應(yīng)首先具備自動(dòng)化功能。由流水線所需的各項(xiàng)設(shè)備作用可以看出，生產(chǎn)流水線完全具備無(wú)人工下的自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)功能。

2生產(chǎn)流水線電氣控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

2.1電氣控制系統(tǒng)功能分析

PLC的有效應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制，在無(wú)人工干預(yù)下，生產(chǎn)流水線自動(dòng)運(yùn)行，可完成全部生產(chǎn)動(dòng)作。注意：為實(shí)現(xiàn)流水線全過程的自動(dòng)化，設(shè)計(jì)人員在PLC編程過程中，應(yīng)將生產(chǎn)流水線的全部動(dòng)作進(jìn)行編程控制。為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流水線的自動(dòng)化、智能化控制，設(shè)計(jì)人員應(yīng)首先對(duì)電氣控制系統(tǒng)、流水線、PLC及其他機(jī)電裝備的工作參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)等信息進(jìn)行獲取，傳感器能夠獲取準(zhǔn)確、有效地?cái)?shù)據(jù)參數(shù)，因此，在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，傳感器是必不可缺的元件。在傳感器對(duì)生產(chǎn)流水線相關(guān)參數(shù)采集完畢后，應(yīng)利用網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，對(duì)此，上位機(jī)應(yīng)具備數(shù)據(jù)管理功能，能夠?qū)κ盏降臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行編輯加工，進(jìn)而通過人機(jī)交互合理表達(dá)數(shù)據(jù)信息，供工作人員獲取信息。為實(shí)現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，遠(yuǎn)程控制是不可缺少的部分。該項(xiàng)功能的主要表現(xiàn)如下：上位機(jī)利用網(wǎng)絡(luò)發(fā)布控制指令，電氣控制系統(tǒng)積極響應(yīng)，生產(chǎn)流水線自動(dòng)運(yùn)行。遠(yuǎn)程控制功能的實(shí)現(xiàn)使電氣控制系統(tǒng)真正達(dá)到了設(shè)計(jì)的初始目標(biāo)：自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程化。

2.2電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

在生產(chǎn)流水線的電氣控制系統(tǒng)中，上位機(jī)主要指代的是數(shù)據(jù)管理終端設(shè)備，如：PC機(jī)、工控機(jī)等。在電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行中，上位機(jī)主要有兩種功能：管理傳感器采集并上傳的數(shù)據(jù)、向控制系統(tǒng)發(fā)布指令。為實(shí)現(xiàn)上述功能，上位機(jī)應(yīng)具備專用管理程序，如PLC，具備良好的人機(jī)交互性。為提高上位機(jī)人機(jī)交互性，通常借助組態(tài)軟件開發(fā)人機(jī)交互程序，以此再現(xiàn)生產(chǎn)狀態(tài)、被控對(duì)象狀態(tài)等。下位機(jī)的核心主要是指數(shù)據(jù)采集與獲取的相關(guān)設(shè)備，如：傳感器、PLC等，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如：交換機(jī)、路由器等。傳感器被用來(lái)采集生產(chǎn)流水線電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)信息、位置信息等一切必要數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備傳輸至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)管理與電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。

3生產(chǎn)流水線電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1生產(chǎn)流水線的程序設(shè)計(jì)

在生產(chǎn)流水線自動(dòng)化設(shè)計(jì)開始前期，技術(shù)人員提出了一定要求，即：利用PLC與變頻器控制交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，利用交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)流水線運(yùn)輸帶運(yùn)行，以此保障交流電動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)行。在生產(chǎn)流水線運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若采用二級(jí)電機(jī)，則上述轉(zhuǎn)速均可使用；若采用四級(jí)電機(jī)，則應(yīng)用轉(zhuǎn)速為上述轉(zhuǎn)速的二分之一；若采用六級(jí)電機(jī)，則可應(yīng)用轉(zhuǎn)速為上述轉(zhuǎn)速的三分之一，以此類推。在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，按鈕SB1可啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使生產(chǎn)線進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)；按鈕SB2可關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，使生產(chǎn)線進(jìn)入靜止?fàn)顟B(tài)；SB3能夠控制電動(dòng)機(jī)正方向運(yùn)轉(zhuǎn)；SB4控制電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)；按鈕SB5可控制電動(dòng)機(jī)以一檔轉(zhuǎn)速運(yùn)行，以此類推，為電動(dòng)機(jī)每項(xiàng)狀態(tài)設(shè)置一個(gè)按鈕，當(dāng)工作人員需要電動(dòng)機(jī)進(jìn)入某一狀態(tài)時(shí)，可直接利用計(jì)算機(jī)發(fā)布命令，最后由上位機(jī)進(jìn)行控制，既能便利人工觀察，又可提高生產(chǎn)流水線的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，PLC是不可或缺的部分，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將各種類型的PLC在體積、價(jià)格、速度、功能等方面進(jìn)行比較。例如，本次設(shè)計(jì)最終選擇西門子公司S7-200系列CPU224XPCN，該系列產(chǎn)品適用于單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。系統(tǒng)輸入信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)，輸出為負(fù)載三相交流電動(dòng)機(jī)接觸器。PLC具有10個(gè)輸出點(diǎn)，14個(gè)輸入點(diǎn)。在電氣控制系統(tǒng)自動(dòng)控制生產(chǎn)線時(shí)，PLC控制模塊利用通信電纜將控制信息傳輸至變頻器模塊，改變電源頻率，頻率變動(dòng)影響與PLC連接的電動(dòng)機(jī)，可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最終起到自動(dòng)控制生產(chǎn)流水線速度的目的。在本次電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師采用的是具備RS-485通信接口的變頻器，PLC能夠通過自身通信接口與變頻器實(shí)現(xiàn)信息流動(dòng)，達(dá)到控制變頻器運(yùn)行的目的。并且，PLC的連接，能夠靈活讀取變頻器的電壓、電流等全部報(bào)警信息，降低流水線運(yùn)行故障，提高生產(chǎn)效率。在電氣控制系統(tǒng)中，變頻器也是其中的重要部分，主要用于信息采集與傳輸。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著工業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，可編程邏輯控制器（PLC）在工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。因其功能性強(qiáng)、可靠性高、編程簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)工作環(huán)境要求低、控制方便、體積小巧等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域占據(jù)著重要的地位，它是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來(lái)的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。

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