基于PLC的玻璃清洗機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法初探

尹玉梅

[摘? ? 要]文章采用PLC技術(shù)作為玻璃清洗機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)玻璃清洗機(jī)的升級(jí)。在本次研究設(shè)計(jì)的玻璃清洗機(jī)中，不僅能適應(yīng)各種玻璃的清洗，還能夠完成清洗以后的風(fēng)干任務(wù)。同時(shí)使用PC機(jī)對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)玻璃清洗機(jī)的手動(dòng)及自動(dòng)控制，同時(shí)設(shè)置了多種傳感器，檢測(cè)水溫和液位，并按照相應(yīng)程序進(jìn)行水溫加熱和液位調(diào)整。本設(shè)計(jì)項(xiàng)目中介紹的PLC控制系統(tǒng)，具有網(wǎng)絡(luò)化、通信方便、自動(dòng)化程度高的良好特征。

[關(guān)鍵詞]PLC;玻璃清洗機(jī)控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)方法

[中圖分類(lèi)號(hào)]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）05–00–02

The Design Method of the Control System of Glass Cleaner Based on PLC

Yin Yu-mei

[Abstract]This paper uses PLC technology as the automatic control system of glass cleaner， and then realizes the research and upgrading of glass cleaner. In this research， the glass cleaning machine can not only adapt to the cleaning of various glass， but also complete the air drying task after cleaning. At the same time， PC is used to control the whole process， and the manual and automatic control of glass washer is realized. At the same time， a variety of sensors are set to detect water temperature and liquid level， and the water temperature and level adjustment are carried out according to the corresponding procedures. PLC control system introduced in this design project has good characteristics of network， convenient communication and high automation. It is discussed in detail in the following.

[Keywords]PLC; control system of glass washer; design method

目前，一種新興技術(shù)、可編程控制器（PLC）技術(shù)被逐漸開(kāi)發(fā)和完善，這項(xiàng)技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域有著不容小覷的作用，其能夠用作自動(dòng)化設(shè)備的核心控制器，大幅提高產(chǎn)品設(shè)備的自動(dòng)化程度。 同時(shí)，其本身操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠，也賦予了這項(xiàng)技術(shù)龐大的應(yīng)用空間。本文便基于PLC技術(shù)，進(jìn)行新型玻璃清洗機(jī)控制系統(tǒng)的研究。旨在把這項(xiàng)技術(shù)與玻璃清洗機(jī)結(jié)合起來(lái)，研制出自動(dòng)化程度較高的玻璃清洗機(jī)。

1 基于PLC的玻璃清洗機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.1 PLC的選型

PLC是玻璃清洗機(jī)設(shè)備控制系統(tǒng)的核心部件，PLC的準(zhǔn)確選型、有效編程和合理設(shè)計(jì)，關(guān)系到整個(gè)設(shè)備能否正常、安全運(yùn)轉(zhuǎn)，是設(shè)備開(kāi)發(fā)研究的重點(diǎn)。

PLC控制器，即可編程、可存儲(chǔ)的控制器。該控制器廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)環(huán)境下所使用的設(shè)備、儀器等。這種控制器本質(zhì)上就是一個(gè)電子裝置，可以進(jìn)行數(shù)字的快速、準(zhǔn)確運(yùn)算。PLC能夠依據(jù)使用情況的不同進(jìn)行編程，因此能夠適用于大多數(shù)狀態(tài)下的工業(yè)設(shè)備的操作。就玻璃清洗機(jī)的研究而言，如果使用PLC控制器，也應(yīng)該進(jìn)行程序編程，同時(shí)要存儲(chǔ)一部分水溫、水壓、風(fēng)力等數(shù)據(jù)，在使用時(shí)能夠?qū)λ鎯?chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行順序運(yùn)算、邏輯運(yùn)算，進(jìn)而控制在玻璃清洗機(jī)使用過(guò)程中的清潔劑、水量水溫等多項(xiàng)指標(biāo)，使得玻璃產(chǎn)品清潔中各種材料使用量更加精確，更加節(jié)約。另一方面，PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)相比較來(lái)說(shuō)，能夠靈活編程，就賦予了控制系統(tǒng)更大的靈活性?？梢哉f(shuō)，PLC系統(tǒng)是專(zhuān)門(mén)為現(xiàn)階段復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品需求而制定的。PLC控制器能夠通過(guò)多點(diǎn)接口與編程器、計(jì)算機(jī)相連接，具有網(wǎng)絡(luò)化、正常通信的的獨(dú)特功能，能夠直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的模擬測(cè)試。所以本項(xiàng)目研究，目的就是能夠使用PLC控制器具有兼容性和強(qiáng)大靈活編程、網(wǎng)絡(luò)、通信功能，進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)。

通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上西門(mén)子、松下、三菱等多家知名企的PLC的分析，最終確定在本研究中選擇小型PLC。在滿足系統(tǒng)可靠性的前提下，通過(guò)對(duì)性?xún)r(jià)比的進(jìn)一步分析，以及易用性、可擴(kuò)展性、售后服務(wù)等比較后，最終選擇了西門(mén)子公司S7-200系列PLC。S7系列PLC由于其高性能、小型化的特性，成為目前我國(guó)使用廣泛的一類(lèi)產(chǎn)品，也是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。其具有以下特點(diǎn)。

（1）CPU芯片己升級(jí)到Inte180486，或采用Pentium處理器。

（2）整個(gè)PLC系統(tǒng)采取模塊化的設(shè)計(jì)理念，按照不同功能的需求程度進(jìn)行系統(tǒng)配置，靈活多樣。

（3）有極快的處理速度，如S7-200和S7-300的處理速度是0.37 μs/指令。

（4）具有網(wǎng)絡(luò)化的強(qiáng)大功能，整個(gè)控制系統(tǒng)好比是一個(gè)縮小的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)借助網(wǎng)絡(luò)化的功能還可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的準(zhǔn)確通信。

（5）該控制系統(tǒng)能夠容納網(wǎng)絡(luò)通信的軟件，編程時(shí)可以使用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，使編程更加靈活、更加開(kāi)放。

1.2 執(zhí)行元件的選型

（1）電動(dòng)機(jī)的選型。依據(jù)生產(chǎn)用電的技術(shù)要求和設(shè)備開(kāi)發(fā)的功能指引，需要在三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)中進(jìn)行選擇。由于設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中。需要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的功率確定電動(dòng)機(jī)的容量。所以本項(xiàng)目初步提出電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)比機(jī)械功率大10%的指標(biāo)要求。

（2）風(fēng)機(jī)的選型。風(fēng)機(jī)主要提供吹干玻璃的風(fēng)力和風(fēng)量，是清洗機(jī)的關(guān)鍵部件之一。同時(shí)為保證玻璃清洗后能快速風(fēng)干、確保清洗質(zhì)量，必須采取功率較大的風(fēng)機(jī)。

（3）水泵的選型。水泵設(shè)置兩臺(tái)， 第一臺(tái)設(shè)置在清洗劑室， 用于給噴頭提供壓力，清洗劑噴淋需要的水壓不大， 所以選用一臺(tái)功率為0.75 kW的水泵。第二臺(tái)設(shè)置在清洗室，給高壓水槍提供壓力，加大高壓水槍的揚(yáng)程，

1.3 變頻器的選型

變頻器具有高效的驅(qū)動(dòng)性能和良好的控制特性，在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)揮的作用是其他控制設(shè)備不能替代的。本項(xiàng)目玻璃清洗機(jī)的研究主要是以PLC為主控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。所以只有安裝變頻器才能實(shí)現(xiàn)各檢測(cè)器件的協(xié)調(diào)配合，進(jìn)而完成任務(wù)。而且變頻器上的檢測(cè)信號(hào)也能接入PLC系統(tǒng)，共同完成報(bào)警和速度控制。

2 玻璃清洗機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.1 玻璃清洗機(jī)的軟件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

SIMATIC編程語(yǔ)言是西門(mén)子公司為了實(shí)現(xiàn)自己產(chǎn)品的最佳命令指示而專(zhuān)門(mén)研制。該語(yǔ)言的指令集具體可以通過(guò)順序功能圖（SFC-Sequential Function Chart）、梯形圖（LAD-Ladder Diagram）、語(yǔ)句表（STL-Statement List）、功能塊圖（FBD-Function Block Diagram）四方面實(shí)現(xiàn)。

（1）順序功能圖（SFC-Sequential Function Chart）。順序功能圖主要通過(guò)一定的圖示，表示設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的流程。該功能圖簡(jiǎn)潔明了、指示明確，是最好理解的一種編程語(yǔ)言。在順序功能圖中，可以把程序運(yùn)作的每一項(xiàng)動(dòng)作、每一個(gè)條件清晰的表示出來(lái)。是在順序功能圖編寫(xiě)時(shí)， 可采用順序信號(hào)與軟元件地址號(hào)。同時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)作監(jiān)視可用電路顯示的狀態(tài)來(lái)體現(xiàn)出來(lái)。

（2）梯形圖（LAD- Ladder Diagram）。這類(lèi)編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易懂，適合數(shù)字邏輯控制。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件、線圈代表邏輯輸出結(jié)果，用方框表示功能塊等指令構(gòu)成。梯形圖適用于有電氣基礎(chǔ)的人員。

（3）語(yǔ)句表（STL-Statement List）。采取語(yǔ)句表的形式理解編程語(yǔ)言的指令集，比較抽象、枯燥難懂。但是語(yǔ)句表也有其特征和優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)其他方式不能實(shí)現(xiàn)的功能。

（4）功能塊圖（FBD-Function Block Diagram）。功能塊圖通過(guò)一些圖形符號(hào)、邏輯符號(hào)來(lái)進(jìn)行控制。使用這一編程語(yǔ)言需要工作人員具有相應(yīng)的數(shù)字電路基礎(chǔ)。在這種編程語(yǔ)言中，方框的左側(cè)、右側(cè)分別代表輸入變量和輸出變量，可以用“導(dǎo)線”把方框聯(lián)系在一起，信號(hào)自左向右傳輸。

2.2 玻璃清洗機(jī)的程序設(shè)計(jì)

S7-200系列PLC控制程序主要由三部分組成，分別是主程序、子程序、中斷程序。這三大程序各有各的作用、各自發(fā)揮各自的功能，互相協(xié)調(diào)工作，最終實(shí)現(xiàn)玻璃清洗機(jī)的有效運(yùn)轉(zhuǎn)。主程序（OB1）是控制程序的核心部分和關(guān)鍵要素，每次進(jìn)行命令語(yǔ)言的運(yùn)算、工作，都需要經(jīng)過(guò)主程序的嚴(yán)格控制。而子程序是只有在主程序工作時(shí)，才會(huì)隨之運(yùn)作、執(zhí)行命令。所以說(shuō)子程序是一部分指令的集合。 中斷程序與子程序相似，也是一部分指令的集合。中斷程序的運(yùn)作有一定的前提條件，那就是在設(shè)備工作時(shí)發(fā)生中斷事件后，中段程序可以在任一命令處選擇執(zhí)行。

另一方面，為了使程序更加方便調(diào)試或者設(shè)計(jì)，就可以將總體的控制內(nèi)容進(jìn)行拆分，分解為如手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、水量水溫控制、故障預(yù)警等若干個(gè)子程序。這樣整個(gè)程序的設(shè)計(jì)就會(huì)清晰合理，各功能的實(shí)現(xiàn)具體明確，無(wú)論是對(duì)機(jī)器設(shè)備的操作，還是遇到故障時(shí)的修理，或是對(duì)某一部分進(jìn)行特別需求改造，都會(huì)帶來(lái)極大的便利。

2.2.1 主程序

OB1為主程序塊：主要通過(guò)各子程序的功能調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)各子程序的協(xié)調(diào)控制。根據(jù)在實(shí)際中不同玻璃清洗的不同需求，PLC程序控制系統(tǒng)可以靈活調(diào)整，可以在手動(dòng)控制和自動(dòng)控制中靈活切換。OB1程序共分為三部分：自動(dòng)模式、手動(dòng)模式和報(bào)警。OB1程序結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2.2 子程序

本項(xiàng)目中，手動(dòng)模式僅在設(shè)備進(jìn)行修整調(diào)試時(shí)使用，正常情況下系統(tǒng)以自動(dòng)模式進(jìn)行工作，因此需要設(shè)置一個(gè)自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換程序，方便電氣工作人員進(jìn)行操作。玻璃清洗機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換程序的梯形圖如圖2所示。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著玻璃材料在各項(xiàng)工業(yè)活動(dòng)中的廣泛應(yīng)用，玻璃清洗機(jī)已經(jīng)成為玻璃材料加工的必要設(shè)備。但是由于目前玻璃清洗機(jī)的設(shè)置還不夠科學(xué)，很容易對(duì)玻璃造成污染，所以為確保玻璃成品的質(zhì)量，玻璃清洗是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。但是傳統(tǒng)的人工清洗，很難保證清洗的質(zhì)量。本文便著手于這樣的現(xiàn)狀，希望通過(guò)PLC程序?qū)崿F(xiàn)性能良好的玻璃清洗機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)。在本次設(shè)計(jì)中，采取用西門(mén)子S7-200系列PLC，結(jié)合該系統(tǒng)先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)。旨在提高玻璃清洗的質(zhì)量，降低能耗，提高工業(yè)生產(chǎn)效率。

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