基于西門子PLC的模擬自動化生產

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

1.光機電一體化設備介紹

如圖1所示，亞龍YL-235A 型光機電一體化實訓考核裝置由鋁合金導軌式實訓臺、典型的機電一體化設備的機械部件、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、模擬生產設備實訓模塊、接線端子排和各種傳感器等組成。整體結構采用開放式和拆裝式，實訓裝置用于機械部件組裝，可根據現有的機械部件組裝生產設備，也可添加機械部件組裝其他生產設備，使整個裝置能夠靈活的按要求組裝成具有模擬生產功能的機電一體化設備。模塊采用標準結構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，裝置進行復位過程，當裝置復位到位后，由PLC 啟動送料電機驅動放料盤旋轉，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，則說明送料機構已經無物料或故障，這時要停機并報警；當物料檢測光電傳感器檢測到有物料，將給PLC 發出信號，由PLC 驅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；傳感器則根據物料的材料特性、顏色特性進行辨別，分別由PLC 控制相應電磁閥使氣缸動作，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，本次功能要求對應的順序功能圖如圖3所示：

根據圖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上，根據控制要求調試程序。

4.西門子MM420變頻器的設置

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

表1 用BOP操作時的缺省設置值

參數說明缺省值，歐洲（或北美）地區

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的應用

本項目中選用的是步科MT5300T觸摸屏，為了能使用該設備，在計算機中必須安裝EV5000的軟件和驅動，安裝完畢后，在硬件與PLC通訊連接成功的基礎上打開該軟件，新建項目，根據要求設置需要的界面和功能，本項目根據要求需要設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，當設備分別處于運行狀態、停止狀態時前兩個燈會對應處于亮滅狀態、而當設備出現緊急情況時報警指示燈會根據要求常亮或者閃爍；啟動按鈕和停止按鈕分別控制設備的啟動和停止；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.調試及總結

在調試設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節、變頻器控制電機速度的調節、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，最終使設備能按照控制要求順利實現自動化，從而模擬工廠自動化生產，這對我們進一步探索更為復雜的實際生產提供了良好的技術基礎。