全自動鋼管表面除銹機仿真系統設計

【摘要】本文介紹了全自動鋼管表面除銹機的仿真。下位機采用PLC對整個系統的上料、除銹、下料、吸塵的過程進行控制，上位機采用WinCC組態軟件對整個系統進行實時監控。通過下位機與上位機之間的通訊可以實現對整個全自動鋼管表面除銹機的自動控制。

【關鍵詞】WinCC;PLC;表面除銹機

引言

傳統的手工除銹發現不僅工作效率低，而且對環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的問世，解決了工作效率、對環境和工作人員的身體危害的弊端。本系統中下位機采用西門子S7-300可編程控制器（PLC）對除銹機上料、接料、除銹、下料、除塵等過程進行控制，上位機采用WinCC組態軟件對上述過程實施監控，對整個過程的數據進行采集、分析、整理、保存以及處理。上位機與下位機的通訊連接，就能夠實現對系統的實時控制。

1.總體設計

全自動鋼管表面除銹機的程序流程如圖1所示。鋼管送到工作位后，通過主軸電動機帶動其轉動。工作臺上的鋼刷通過電機前后運動摩擦掉鋼管表面的銹跡，通過縱向電機使鋼刷的工作臺縱向從右向左移動將整個鋼管表面的銹跡去除干凈。當工作臺移動至最左邊時，縱向電機停止，工作臺的鋼刷電機也停止，鋼管由工作位被送走。縱向電機轉動將工作臺移動至最右端的工作準備位置。

圖1 程序流程圖

2.下位機設計

PLC實質是一種專用于工業控制的控制器，其硬件結構基本上與微型計算機相同。中

央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照PLC系統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據;檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統，或采用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統仍能正常運行。

2.1 PLC選型

根據全自動鋼管表面除銹機的系統控制的要求，以及實際情況和性價比方面考慮。由于全自動鋼管表面除銹機的控制系統涉及比較多的輸入、輸出口，控制過程比較復雜，控制和操作以及保護信號太多，選擇S7-300系列的標準型PLC-CPU315-2DP。該PLC能夠滿足34個近控高靈敏度的接近開關作為行程監控、保護位置、工序轉步的檢測元件，配以各種輸入主令開關及輸出控制上。

2.2 I/O模塊及電源模塊選型

數字I/O模塊包括用于S7-300的數字輸入和輸出，通過這些模塊，可將數字傳感器和執行單元與S7-300相連，它具有優化配合和連接過程靈活的優勢。模塊安裝在DIN標準導軌上，通過總線連接器與相鄰的模塊相連，沒有插槽規則，其地址由插槽決定。根據實際情況確定控制輸入變量的個數為16個，輸出的變量個數為18個。所以這里選擇兩片16點DI輸入模塊就完全可以滿足系統要求。輸出選用一片16 點就滿足系統要求。

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

2.3 硬件配置

首先，按要求在中創建一個新的項目，在SIMATIC Manager 界面中選擇新建向導，逐步建立任務所要求的項目。創建項目完成后，根據系統要求配置硬件。選擇生成的站，雙擊硬件圖標，在硬件組態工具HW Config中插入一條導軌。在導軌上插入電源模塊，CPU模塊和輸入輸出模塊，其中電源模塊置于第一個插槽，CPU置于第二個插槽，因為沒有通信模塊所以第三個插槽為空。硬件配置完畢后，在S7程序中選擇符號圖標，創建符號表，分配系統資源。根據STEP7向導一步步進行項目的建立，最后得到的除銹機資源分配如圖2所示。

圖2 除銹機的控制資源分配

3.上位機設計

如果想要使設備和機器最優化運行，如果想要最大程度地提高工廠的可用性和生產效率，WinCC便當是上乘之選。它的多功能，通用的應用程序，適合所有工業領域的解決方案;多語言支持，全球通用;可以集成到所有自動化解決方案內;內置所有操作和管理功能，可簡單、有效地進行組態;可基于Web持續延展，采用開放性標準，集成簡便;集成的Historian 系統作為IT 和商務集成的平臺;可用選件和附加件進行擴展 ;“全集成自動化” 的組成部分，適用于所有工業和技術領域的解決方案。WinCC集生產自動化和過程自動化于一體，實現了相互之間的整合，這在大量應用和各種工業領域的應用實例中業已證明。

4.結論

本文主要闡述了基于WinCC的全自動鋼管表面除銹機的設計，實現了利用PLC對系統的上料、除銹、下料、吸塵的控制，利用WinCC組態軟件對系統進行實時監控。本系統實現了除銹機的自動化管理，可根據現場的異常情況進行相應的報警，從而全面實現了所需的各項指標和技術要求。本系統能顯示系統工作狀態和參數，能對系統運行進行實時操作，具有實時報警、報警記錄和歷史報警查詢等功能。

參考文獻

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