西門子（SIEMENS）自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)用

沈維偉

摘要：西門子PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)包括生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、防雷和接地系統(tǒng)等部分。通過現(xiàn)有的總線技術(shù)、PLC、監(jiān)測儀表、執(zhí)行設(shè)備和PC監(jiān)測設(shè)備，形成一個(gè)高效、實(shí)時(shí)和可靠的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化操作系統(tǒng)。文章對(duì)西門子自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：西門子；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)；測量系統(tǒng)；防雷系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP392 文章編號(hào)：1009-2374（2016）22-0019-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.010

1 概述

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)明以及IT計(jì)算的迅速發(fā)展，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于飲料行業(yè)，它可以保證穩(wěn)定可靠的生產(chǎn)，質(zhì)量改進(jìn)，增加產(chǎn)量，減少能源消耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，由于分工的精細(xì)程度高，使生產(chǎn)過程極為復(fù)雜，通過西門子自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以及時(shí)向操作設(shè)備傳達(dá)操作命令，準(zhǔn)確地監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并及時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)參數(shù)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各個(gè)生產(chǎn)部分，保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率。現(xiàn)今市場競爭的不斷加劇，使得企業(yè)必須提高生產(chǎn)效率才能生存下去，因此先進(jìn)的生產(chǎn)管理、準(zhǔn)確無誤的自動(dòng)化控制系統(tǒng)是企業(yè)在激烈競爭中的法寶。

PLC的英文全名是可編程邏輯控制器，是一種對(duì)生產(chǎn)過程控制的電子控制設(shè)備，與傳統(tǒng)繼電控制系統(tǒng)不同，PLC包括邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、數(shù)量和算術(shù)程序。用一串指令形式在內(nèi)存中，然后根據(jù)存儲(chǔ)的控制內(nèi)容，模擬數(shù)字輸入和輸出組件，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，其特點(diǎn)是操作方便、靈活，價(jià)格低廉，可靠性高。它方便的構(gòu)成能對(duì)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的新型控制器。

2 自動(dòng)控制統(tǒng)的功能分析與設(shè)計(jì)

2.1 西門子（SIEMENS）自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成

2.1.1 電源。通常在日常使用ac電壓波動(dòng)范圍為-10%～+10%，不能采取任何措施或通過任何形式直接使用日常交流電網(wǎng)。PLC電源模塊（PS）的輸入電壓一般為AC220V電源或電源DC24V，電源模塊的作用是將日常交流電網(wǎng)的輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電壓，DC24V時(shí)使用的其他模塊輸入。

2.1.2 中央處理單元（CPU）。PLC作為中央和主要控制中心，根據(jù)PLC的系統(tǒng)程序，中央處理單元（CPU）的主要功能包括診斷錯(cuò)誤的語法、包含在用戶程序可以接收和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)輸入PLC編程、相關(guān)的PLC程序以及語法，并對(duì)電源、I/O、內(nèi)存和警告定時(shí)器實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行檢查。

2.1.3 存儲(chǔ)器。硬盤是PLC的儲(chǔ)存中心，用來存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。PLC內(nèi)存包括用戶程序內(nèi)存和系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器的訪問兩種，分別為存儲(chǔ)和存儲(chǔ)用戶程序和程序

系統(tǒng)。

2.1.4 輸入輸出接口電路。與PLC控制接口界面的輸入通道，通過PLC控制現(xiàn)場的通道組件對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)時(shí)，它被稱為路和中斷請(qǐng)求電路和一系列的電路

集成。

2.1.5 功能模塊。PLC制造商根據(jù)目前市場的不同需求，開發(fā)出各種功能模塊（FM），針對(duì)不同需求的特殊控制功能，加強(qiáng)PLC的功能擴(kuò)展，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，完成不同功能，不同領(lǐng)域的特殊控制它們主要用于實(shí)現(xiàn)一些高要求以及對(duì)存儲(chǔ)容量的控制任務(wù)，如高速計(jì)數(shù)器、閉環(huán)控制和位置控制功能模塊。

2.1.6 通信模塊。通信模塊的處理器簡稱CP，主要用于實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間，遠(yuǎn)程I/O、PLC和計(jì)算機(jī)與其他智能設(shè)備之間的相互通信。通信接口包括工業(yè)以太網(wǎng)，MPI，ROFIBUS-DP-O，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，etc.Generally，CPU模塊與MPI集成在一起的界面，一些CPU與其他通信接口模塊集成。

2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

手動(dòng)模式：控制系統(tǒng)提供手動(dòng)操作功能，手動(dòng)模式能發(fā)送的命令也較為簡單，僅能實(shí)現(xiàn)人工電機(jī)反轉(zhuǎn)、向前、開始、停止等操作，手動(dòng)模式主要用于現(xiàn)場設(shè)備的維護(hù)和調(diào)試以及突發(fā)情況的處理。

2.2.1 自動(dòng)模式：在這種方式，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處于離線狀態(tài)，能進(jìn)行電機(jī)啟動(dòng)，停止，運(yùn)輸設(shè)備的操作，自動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是由人工輸入指令。

2.2.2 在線模式：通過這種方式中，電機(jī)啟動(dòng)、停止、運(yùn)輸設(shè)備，如運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)命令實(shí)現(xiàn)，物流自動(dòng)傳輸和數(shù)據(jù)流，最后以滿足需求的過程。

2.2.3 預(yù)警系統(tǒng)：操作模塊出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)診斷和相應(yīng)的聲、光報(bào)警信號(hào)，控制設(shè)備就能及時(shí)做出判斷及輸出相關(guān)停止命令。

2.2.4 網(wǎng)站運(yùn)營商終端：是提供人機(jī)界面的操作，可以用于監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)查詢和故障指示器等，手工操作和維護(hù)設(shè)備、物流信息參數(shù)也可以選擇系統(tǒng)控制

模式。

2.2.5 應(yīng)急處理：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷或出現(xiàn)其他突發(fā)情況時(shí)，如停電、地震等，應(yīng)急處理系統(tǒng)可以將控制模式設(shè)置為手動(dòng)模式，由操作員輸入終端和起始地址，再輸入目標(biāo)地址的代碼來實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)輸設(shè)備的手動(dòng)控制，當(dāng)突然停電時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行預(yù)先存儲(chǔ)在主控制器上的數(shù)據(jù)，在恢復(fù)電力前使系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行。

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)在立體倉庫系統(tǒng)控制中的實(shí)際運(yùn)用

3.1 自動(dòng)化控制流程實(shí)施

包含11個(gè)區(qū)域：自動(dòng)化立體倉庫存儲(chǔ)區(qū)域（完整的空氣/固體容器存儲(chǔ)，出站函數(shù)），包裝到水庫（完整的單元，即煙草包裝重量、外觀和后續(xù)的檢測、信息輸入函數(shù)），出站放電區(qū)域（完整的空盒子出站卸載單元信息函數(shù)），自動(dòng)清洗區(qū)域完成圖像識(shí)別后剩余的邊角料處理（容器），空集裝箱運(yùn)輸線路（完整的單元，即輸送和緩存函數(shù)），固體盒輸送線（完整箱單元輸送和緩存功能），隧道干燥打樁（單深單貨叉），1套貨架（10×19×2列×5層，共1900）將裝卸輸送系統(tǒng)，1套（包括擺動(dòng)鏈板輸送機(jī)、鏈板輸送機(jī)系列輸送機(jī)、鏈?zhǔn)狡鹬貦C(jī)輸送機(jī)、提升輸送機(jī)等；清潔機(jī)器人1；雙盒機(jī)），1套容器處理系統(tǒng)（包括水平步機(jī)、振動(dòng)輸送機(jī)、電子稱、圖像識(shí)別、電子標(biāo)簽讀寫等）。

系統(tǒng)可以根據(jù)貨物的特點(diǎn)自動(dòng)開始進(jìn)行倉儲(chǔ)，倉庫貨物運(yùn)輸過程主要是貨物的輸入和輸出和盒體的處理過程。通過自動(dòng)化控制，對(duì)控制指令處理細(xì)分，如此復(fù)雜的過程可以分為多個(gè)步驟來完成。能根據(jù)用戶的技術(shù)要求，自動(dòng)控制過程可設(shè)計(jì)分為初始化空集裝箱入站和出站，空料箱入庫、出庫空料箱返庫、實(shí)料箱入庫、空料箱補(bǔ)充出庫、實(shí)料箱出庫、實(shí)料尾料箱出庫、實(shí)料箱出庫計(jì)劃和出庫完成信號(hào)下達(dá)、抽檢出庫、抽檢返庫、計(jì)算機(jī)裝箱計(jì)劃和電控裝箱完成信號(hào)下達(dá)十大功能流程，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)控制。

3.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的編程

在完整的立體倉庫貨物裝卸控制過程中，PLC梯形圖編程實(shí)現(xiàn)控制過程。梯形圖的準(zhǔn)備過程，本質(zhì)是PLC控制器的自動(dòng)控制過程中信號(hào)傳輸接口和功能接口的對(duì)接。在信號(hào)傳輸?shù)倪^程中，信號(hào)必須有統(tǒng)一的規(guī)范，以確保操作模塊能接受控制指令并做出相應(yīng)的動(dòng)作。

3.2.1 項(xiàng)目。實(shí)時(shí)檢測整個(gè)立體倉庫系統(tǒng)的電源、突然停止，PLC運(yùn)行狀態(tài)，每個(gè)區(qū)域的負(fù)荷。當(dāng)檢測到故障時(shí)，報(bào)警提示。沒有失敗，立體倉庫系統(tǒng)可以自動(dòng)啟動(dòng)。

3.2.2 渠道的交叉問題的實(shí)現(xiàn)程序。該系統(tǒng)采用自由競爭的方式，通過去建立一個(gè)競爭的情況下，而不是爭奪聯(lián)鎖裝置的位置，使其不能運(yùn)行。它有利于通道實(shí)現(xiàn)交叉問題。十字路口交通控制的有效實(shí)施。

3.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。根據(jù)自動(dòng)化物流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和工藝流程來設(shè)計(jì)完成的。充分利用了分散控制與集中管理兩種管理方式，巧妙的采用先進(jìn)的軟硬件相結(jié)合的設(shè)計(jì)模式，充分發(fā)揮傳感器技術(shù)、PLC控制、無線通訊、網(wǎng)絡(luò)、條碼、圖象識(shí)別系統(tǒng)等若干快速發(fā)展的新技術(shù)的長處和優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)以立庫倉庫的工藝控制和管理要求為基礎(chǔ)，既能達(dá)到工藝精確控制的目的，又能滿足現(xiàn)代化管理需求。

4 結(jié)語

從西門子自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)明，并在生產(chǎn)過程中不斷的改進(jìn)，目前已達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，有可靠性和安全性，在今后的生產(chǎn)實(shí)踐中，應(yīng)繼續(xù)重視整個(gè)系統(tǒng)的操作和控制的提高，確保生產(chǎn)設(shè)備的高效運(yùn)行，將此系統(tǒng)推廣到更多的市場及領(lǐng)域中，根據(jù)生產(chǎn)管理的需求，不斷改進(jìn)和完善自動(dòng)化系統(tǒng)，進(jìn)一步促進(jìn)生產(chǎn)的優(yōu)化和協(xié)調(diào)。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）