基于西門子PLC技術的機械設備控制系統

房 健杭州水處理技術研究開發中心有限公司

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基于西門子PLC技術的機械設備控制系統

房 健
杭州水處理技術研究開發中心有限公司

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PLC通過計算機編程實現機械設備的自動化操控，具有高可靠性、穩定性，同時隨著相關技術發展，通過PLC技術還可實現故障監控以及診斷等控制功能，由此可見，通過PLC技術的應用，能夠有效提升設備的自動化操控性能，并保證系統的安全性、穩定性。以下本文就以西門子系列PLC系統為例，對PLC在機械設備控制系統中的應用展開探討，具體如下。

西門子PLC系統

西門子PLC系統概述

目前市面常見西門子PLC系統包括S7-200（微型PLC系統）、S7-300（小規模高性能型）以及S7-400（高性能型）等，西門子研發的PLC系統具有結構體積小、運行速度快、反應迅速等優勢，并具有網絡通訊等拓展功能，在機械設備控制系統中應用時，還可與通過網絡通信、視頻遠程監控等實現功能擴展，進一步增強機械設備的運行效能。

工作原理

一套完整的PLC系統通常由CPU、輸入及輸出模塊、接觸器、傳輸裝置、按鈕開關、電氣電路以及外界拓展設備等所構成。首先由編程人員在計算機通過PLC軟件編輯程序，設置操作與控制方案，CPU是PLC系統的核心，系統cpu根據程序指令，進行機械設備的自動化運行，如電機、傳感器、輸送裝置等都可以通過PLC系統實現自動控制。此外西門子系統還可與遠程監控裝置進行通信，實現遠程監控，并通過現場收集系統收集運行中的相關參數，通過運行參數分析故障的成因，從而在自動控制的基礎上通過功能拓展，提升

了故障維修效率，強化了系統的安全性。

西門子plc技術在機械設備控制系統中的應用

在開關量控制方面的應用

開關量的控制是PLC技術在機械設備控制中的基本應用功能，通過所編寫的程序，實現開關量控制，此外還能夠根據程序實現可靠的順序控制。最初的PLC系統只能對某臺設備進行單獨的開關量啟動、停止控制。隨著技術的不斷完善，西門子PLC系統已經能夠實現同時對多臺系統進行連續同步控制。

在控制參數方面的應用

機械設備在實際運行中，需要時常關注運行 過程中的溫度、濕度以及壓力等相關參數，如果這些參數偏離正常范圍，那么將可對生產質量帶來一系列影響，并可引發安全事故，因此機械設備在運行過程中，需要嚴格控制相關運行參數。Plc技術在這方面的作用十分顯著，除了通過現場信息采集、分析、數據傳輸等可快速監測當前的相關運行參數，但此種方式主要是在出現參數異常后，才能檢測出運行故障，即便傳輸速度再快，也會產生一定損失。針對這一問題，Plc還可根據程序進行模擬運算，預先計算出得出相關參數的模擬值及變化范圍，根據模擬結果分析程序的可靠性，如果參數模擬值偏離正常范圍，就可在沒有正式操作前修改程序，直至模擬結果滿足運行要求為止。

在集中控制與分布控制方面的應用

通過PLC技術科實現機械設備的集中控制，主要實現方式是將一個配置較強的PLC系統作為主系統，由這一系統同時控制多個設備，這些設備的運行狀態、運作軌跡具有較強聯系，才可實現集中控制。此種控制模式成本較低，但因為集中控制系統中的各個下級設備其運作都存在較大聯系，因此一旦其中一臺發生故障，將會造成范圍小影響，并需要停止中央PLC系統，這也是此種模式較為顯著的缺陷。針對此種問題，一些單位采用分布式控制模式，此種模式的主要特點是每臺設備都有專管的PLC系統，各PLC系統單獨對各自負責的設備進行管控，如果在運行過程中某臺設備出現故障，也不會對別的設備造成影響。

圖1 基于西門子PLC系統的抓取運送機械設備結構示意圖

基于西門子PLC技術的機械設備系統實例研究

案例概述

本文列舉的案例為生產線物料抓取運送設備，其結構包括氣動抓取器、氣缸以及電磁閥等，見圖1。其運作流程主要是當物料通過傳送到傳到抓取部位后，抓取器下降，并夾住物料，夾緊后，上升并旋轉到預先設定的物料箱位置上方，之后下降松夾，完成抓取放料過程后，上升并旋轉回傳送帶的方向，等下一個物料到達抓取位置，以此固定流程循環操作。

設備中的磁性傳感器主要是用來檢測氣缸及物料的位置信息，當氣缸及物料到達設定位置后，傳感器會向PLC系統發送到位信號，PLC系統收到信號后，會立即執行操作夾取操作程序，使導桿氣缸、氣動手爪、旋轉氣缸根據預先設定進行操作。

西門子PLC在機械設備中的設計及應用

PLC作為設備的核心控制裝置，除基本的變成功能外，還會在控制過程中，通過輸入與輸出模塊，接受位置信號，下達控制指令，整個控制過程，本設計選用S7-200型西門子PLC系統，CPU電壓24V，結構見下圖。

圖2 基于西門子PLC技術的機械設備控制系統控制回路結構圖

系統采用西門子S7-200型號的PLC系統，因本設備的主要操作都是通過氣缸帶動的，所以PLC系統的設計核心是與氣缸形成控制回路，通過傳感器進行位置感應，由PLC程序實現氣缸的邏輯控制，如氣缸伸出、縮回等操作，并由傳感器檢測氣缸的位置情況，看其是否達到設計位置，如果達到指定位置，則會由傳感器向plc系統發送信號，收到信號后，進行下一環節的邏輯控制。抓取器手爪是由電器閥操控，當電磁閥通電后，手爪夾緊，斷電后，手爪張開，針對手爪的PLC控制，即使通過程序控制手爪電磁閥的通電開關，實現夾緊或張開操作。

以往該單位生產線抓取工作主要為人工操作，單位需要投入大量人力成本，且工作強度大，生產人員在運作過程中，時常出現人為操作失誤，影響生產效率。針對此類問題，該單位通過結合西門子PLC技術對設備進行技術改造，大大提升了生產效率，解放人力，縮減投入，實現自動化生產，并避免了人為操作失誤等因素，取得效益提升，值得推廣與借鑒。

結束語

通過PLC技術的應用，能夠有效提升設備的自動化操控效率。綜上所述，本文首先對西門子PLC系統進行概述，探討了其基本運作原理，之后分別從開關量控制、參數控制、集中控制、分布控制探討了PLC在機械設備中的應用，最后結合實際案例，對基于西門子PLC技術的機械設備系統的設計與應用展開探討，希望能為相關人士提供些許參考。

10.3969/j.issn.101- 8972.2016.12.008