關(guān)于生產(chǎn)流水線電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計

張東福 殷碩

摘要：本文設(shè)計了基于PLC的生產(chǎn)流水線電氣控制系統(tǒng)，這種集變頻啟動、PLC、現(xiàn)代控制理論于一體的新型流水線自動控制系統(tǒng)，通過程序設(shè)計實現(xiàn)智能控制，使生產(chǎn)流水線與主機的自動化水平相同，有利于自動化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)流水線；PLC；電氣控制系統(tǒng)

生產(chǎn)流水線主要是指在一定線路上連續(xù)輸送貨物的一種搬運機械，在產(chǎn)品加工、分揀及運輸過程中起著重要的作用。目前，我國多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)流水線均采用PLC進行自動化控制，簡化了接線過程，便利了設(shè)備維護，真正實現(xiàn)了少人值班甚至無人值班，提高了生產(chǎn)效率。為實現(xiàn)生產(chǎn)流水線的自動化控制，應(yīng)實現(xiàn)更多復(fù)雜穩(wěn)定的功能，如：各機構(gòu)預(yù)定的各個程序應(yīng)實現(xiàn)自動化，工件上下料、定位夾緊等均應(yīng)自動化，基于此，PLC在工業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢越發(fā)凸顯。

1生產(chǎn)流水線所需元件概述

落料光電傳感器主要用來檢測傳輸帶上是否有物料，并將檢測信號傳輸給PLC，PLC對信號進行判斷，若傳輸帶上存在物料，則PLC將信息傳遞給上位機，上位機利用網(wǎng)絡(luò)對電氣系統(tǒng)遠程控制，流水線傳輸帶啟動。放料孔主要定位物料落料，使物料落在準確位置。金屬料槽主要用來放置金屬物料。塑料槽主要用來放置非金屬物料。電感式傳感器用來檢測金屬材料，檢測距離約在3mm-5mm之間。電容式傳感器主要用來檢測非金屬材料，檢測距離約在5mm-10mm之間。三相異步電機為流水線不可缺少的部分，用來驅(qū)動傳輸帶轉(zhuǎn)動，元件開啟或閉合受控于變頻器。推料氣缸元件開啟后，能夠自動將物料推入料槽，受控于雙向電控氣閥。要想實現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)的自動化，生產(chǎn)流水線應(yīng)首先具備自動化功能。由流水線所需的各項設(shè)備作用可以看出，生產(chǎn)流水線完全具備無人工下的自動運轉(zhuǎn)功能。

2生產(chǎn)流水線電氣控制系統(tǒng)整體設(shè)計

2.1電氣控制系統(tǒng)功能分析

PLC的有效應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)電氣控制系統(tǒng)的自動控制，在無人工干預(yù)下，生產(chǎn)流水線自動運行，可完成全部生產(chǎn)動作。注意：為實現(xiàn)流水線全過程的自動化，設(shè)計人員在PLC編程過程中，應(yīng)將生產(chǎn)流水線的全部動作進行編程控制。為實現(xiàn)生產(chǎn)流水線的自動化、智能化控制，設(shè)計人員應(yīng)首先對電氣控制系統(tǒng)、流水線、PLC及其他機電裝備的工作參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)等信息進行獲取，傳感器能夠獲取準確、有效地數(shù)據(jù)參數(shù)，因此，在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計中，傳感器是必不可缺的元件。在傳感器對生產(chǎn)流水線相關(guān)參數(shù)采集完畢后，應(yīng)利用網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至上位機，對此，上位機應(yīng)具備數(shù)據(jù)管理功能，能夠?qū)κ盏降臄?shù)據(jù)信息進行編輯加工，進而通過人機交互合理表達數(shù)據(jù)信息，供工作人員獲取信息。為實現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)的自動化控制，遠程控制是不可缺少的部分。該項功能的主要表現(xiàn)如下：上位機利用網(wǎng)絡(luò)發(fā)布控制指令，電氣控制系統(tǒng)積極響應(yīng)，生產(chǎn)流水線自動運行。遠程控制功能的實現(xiàn)使電氣控制系統(tǒng)真正達到了設(shè)計的初始目標：自動化、智能化、遠程化。

2.2電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

在生產(chǎn)流水線的電氣控制系統(tǒng)中，上位機主要指代的是數(shù)據(jù)管理終端設(shè)備，如：PC機、工控機等。在電氣控制系統(tǒng)運行中，上位機主要有兩種功能：管理傳感器采集并上傳的數(shù)據(jù)、向控制系統(tǒng)發(fā)布指令。為實現(xiàn)上述功能，上位機應(yīng)具備專用管理程序，如PLC，具備良好的人機交互性。為提高上位機人機交互性，通常借助組態(tài)軟件開發(fā)人機交互程序，以此再現(xiàn)生產(chǎn)狀態(tài)、被控對象狀態(tài)等。下位機的核心主要是指數(shù)據(jù)采集與獲取的相關(guān)設(shè)備，如：傳感器、PLC等，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如：交換機、路由器等。傳感器被用來采集生產(chǎn)流水線電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)信息、位置信息等一切必要數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備傳輸至上位機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計管理與電力系統(tǒng)的遠程控制。

3生產(chǎn)流水線電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計

3.1生產(chǎn)流水線的程序設(shè)計

在生產(chǎn)流水線自動化設(shè)計開始前期，技術(shù)人員提出了一定要求，即：利用PLC與變頻器控制交流電動機的運轉(zhuǎn)，利用交流電動機運轉(zhuǎn)帶動流水線運輸帶運行，以此保障交流電動機持續(xù)運行。在生產(chǎn)流水線運轉(zhuǎn)時，若采用二級電機，則上述轉(zhuǎn)速均可使用；若采用四級電機，則應(yīng)用轉(zhuǎn)速為上述轉(zhuǎn)速的二分之一；若采用六級電機，則可應(yīng)用轉(zhuǎn)速為上述轉(zhuǎn)速的三分之一，以此類推。在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，按鈕SB1可啟動電動機，使生產(chǎn)線進入運行狀態(tài)；按鈕SB2可關(guān)閉電動機，使生產(chǎn)線進入靜止狀態(tài)；SB3能夠控制電動機正方向運轉(zhuǎn)；SB4控制電動機反向運轉(zhuǎn)；按鈕SB5可控制電動機以一檔轉(zhuǎn)速運行，以此類推，為電動機每項狀態(tài)設(shè)置一個按鈕，當工作人員需要電動機進入某一狀態(tài)時，可直接利用計算機發(fā)布命令，最后由上位機進行控制，既能便利人工觀察，又可提高生產(chǎn)流水線的自動化運轉(zhuǎn)。

3.2電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

在電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計中，PLC是不可或缺的部分，設(shè)計人員應(yīng)將各種類型的PLC在體積、價格、速度、功能等方面進行比較。例如，本次設(shè)計最終選擇西門子公司S7-200系列CPU224XPCN，該系列產(chǎn)品適用于單機自動化控制系統(tǒng)。系統(tǒng)輸入信號為開關(guān)量信號，輸出為負載三相交流電動機接觸器。PLC具有10個輸出點，14個輸入點。在電氣控制系統(tǒng)自動控制生產(chǎn)線時，PLC控制模塊利用通信電纜將控制信息傳輸至變頻器模塊，改變電源頻率，頻率變動影響與PLC連接的電動機，可改變電動機轉(zhuǎn)速，最終起到自動控制生產(chǎn)流水線速度的目的。在本次電氣控制系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計師采用的是具備RS-485通信接口的變頻器，PLC能夠通過自身通信接口與變頻器實現(xiàn)信息流動，達到控制變頻器運行的目的。并且，PLC的連接，能夠靈活讀取變頻器的電壓、電流等全部報警信息，降低流水線運行故障，提高生產(chǎn)效率。在電氣控制系統(tǒng)中，變頻器也是其中的重要部分，主要用于信息采集與傳輸。

4結(jié)束語

隨著工業(yè)自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，可編程邏輯控制器（PLC）在工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。因其功能性強、可靠性高、編程簡單、抗干擾能力強、對工作環(huán)境要求低、控制方便、體積小巧等優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域占據(jù)著重要的地位，它是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。

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