基于PLC在配料生產線上的設計

劉振男 吉林農業科技學院

配料工序在工業生產當中起著非常重要的作用，它的每一環節都是經過嚴格的檢查才能投入使用，其配料精度直接決定了產品的質量是否能夠達到標準。目前國內大多數的工廠前期投入使用的都是微機配料系統，由國外引進而來。然而伴隨著我國電腦工業的高速發展，現如今已經可以自主研發微機系統并量產使用。但由于技術仍處于正在成長的階段，還不夠完全成熟，所以還存在著大量的問題有待解決，例如配料精度低，機電控制的可靠性差，對數據庫管理生產方面的欠缺以及實時動態的監測范圍小等。

1 總體設計

本設計系統由PLC、傳送帶、變頻器、電機幾個重要部分組成。每一個部分又可以獨立成為一個單獨工作的系統。其中PLC的功能是作為中控，程序布滿整個操作系統。傳送帶則為運輸機構，實施對物料的配送及分揀。變頻器的作用是變頻調速，對傳輸速度進行合理的設計。電機最主要的功能就是使傳送的皮帶運作起來，起一個動力輸出的作用。本次設計利用可編程控制器與傳送帶的相互協作，組成一個配送系統，以PLC作為監控，傳送帶作為執行，通過編程控制達到自動配料的過程。

設計時，可從文獻資料或者網上查閱PLC的工作原理以及工作性質并對其進行分析，深入理解，通過實驗比對，哪些功能特性被著重應用，然后有針對性的進行梯形圖編程。

傳送帶采用四節傳送帶，用四臺電機分別控制，經外部按鈕啟停，形成一個獨立的運輸系統。

變頻器無所謂選型，對于其要求并不嚴格，只要符合系統設計需求，能起到變頻調速，實現勻速傳送即可。

2 控制設計

在啟用系統之前，檢測設備間是否連接正常，接線是否存在安全隱患，以及編程所繪制的梯形圖有無需要更改，在確保所有的一切都正常之后，方可啟動系統。由于本設計是基于PLC基礎上設計的，所以要明確設計方向，先設置給定，在輸入給PLC，然后由PLC控制傳送帶，最后由傳送帶輸送物料傳遞到小車上面。具體的設計框圖如下圖2-1所示。

系統啟動后，配料裝置會根據小車的位置情況進行自動配料，配貨完畢后，配料裝置隨之而停止。本文設計了手動控制和自動控制，更有硬件故障自我檢測設計。手動啟用運行時，可隨時觀測各個功能部分發生的狀況。首先按下啟動按鈕SB1時，四節傳送帶的最底端的一條傳送帶最先工作，經幾秒鐘的延遲后，接下來在依次啟動其他環節的傳送帶。按下啟動按鈕SB2時，位于四節傳送帶頂端的傳送帶最先停止工作，當所有物料傳送完畢，在依次停止其他階層的傳送帶。按鈕SB3為緊急急停按鈕，當按下按鈕SB3時，整個自動配料系統將立即停止。在工作時，如果哪一環節出現故障，此時正處于故障中的皮帶機和位于故障部分上幾個環節的皮帶機立即停止，而故障部分環節以下則直至運送完該傳送帶上的所有物料后才進行停止。自動運行的原理同手動時一樣，根據相同的分析模式做故障處理。傳送帶工作模式如下圖2-2所示。

圖2-2 四節傳送帶實物模型

本次設計的核心是四節傳送帶，PLC的編程也是圍繞傳送帶的運行功能所展開進行的，然后為停在傳送帶旁邊由小車進行自動配料，發生故障時則系統會依據當時的故障類型選擇是否自動停機。由于工廠內部粉塵較大，經常會出現傳送帶運行不流暢，此時就需要對傳送帶做出一些調整，例如精度和速度，傳送帶表面要時刻保持清潔。電機在工作時會有許多因素造成電機的運轉不暢，導致傳送帶不能按照勻速進行，此時就需要變頻器來調節，變頻調速使傳送帶勻速運行，這樣不會造成物料堆積，產生不必要的損失。

3 硬件的介紹

可編程控制器又名為PLC，它可以更方便快捷的操作控制系統，有效的執行邏輯判斷。通過梯形圖編程語言進行程序上的設計，使輸出指令完好的實施。利用PLC的穩定性和可靠性以及它的通俗易懂，能夠使絕大多數人群進行操作，為不了解計算機技術的人提供了方便。PLC采用順序掃描，不斷循環的工作模式，它的CPU會對PLC運行時不斷地進行重復掃描。它由CPU，電源和輸入/輸出接口等組成。根據設計要求，按照設計流程圖進行各端口的接線及外部設備間的連接。由于本設計不涉及對PLC選型的要求，所以任何型號的PLC都可應用于本設計。

變頻器是本文輔助性的儀器，協助傳送帶更高效、更準確地把物料送到裝配小車上。變頻器可以把工頻電源轉換成其他頻率的交流電，通過改變電源頻率改變電機轉速，實現對傳送帶勻速行駛的調控。注意在改變頻率時，電壓也要相應的做出改變，不然會引起鐵心線圈過熱，造成不必要的損失。在使用變頻器之前，要明確使用變頻器的目的，要實現什么功能，隨后確定所要使用變頻器的負載類型匹配負載。變頻器的操作面板上有相應的控制按鈕，可對應進行起停控制和轉向控制等，而在它的顯示屏上也可以看到當時電機正在運行時的頻率，從而判斷四節傳送帶是否以相同速度在運轉。

四節傳送帶是用四條皮帶構成的一個傳輸系統。四節傳送帶自動配料系統設計起來非常復雜，在系統、結構、編程和裝配調試階段都要嚴格操守。由于傳送帶可以縮短生產周期，并減少人工操作，提高生產質量，所以在工廠中被普遍應用，深受廣大用戶的喜愛。傳送帶最早起源于美國，用于架空索道傳散狀物料，隨后發展成運送傳輸機。未來傳送帶的發展將會更加多元化，擴大適用范圍，面向城市間的物料傳輸，實現自動分揀及自動裝配都將不再是夢。

4 結論

本設計在step7，simaticmanager環境下運行，通過PLC的編程對四節傳送帶進行操控設置，實現傳送帶在配料生產線上自動配料的過程。利用變頻器的調速功能達到每一條傳送帶都能夠保持相同的速度運轉，使配料過程更方便快捷，生產效率更高。