基于PLC自動加料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

陳 翡

（無錫科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 無錫 214028）

0 前言

在進(jìn)行玻璃的制造和生產(chǎn)過程中，基于PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的自動化加料機(jī)能夠高效、準(zhǔn)確地完成玻璃運(yùn)輸，省去了大量人力物力，節(jié)約了生產(chǎn)成本。該文就是基于PLC 控制系統(tǒng)來設(shè)計一款玻璃自動加料機(jī)。

1 系統(tǒng)方案制定

在對其進(jìn)行設(shè)計的過程中，我們需要考慮7 個方面：1）研究自動加料機(jī)的工作原理和工藝要求。2）確定I/O 點(diǎn)數(shù)。依據(jù)我們所得到的具體的控制要求和工藝條件，確定所需要的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備以及對應(yīng)的按鈕數(shù)量等。3）根據(jù)I/O 點(diǎn)數(shù)來進(jìn)一步選擇較為合適的PLC 類型。4）分配I/O點(diǎn)，對PLC 的輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行合理分配，并繪制出一個分配表。5）設(shè)計出對應(yīng)的自動供料系統(tǒng)的梯形圖程序，這一步是核心工序。6）把PLC 程序進(jìn)行一次模擬運(yùn)行，找到程序中存在的錯誤和誤差，并對其進(jìn)行修改，加以完善。7）PLC軟、硬件在完成最終的設(shè)計后，需要對其進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，該過程中一旦發(fā)現(xiàn)任何問題要及時解決，直到最終成功。基于以上設(shè)計思路，制定了以下系統(tǒng)設(shè)計方案，需要根據(jù)S7-200供料系統(tǒng)的基本原理來設(shè)計PLC 控制系統(tǒng)，查閱有關(guān)PLC控制系統(tǒng)的文獻(xiàn)和資料，分析其軟件和硬件的設(shè)置要求，對PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行編程、調(diào)試和操作。系統(tǒng)內(nèi)有3 個三相交流異步電機(jī)，分別是傳送帶電機(jī)M3，額定功率4 000 W，額定電壓380 V，額定電流10 A。出料電機(jī)M4，額定功率4 000 W，額定電壓380 V，額定電流10 A；開閘電機(jī)M1，額定功率2 000 W，額定電壓380 V，對應(yīng)的額定電流是5 A。在按下了電動機(jī)上的啟動按鈕之后需要接通傳送帶電機(jī)M3，讓輸送帶帶動開始運(yùn)轉(zhuǎn)，向秤斗中進(jìn)行進(jìn)料。把稱斗中所含有的原料設(shè)置到對應(yīng)的重量后，進(jìn)行S3動作，M3接受到感應(yīng)就會停止工作，不再將原料輸送過來，利用出料電機(jī)M4和開閘電動機(jī)M1就會將傳送帶上的原料運(yùn)輸過去，此時對應(yīng)的斗秤閘門會打開并把物料運(yùn)輸?shù)较旅娴膫魉蛶е腥ァ．?dāng)閘門打開，就會自動開啟上位開關(guān)S1，開關(guān)就會切斷開閘電機(jī)M1，這時候M1就不再工作。稱上的原料會自動下落，直至稱上無原料為止，此時就會觸發(fā)進(jìn)料開關(guān)S4，開關(guān)就會將關(guān)閘電機(jī)M2線路接通，接通后閘門就會關(guān)上。當(dāng)原料全部下放完畢，閘門就會全部關(guān)上，閘門關(guān)閉后會觸發(fā)下位開關(guān)S2，開關(guān)會關(guān)閉關(guān)閘電機(jī)M2，同時接通傳送帶電機(jī)M3，原材料就會再次從料倉下放到傳送帶上進(jìn)行下一輪的下料工序。具體情況如圖1 所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 PLC的選擇

該控制系統(tǒng)有6 個開關(guān)輸入點(diǎn)和4 個開關(guān)輸出點(diǎn)，因此這時需要選用西門子S7—200 系列的CPU222（8DI/6DO）。

2.2 電動機(jī)的選擇

因為某些生產(chǎn)機(jī)械會非常頻繁的啟動和制動，所以，在選擇對應(yīng)的額定轉(zhuǎn)速時，需要考慮其操作過程中的啟動時間和制動時間，從而提升整體的生產(chǎn)效率。對于啟動時間和制動時間的長短設(shè)計，主要取決于電動機(jī)內(nèi)部的額定轉(zhuǎn)速和飛輪矩。上述電動機(jī)所需要選定的是對應(yīng)額定電壓為380 V，對應(yīng)額定功率為4 kW，額定轉(zhuǎn)速達(dá)到720 r/min 的鼠籠式三相異步電動機(jī)，M1、M2、M3、M4都是交流異步電機(jī)。

2.3 自動加料機(jī)的選擇

現(xiàn)階段工業(yè)市場上所應(yīng)用的自動加料機(jī)的型號和種類相對較多，針對玻璃制造和生產(chǎn)方面的自動加料機(jī)的型號就有3種，分別是翻轉(zhuǎn)進(jìn)給型、XY 型和振動型。通過對運(yùn)用成本以及這些類型的機(jī)構(gòu)所需要的工作環(huán)境進(jìn)行考慮，該設(shè)計采用的是振動進(jìn)給型的自動加料機(jī)。

2.4 變頻器的選擇

圖1 加料系統(tǒng)原理圖

根據(jù)變頻器的不同生產(chǎn)品牌、機(jī)械的不同類型以及對于性價比的相關(guān)要求，該設(shè)計采用的是西門子MM 440 變頻器。該變頻器適用于多個生產(chǎn)領(lǐng)域，具有多功能標(biāo)準(zhǔn)化變頻的特點(diǎn)。其采用了較為先進(jìn)的控制技術(shù)，控制效果更佳，工作更穩(wěn)定，能夠滿足多種生產(chǎn)情況下的要求，靈活性也較強(qiáng)，因此運(yùn)用得較為廣泛[1]。

2.5 氣缸的選擇

通常情況下，汽缸有2 種運(yùn)動模式，分別是往復(fù)擺動和直線運(yùn)動。該設(shè)計當(dāng)中所選用的是一種單作用式氣缸，該氣缸只在一端有活塞桿，從這一個端口來供應(yīng)能量，形成對應(yīng)的氣壓產(chǎn)生推力[2]。汽缸在生產(chǎn)和發(fā)展的過程中，種類和型號也越來越多，現(xiàn)階段世界范圍內(nèi)運(yùn)用最為廣泛的就是來自日本的SMC 標(biāo)準(zhǔn)氣缸。因此，該設(shè)計選擇的也是這種型號的汽缸，其在使用方面具有安全耐用的特點(diǎn)，操作起來也非常的簡便。

2.6 硬件連接圖

3 臺電動機(jī)分別是M1、M3和M4，其中M 和3～是指三相異步電動機(jī)，具體電路圖如圖2 所示。

圖2 自動加料的PLC 控制系統(tǒng)主電路

KM1接通M1正轉(zhuǎn)，KM2接通M1反轉(zhuǎn)；KM3接通M3反轉(zhuǎn)，KM4接通M4反轉(zhuǎn)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)流程圖設(shè)計

依據(jù)該設(shè)計在安全和控制方面的一些要求，具體設(shè)計的系統(tǒng)流程圖如圖3 所示。

3.2 梯形圖的設(shè)計

該設(shè)計采用的是SEPT7-Micro/Win Smart 編程軟件，設(shè)計出來的梯形圖如圖4 所示。

程序分析：按SB1啟動按鈕，Q0.2通電開始工作，將原料從料倉引進(jìn)到傳送帶上，等傳送帶上的原料達(dá)到一定重量，就會觸發(fā)S3啟動和Q0.2斷開，傳送帶不再進(jìn)料；同時也會觸發(fā)Q0.3和Q0.0啟動，傳送帶上的原料就通過閘門進(jìn)入料斗，當(dāng)料斗內(nèi)的原料重量達(dá)到上限，觸發(fā)閘門上位開關(guān)S1，Q0.0停止工作，將原料下放到指定位置。此時Q0.2又開始啟動進(jìn)料，從而重復(fù)原料運(yùn)輸這一工序。如果按下停止按鈕SB2（I0.1），則M0、M2輔助繼電器接通，Q0.2斷開。同時Q0.3（出料）、Q0.0（開閘）接通。閘門上位開關(guān)S1（I0.2）動作，Q0.0斷開。當(dāng)原材料運(yùn)輸完畢后，S4啟動，Q0.1觸發(fā)關(guān)閘電機(jī)M1使閘門關(guān)閉，之后S2啟動，Q0.1停止工作，10 s 后，Q0.3也將原材料運(yùn)輸完畢，系統(tǒng)全部斷開。

圖3 系統(tǒng)流程圖設(shè)計

圖4 電路梯形圖

4 結(jié)論

PLC 加料控制系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)，基于PLC 控制系統(tǒng)以及加料設(shè)備上的一些傳感器和接觸器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動加料并將原料運(yùn)送過程的完全自動化的操作。員工只需要對該系統(tǒng)的啟動和停止按鈕進(jìn)行控制就可以，很大程度上節(jié)約了人力成本，也提升了整體的工作效率。該設(shè)計能夠用于生活中的生產(chǎn)行業(yè)，尤其是在制造和工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)，隨著自動化技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC 控制技術(shù)也會更加先進(jìn)，其運(yùn)用到生產(chǎn)過程也會越來越普遍。