陶瓷杯生產機械化的電氣控制研究

摘 要：本文基于PLC（可編程邏輯控制器）技術，設計了一個陶瓷杯生產機械化系統。該系統通過集成控制模塊、執行模塊和傳感器模塊，實現了對陶瓷杯生產過程的自動化控制和監控。通過實驗，驗證了系統的有效性及穩定性。通過該系統的設計和實現，陶瓷杯生產過程得到了有效的自動化控制和監控，提高了生產效率和質量穩定性。

關鍵詞：PLC；電氣控制；程序編寫及調試

1前言

陶瓷杯作為日常生活中常見的容器，其生產工藝一直以來都依賴于傳統的手工制作方式。然而，傳統的陶瓷杯生產工藝存在著生產效率低、人工操作多、產品多樣性有限等局限性。為了提高生產效率、降低成本并滿足不斷變化的市場需求，機械化生產方式逐漸成為陶瓷杯生產領域的研究熱點。在機械化生產中，PLC（可編程邏輯控制器）技術作為一種先進的數字計算機控制技術，具備靈活性、可編程性和實時性等優勢。PLC技術通過編寫程序和邏輯運算，能夠實現對各種工業設備和過程的自動化控制，極大地提高了生產效率和質量穩定性。

2陶瓷杯生產機械化的現狀和挑戰

傳統陶瓷杯生產工藝存在一些局限性，包括生產效率低、人工操作多、產品多樣性有限、能源消耗高、質量控制難度大和環境污染問題。為了克服這些局限性，可以考慮引入現代化的生產技術和自動化設備，提高生產效率和質量控制水平。機械化生產具有提高效率、降低成本、提高產品質量和實現多樣化生產的優勢，但也面臨技術投入、適應性、運維和安全性等方面的挑戰。通過合理規劃和管理，可以最大程度地發揮機械化生產的優勢，并應對挑戰。PLC技術在工業自動化中具有廣泛的應用，可以實現對各種設備和系統的控制和監測，提高生產效率、質量和安全性。

3基于PLC的陶瓷杯生產機械化系統設計

3.1系統設計

系統硬件由控制模塊、執行模塊和傳感器模塊組成。控制模塊使用PLC（可編程邏輯控制器）作為控制器。PLC是一個專門用于工業自動化控制的電子設備，它能夠根據預設的邏輯條件和輸入信號來控制執行模塊的操作；執行模塊主要由繼電器和接觸器組成。繼電器用于控制電路的開關操作，接觸器用于控制較大電流的開關操作。執行模塊根據PLC的指令來控制各種設備和動作，如電磁閥、電機等；傳感器模塊包括溫濕度傳感器、熱點偶傳感器和光照傳感器等。溫濕度傳感器用于檢測環境中的溫度和濕度信息，熱點偶傳感器用于測量溫度變化，光照傳感器用于檢測環境中的光照強度。控制系統硬件組成見圖1。

控制模塊的核心采用了CPU224XP CN，該核心部分分別具有14個和10個的數字量輸入及輸出，和2個及1個的模擬量輸入及輸出，還擴展了4個EM231模擬量輸入模塊。觸摸屏采用SMART 1000IEV3型號觸摸屏，該觸摸屏可以與CPU進行良好的通信，并提供直觀友好的人機界面，方便操作人員監控和控制系統。傳感器采用RS-WS-120型號的溫濕度一體變送器。熱電偶測量范圍為0-180℃，光照變送器為RS-GZ-120-2，測量范圍為0-20萬Lux。系統中傳感器輸出的電流信號均為4-20mA，滿足模擬量輸入模塊的需求[1]。

控制系統的核心部分為PLC，其具有8個輸入信號和10個輸出信號。輸入信號主要由傳感器和限位開關信號組成，輸出信號由電路間繼電器組成。在控制相應電機的接觸器和PLC的輸出之間增加了一個中間繼電器。這樣的設計可以增加系統的穩定性和可靠性，同時減少對PLC輸出端的負載。本文控制系統基于STEP7 Micro-WIN和WinCC flexible進行軟件開發。STEP7 Micro-WIN是西門子的一款用于編程西門子S7-200系列PLC的軟件。它提供了一個直觀的編程界面，可以方便地進行邏輯控制、數據處理和通信配置等操作。WinCC flexible是西門子的一款人機界面軟件，用于開發和設計觸摸屏界面。它提供了豐富的圖形化界面元素和功能，可以實現數據顯示、參數輸入、報警處理等操作。

3.2電氣控制線路設計

PLC與各種開關量相連，為控制系統的核心。其通過輸入端接收來自傳感器和其他輸入設備的信號。同時，PLC的輸出端與控制對象（如電磁閥、繼電器和指示燈）相連。PLC負責控制和實現各種動作[2]。通過編程，PLC可以根據輸入信號和預設的邏輯條件來控制切割機的運行。PLC的使用可以提高控制系統的可靠性、穩定性和靈活性。它能夠根據預設的邏輯條件和輸入信號來自動執行各種控制操作，并實時顯示加工過程的狀態。這樣的控制系統可以提高生產效率和精度，并減少人工操作的需求。為了方便操作和監控，加工過程可以實時在觸摸屏上進行動態顯示。

4基于PLC的陶瓷杯生產機械化系統實現

在進行仿真時，確保計算機上安裝了一塊TCP/IP接口卡，并正確配置網絡連接，以便與PLC控制器進行通信和數據交換。具體步驟如下：

（1）打開Concept軟件，創建一個新的項目。在項目瀏覽器中選擇要仿真的PLC型號。將所選的I/O模塊與PLC進行連接，并在Concept軟件中進行相應的配置。根據控制需求和邏輯關系，使用符合標準的編程語言編寫控制程序。根據需要，可以使用不同的編程語言進行程序設計。

（2）啟動Concept軟件，并打開需要進行仿真的項目。在Concept軟件中，選擇Online菜單，然后選擇Connect命令，以建立與仿真控制器的連接。在彈出的連接PLC對話框中，選擇Protocol type（協議類型）為IEC Simulator（32-bit）。輸入仿真控制器的IP地址。如果仿真控制器安裝在本機上，則輸入本機的IP地址。如果仿真控制器安裝在網絡上的其他計算機上，則輸入該計算機的IP地址。點擊OK按鈕，完成連接操作。此時，Concept軟件與仿真控制器成功建立了連接[3]。

（3）打開Concept軟件，選中Online菜單。在Online選項中，單擊Download命令。在加載進程中，系統就會出現加載進程的信息。當加載完后，系統就會顯示程序編譯的錯誤信息，和如何開始PLC。若出現一般程度的編譯錯誤警告，即可進行仿真控制器的重啟。在重啟后，可以通過仿真控制器的控制面板進行離散量I/O狀態的強制和模擬量I/O數值的調整。同時觀察程序運行后的輸出結果。檢查各模塊的運行情況和網絡連接情況，確保系統正常工作[4]。

5系統評估

為驗證設計系統的可靠性，以魯棒性為實驗指標，魯棒性是指系統在超負載運行的情況下，不出現死機及崩潰等現象。實驗分為八組，第一組系統連續運轉72 h ，其余每組在前一組運行的基礎上增加12 h，控制命令增加 5.5%，網絡過載增加10%，然后記錄 8h 之內系統死機時間，如果死機時間過長，說明系統魯棒性能較差，反之則說明系統魯棒性能較好，實驗數據如表1所示。

對表1數據進行數據能夠看出，設計系統死機時間最長為1.42s，時間較短，而傳統系統的死機時間最長為24.15s，最短也需要15.36s，大大高于設計系統的死機時間。分析結果表明，設計系統在超負載運行下能夠保持穩定，并且具有較低的死機時間，表現出良好的魯棒性。這對于實際應用中需要長時間運行和保持穩定性的系統來說是非常重要的。

6結語

本文設計了一個基于PLC的陶瓷杯生產機械化系統。通過對硬件和軟件的詳細描述和設計，實現了對陶瓷杯生產過程的自動化控制和監控。在硬件方面，選擇了適合的控制模塊、執行模塊和傳感器模塊，確保系統的穩定性和可靠性。在軟件方面，基于西門子的STEP7 Micro-WIN和WinCC flexible平臺進行了軟件開發。通過編程設置，實現了對陶瓷杯生產過程中的自動加熱、除濕、太陽能拓展集熱板和防雨布的自動展開和回收等動作。通過該系統的設計和實現，陶瓷杯生產過程得到了有效的自動化控制和監控，提高了生產效率和質量穩定性。同時，減少了人工操作的依賴，降低了人力成本和操作風險。在未來的工業自動化領域，基于PLC的控制系統將繼續發揮重要作用。

參考文獻

[1]李慶哲，梁秀滿，唐穎，等.基于PLC的陶瓷坯體干燥房控制系統的節能設計[J].工業控制計算機， 2013，（5）：23-24.

[2]翁小祥，劉靜，奚小波，等.基于PLC的食用菌多能互補烘干房控制系統設計[J].中國農機化學報， 2021，8：101-108.

[3]張鴻強，吳明亮，吳明永.基于PLC的消失模白區烘干控制系統設計[J].特種鑄造及有色合金， 2014，（11）：4：1182-1185.

[4]郭峻嘉.基于PLC的空氣壓縮機控制系統設計[J].農村經濟與科技， 2016（18）：244-245.