西门子浙江PLC模块总代理
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- 2026-06-01 07:01
| 1 引言物料包装输送系统的工作环境通常比较恶劣,设备所处环境一般粉尘较大，空气相对湿度高，操作分散，所以对输送包装控制系统工作的安全性、可靠性、维护简便性要求较高。以前，电器控制系统中大多使用分立的继电器，接触器等电器元件作为控制元件，其控制系统复杂，操作难度大，并且安装接线工作量大、修改控制策略难,维护量大，严重影响了正常生产。因此，物料输送控制系统成了制约生产的瓶颈。而采用可靠性较高的PLC及其WINCC监控软件[1]组成的控制系统作为数据采集、控制回路、自动顺序操作和运算的主要设备。实现包装系统的皮带过程控制和输送工艺流程的实时监测、自动控制和系统运行诊断，满足了系统可靠性、稳定性和实时性的要求。2 系统介绍包装输送控制系统分为散库和包装库两组。散库主要存储不需要包装的散料，包装库进行成品包装。主要包括：1#～8#线、A线（9#、15#、16#）、B线（10#、19#、20#）、C线（11#、17#）、D线（12#、18#）、E线（13#、21#）、F线（14#、22#）。各线工艺流程如图1所示。在该工艺流程中，除了要考虑各皮带内部按顺序启动停止以及皮带的打滑、跑偏等问题外，还必须考虑相关配套设备。系统主要包括数字量输入67路，模拟量输入16路，数字量输出52路；需要控制的过程有各皮带的启动、停车和安全运行，各料槽的选择和设备故障时的处理。 2 PLC控制系统的硬件设计2.1硬件配置根据设备及工艺要求，包装输送系统采用上位机和下位机组成，上位机使用两台PC机：一台作为操作站实现整个系统的监控和数据检测；另一台作为工程师站完成组态软件的设计与开发、PLC程序的开发以及将软件通过PROFIBUS[2]总线传送至PLC的CPU单元。下位机采用功能强大、可靠性高、维护方便且抗干扰能力强的可编程控制器西门子S7-300系列PLC完成对设备的控制功能，且下位机 分为两个机架分别放置于包装库和散库。散库机架与包装室机架的S7-300构成PROFIBUS-DP网络结构。系统硬件结构配置如图2所示,其具体组成如下。(1) *控制单元*控制单元选用 CPU315-2DP[3]作为PLC的核心部件，进行逻辑和数字运算，协调整个控制系统各部分的工作。(2) 电源单元电源单元采用1：1隔离变压器进行对PLC的220V交流开关量输入卡件进行供电，采用SITOP电源对PLC的24V开关量输出卡件供电。自带的PS-307/5A直流电源对CPU和部分卡件进行供电。(3) 输入输出单元 系统采用两块8点的模拟量输入单元AI8×12Bit、两块32点输出单元DO32×DC24V/0.5A、一块16点输出单元DO16×DC24V/0.5A、五块16点数字量输入单元DI16×AC120/230V(4)通迅模块为了确保包装库操作站与散库操作站通信正常(距离约300米)，在本系统选用了CP 342-5通迅模块。 通过PROFIBUS 进行配置和编程。2.2 变量分配控制对象的PLC变量分配情况表1所示。 3 包装输送控制程序设计思想3．1 系统控制方式包装输送控制系统的控制方式分为自动控制、单机控制和现场手动控制三种。单机启动方式是指在上位机的连锁图中, 设有启动及停车按钮, 在未进入联锁状态时，皮带可以独立启动/停止。3．2控制程序设计该皮带输送系统共有二十二条皮带，根据皮带输送工艺可以将其为两大部分：1#～8#线与A~F线。根据包装室和散库控制室及现场皮带运行情况，得出该输送系统的控制策略：（1）选择控制方式：远程自动控制、现场手动控制或远程手动控制方式。 （2）根据包装与否控制包装流水线和散库流水线运行，并按要求顺序停止。（3）根据料槽料位控制A~F线启动、停止。本系统中STEP7用户程序分为组织块（OB）、功能块（FC）和数据块（DB）。功能块根据控制任务用于建立用户程序。将整个控制过程按工艺分为模拟量信号处理、A~F线起/停、3~8#线皮带起停、 总料位计算、模拟量变换、料槽料位运算、报警处理、1~6#皮带速度处理、1~2#皮带起停和分料器选择等程序块。针对工艺流程的具体情况，用语句表(LAD)形式编程。图4给出了3#~6#皮带控制流程图。数据块用来存放皮带速度和料槽料位的数据。3.3控制设计思想(1) 回路启动顺序由下游向上游(来料方向为上游) , 按一定延时, 逐个启动, 若回路启动过程中*, 则为正常启动; 若有故障则为异常启动, 程序启动遇到故障时, 就不再继续往下启动。(2) 回路停止顺序由上游向下游, 它包括正常停止和事故停止。正常停止为顺序停止,即正常操作时程序按一定时间延时由上游向下游逐个停止设备。事故停止是在启动或正常运行过程中回路中某一设备发生故障时, 上游的设备立即停止,下游设备可运行。(3) 在逻辑梯形图中, 凡是带有分支的联锁回路都有记忆功能。因为前一台设备可以根据需要启动下面的各个分支回路的设备, 回路梯形逻辑的记忆功能, 可保证有故障回路的设备能正确停车。(4) 上位机能显示出整个皮带运行状态。 亦能显示单条回路运行的设备。4 WINCC组态软件结构设计工业控制组态软件是可以从可编程控制器、各种数据采集卡等设备中实时采集数据，发出控制命令并监控系统运行是否正常的软件。组态软件能充分利用Windows强大的图形编辑功能，以动画方式显示监控设备的运行状态，方便的构成监控画面和实现控制功能，并可以生成报表[4]、历史趋势等，为工业监控软件开发提供了便利的软件开发平台，从整体上提高了工控软件的质量。西门子公司开发的WINCC是运行在Windows2000上的一种组态软件。它的功能是建立动态显示窗口，通过提供的工具箱可方便建立实时曲线图、历史曲线图和报警记录显示。在画面窗口中，通过对多种图形对象的组态设置，建立相应的动画连接，用清晰生动的画面反映工业控制过程。根据包装控制系统的要求，图5是监控软件的结构。WINCC与S7-PLC同属西门子产品，属于无缝集成且自带通讯协议连接。该控制系统和上位机组态软件实现了物料输送测控系统的要求。简洁且形象的模拟了整个系统的工艺流程，操作人员能在控制室的计算机屏幕上观察到输送的全部情况，包括各种报警。取得权限的操作人员能在控制室对任何一条皮带单独操作或连锁操作，并进行手动与自动切换。 5 监控系统主要实现的功能(1) 显示功能：工艺流程、测量值、设备运行状态、操作模式、报警等显示、画面调用等功能；(2) 报警处理和报表生成功能：纪录报警发生时间、故障内容等信息，并对报警信息进行管理，系统报表有时报、日报、月报等；(3)历史趋势功能：对现场的皮带速度、料槽料位以曲线图形显示。每个趋势曲线显示的画面主要包括画面名称、时间、趋势等；(4) 画面系统对系统料位参数进行修改，实现对系统自动/手动的切换；(5) 管理权限：实现不同级别的系统管理权限，系统操作员可以选择操作模式，查看趋势曲线及报表等；系统工程师可以对监控软件和下位机软件进行修改。(6) 操作控制功能：根据界面上的按钮可以对各条皮带进行操作，比如：启动、停止；对料位按工艺要求进行设定并对其进行选择。 |
1 引言
随着机械加工精度和效率要求的日益提高，plc正迅速地应用于机械加工设备的自动化控制系统中［1～5］。plc可靠性高、抗干扰能力强、系统组合灵活方便、编程语言简单易懂、对生产工艺适应性强。
du型组合机床是对某特定工件，进行特定加工的一种高效率的，自动化控制专用加工设备。其继电器接触器控制系统，接线复杂，故障率较高，可靠性较差。应用plc对其进行技术改造，可以把机械加工设备的功能、效率、柔性提高到一个新的水平，提高产品的加工质量、生产效率，降低设备故障率，其经济效率显著。
2 系统工艺简介及操作
du型组合机床由液压动力头和液压回转工作台组成。其立式动力头共有四个工位，分别为钻孔、扩孔、铰孔和装卸工件用，
本机床的自动工作循环为：回转台抬起－回转台回转－回转台反靠－回转台夹紧－动力头快进－动力头工进－延时停留－动力头快退。
2.1 回转工作台液压系统
如图2所示，液压回转工作台靠控制液压系统的油路来实现工作台转位动作。其转位动作为：自锁销脱开及回转台抬起－回转台回转及缓冲－回转台反靠－回转台夹紧。
（1）自锁销脱开及回转台抬起：动力头在原位时（限位开关sq1被压动），按回转按钮sb4，电磁铁ya6通电。将电磁阀yv1的阀杆推向右端，将液压泵的压力油送到夹紧液压缸1g，使其活塞上移抬起回转台。同时经阀yv1的压力油也送到自锁液压缸2g，活塞下移使自锁销脱开。
（2）回转台回转及缓冲：回转台抬起后，压动开关sq5，ya7通电，电磁阀yv3的阀杆被推向右端，压力油送到回转液压缸3g的左腔，而右腔排出的油经阀yv2和yv3流回油箱。因此活塞右移，经传动机构使回转台回转。当转到接近定位点时，定位块1将滑块2压下，从而压动了sq6，ya9通电，使液压缸3g的回油只能经节流阀l流回油箱，回转台变为低速回转。
（3）回转台反靠：回转台继续回转，使定位块1离开滑块2，限位开关sq6恢复原位，ya7断电，同时ya8通电，yv3的阀杆左移。压力油经yv1和节流阀l送至回转液压缸3g的右腔，使回转台低速反靠。此时定位块的右端面将通过滑块靠紧在档铁的左端面上，达到准确定位。
（4）回转台夹紧：反向靠紧后，通道杠杆压动限位开关sq7，使ya6通电，使yv1阀杆向左移，液压缸1g将回转台向下压紧在底座上。液压缸2g因已接至回油路，自锁销4被顶起使定位块1锁紧。当转台夹紧力达到一定数值，压力继电器kp动作，ya8、ya9断电，阀yv3回到中间位置，这时3g的左、右油腔都接至回油路使回转液压缸卸压。ya10通电，使yv4阀杆右移，通过液压缸4g使离合器7脱开。
（5）离合器脱开后的状态：液压缸4g的活塞杆压动限位开关sq8，ya9断电，ya8通电，回转液压缸活塞退回原位，杠杆压动限位开关sq9，动作的电器均断电，ya10断电使离合器重新接合，系统恢复到初始状态，以备下次转位循环。
2.2 动力头液压线路
动力头是既能完成进给运动，又能同时完成刀具切削运动的动力部件，
其自动工作循环为：动力头快进－工作进给－延时－快速退回原位。
（1）动力头原位停止：液压缸5g带动动力头做前后运动。当电磁铁ya1、ya2、ya3都断电时，电磁阀yv1处于中间位置，动力头在原位停止不动，此时限位开关sq1由挡铁压动。
（2）动力头快进：把转换开关s1选在自动位置。当回转台夹紧，回转液压缸活塞返回原位，电磁铁yal、ya3通电。动力头做快速向前运动。
（3）动力头工进：在动力头快进过程中，当挡铁压动限位开关sq3时，ya3断电，动力头工作进给。
（4）动力头快退：当动力头工作进给到终点后，挡铁压动开关sq4，ya1和ya3断电，动力头停止工进。同时开始定时，定时时间到后，ya2得电，电磁闽yv1左移，动力头快速退回。动力头退回原位后，sq1被压动，ya2也断电，动力头停止运动。
（5）动力头点动调整：将转换开关s1放在点动位置，按动按钮sb5，使电磁铁ya1、ya3通电，放松sb5后，ya1、ya3断电，动力头立即停止。当动力头不在原位，需要快退时，按动按钮sb6，ya2得电，动力头做快退运动，直到退回原位，sq1被压下，动力头停止。停车时按动停止按钮sbl，接触器km1、km2和km3都断电，主电动机m1、液压泵电动机m2及冷却泵电动机m3都停止，自动工作循环停止。
3 系统设计
控制系统主回路如图4所示，m1为主电动机，m2为液压泵电动机，m3为冷却泵电动机。由按钮sb2及sb1控制m1与m2的起、停。开关sa3和sa4为单独起动ml和m2时的选择开关。当旋钮开关s在自动位置时，m3在动力头工进时自动启动；s在手动位置时，可由按钮sb3进行启动。
plc i/o分配如图5所示。电源接通后，指示灯hl亮，等到液压泵电动机m2起动后，指示灯才熄灭。电机启动、停止程序。
常开触点y001闭合，执行mc n0与mcrn0之间的程序。常开触点x013闭合，y010得电，工作台微抬，微抬到位常开触点x016闭合，y012得电，工作台回转。常闭触点x022闭合，执行mcn1与mcr n1之间的程序。工作台依次进行反靠、加紧。常闭触点x012闭合时，执行mc n2和mcrn2之间的程序。动力头分别进行快进、工进和慢退。程序扫描到指令end，此次扫描结束。
4 结束语
本系统改造所采用的可编程序控制器是专为工业控制而研制的一种新型控制器。它即继承了继电器接触器控制系统简单易懂、操作方便、价格便宜的优点，又结合了计算机功能完备、灵活、通用性好等性能。以其为核心控制器的du型组合机床控制系统得到了大大简化，具有使用硬件少、系统简单、维修方便、可靠性高的特点，使产品的质量和生产效率得到很大的提高。
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