西門子（SIEMENS）自動化控制系統的設計與運用

沈維偉

摘要：西門子PLC自動控制系統包括生產過程控制系統、測量系統、防雷和接地系統等部分。通過現有的總線技術、PLC、監測儀表、執行設備和PC監測設備，形成一個高效、實時和可靠的網絡自動化操作系統。文章對西門子自動化控制系統的設計與應用進行了探討。

關鍵詞：西門子；自動化控制系統；生產過程控制系統；測量系統；防雷系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP392 文章編號：1009-2374（2016）22-0019-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.010

1 概述

隨著計算機的發明以及IT計算的迅速發展，工業控制計算機自動控制系統已廣泛應用于飲料行業，它可以保證穩定可靠的生產，質量改進，增加產量，減少能源消耗，提高勞動生產率。在現代工業生產中，由于分工的精細程度高，使生產過程極為復雜，通過西門子自動控制系統，可以及時向操作設備傳達操作命令，準確地監控設備運行狀態，并及時調整數據參數，統籌協調各個生產部分，保證整個系統的穩定運行，提高生產效率。現今市場競爭的不斷加劇，使得企業必須提高生產效率才能生存下去，因此先進的生產管理、準確無誤的自動化控制系統是企業在激烈競爭中的法寶。

PLC的英文全名是可編程邏輯控制器，是一種對生產過程控制的電子控制設備，與傳統繼電控制系統不同，PLC包括邏輯運算、順序控制、定時、數量和算術程序。用一串指令形式在內存中，然后根據存儲的控制內容，模擬數字輸入和輸出組件，對生產設備、生產過程進行控制，其特點是操作方便、靈活，價格低廉，可靠性高。它方便的構成能對復雜的工業生產過程進行精準的控制，是現代工業發展的新型控制器。

2 自動控制統的功能分析與設計

2.1 西門子（SIEMENS）自動化控制系統的組成

2.1.1 電源。通常在日常使用ac電壓波動范圍為-10%～+10%，不能采取任何措施或通過任何形式直接使用日常交流電網。PLC電源模塊（PS）的輸入電壓一般為AC220V電源或電源DC24V，電源模塊的作用是將日常交流電網的輸入電壓轉換為穩定的電壓，DC24V時使用的其他模塊輸入。

2.1.2 中央處理單元（CPU）。PLC作為中央和主要控制中心，根據PLC的系統程序，中央處理單元（CPU）的主要功能包括診斷錯誤的語法、包含在用戶程序可以接收和存儲的數據輸入PLC編程、相關的PLC程序以及語法，并對電源、I/O、內存和警告定時器實時狀態進行檢查。

2.1.3 存儲器。硬盤是PLC的儲存中心，用來存儲程序和數據。PLC內存包括用戶程序內存和系統程序存儲器的訪問兩種，分別為存儲和存儲用戶程序和程序

系統。

2.1.4 輸入輸出接口電路。與PLC控制接口界面的輸入通道，通過PLC控制現場的通道組件對應的控制信號時，它被稱為路和中斷請求電路和一系列的電路

集成。

2.1.5 功能模塊。PLC制造商根據目前市場的不同需求，開發出各種功能模塊（FM），針對不同需求的特殊控制功能，加強PLC的功能擴展，拓寬應用領域，完成不同功能，不同領域的特殊控制它們主要用于實現一些高要求以及對存儲容量的控制任務，如高速計數器、閉環控制和位置控制功能模塊。

2.1.6 通信模塊。通信模塊的處理器簡稱CP，主要用于實現PLC與PLC之間，遠程I/O、PLC和計算機與其他智能設備之間的相互通信。通信接口包括工業以太網，MPI，ROFIBUS-DP-O，點對點通信，etc.Generally，CPU模塊與MPI集成在一起的界面，一些CPU與其他通信接口模塊集成。

2.2 自動控制系統的功能設計

手動模式：控制系統提供手動操作功能，手動模式能發送的命令也較為簡單，僅能實現人工電機反轉、向前、開始、停止等操作，手動模式主要用于現場設備的維護和調試以及突發情況的處理。

2.2.1 自動模式：在這種方式，計算機系統處于離線狀態，能進行電機啟動，停止，運輸設備的操作，自動控制執行機構的動作是由人工輸入指令。

2.2.2 在線模式：通過這種方式中，電機啟動、停止、運輸設備，如運動的傳動裝置自動控制系統由計算機命令實現，物流自動傳輸和數據流，最后以滿足需求的過程。

2.2.3 預警系統：操作模塊出現故障時，控制系統自動診斷和相應的聲、光報警信號，控制設備就能及時做出判斷及輸出相關停止命令。

2.2.4 網站運營商終端：是提供人機界面的操作，可以用于監控設備狀態查詢和故障指示器等，手工操作和維護設備、物流信息參數也可以選擇系統控制

模式。

2.2.5 應急處理：當網絡中斷或出現其他突發情況時，如停電、地震等，應急處理系統可以將控制模式設置為手動模式，由操作員輸入終端和起始地址，再輸入目標地址的代碼來實現各種運輸設備的手動控制，當突然停電時，控制系統自動運行預先存儲在主控制器上的數據，在恢復電力前使系統可以繼續運行。

3 自動控制系統在立體倉庫系統控制中的實際運用

3.1 自動化控制流程實施

包含11個區域：自動化立體倉庫存儲區域（完整的空氣/固體容器存儲，出站函數），包裝到水庫（完整的單元，即煙草包裝重量、外觀和后續的檢測、信息輸入函數），出站放電區域（完整的空盒子出站卸載單元信息函數），自動清洗區域完成圖像識別后剩余的邊角料處理（容器），空集裝箱運輸線路（完整的單元，即輸送和緩存函數），固體盒輸送線（完整箱單元輸送和緩存功能），隧道干燥打樁（單深單貨叉），1套貨架（10×19×2列×5層，共1900）將裝卸輸送系統，1套（包括擺動鏈板輸送機、鏈板輸送機系列輸送機、鏈式起重機輸送機、提升輸送機等；清潔機器人1；雙盒機），1套容器處理系統（包括水平步機、振動輸送機、電子稱、圖像識別、電子標簽讀寫等）。

系統可以根據貨物的特點自動開始進行倉儲，倉庫貨物運輸過程主要是貨物的輸入和輸出和盒體的處理過程。通過自動化控制，對控制指令處理細分，如此復雜的過程可以分為多個步驟來完成。能根據用戶的技術要求，自動控制過程可設計分為初始化空集裝箱入站和出站，空料箱入庫、出庫空料箱返庫、實料箱入庫、空料箱補充出庫、實料箱出庫、實料尾料箱出庫、實料箱出庫計劃和出庫完成信號下達、抽檢出庫、抽檢返庫、計算機裝箱計劃和電控裝箱完成信號下達十大功能流程，分別進行設計控制。

3.2 自動控制系統的編程

在完整的立體倉庫貨物裝卸控制過程中，PLC梯形圖編程實現控制過程。梯形圖的準備過程，本質是PLC控制器的自動控制過程中信號傳輸接口和功能接口的對接。在信號傳輸的過程中，信號必須有統一的規范，以確保操作模塊能接受控制指令并做出相應的動作。

3.2.1 項目。實時檢測整個立體倉庫系統的電源、突然停止，PLC運行狀態，每個區域的負荷。當檢測到故障時，報警提示。沒有失敗，立體倉庫系統可以自動啟動。

3.2.2 渠道的交叉問題的實現程序。該系統采用自由競爭的方式，通過去建立一個競爭的情況下，而不是爭奪聯鎖裝置的位置，使其不能運行。它有利于通道實現交叉問題。十字路口交通控制的有效實施。

3.2.3 數據統計。根據自動化物流系統的設計要求和工藝流程來設計完成的。充分利用了分散控制與集中管理兩種管理方式，巧妙的采用先進的軟硬件相結合的設計模式，充分發揮傳感器技術、PLC控制、無線通訊、網絡、條碼、圖象識別系統等若干快速發展的新技術的長處和優點。該系統以立庫倉庫的工藝控制和管理要求為基礎，既能達到工藝精確控制的目的，又能滿足現代化管理需求。

4 結語

從西門子自動化控制系統發明，并在生產過程中不斷的改進，目前已達到系統運行狀況良好，有可靠性和安全性，在今后的生產實踐中，應繼續重視整個系統的操作和控制的提高，確保生產設備的高效運行，將此系統推廣到更多的市場及領域中，根據生產管理的需求，不斷改進和完善自動化系統，進一步促進生產的優化和協調。

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（責任編輯：黃銀芳）