自動配料生產線PLC控制系統設計

黃躍娟 牛敬業 常新

【摘 要】本文采用的是德國SIEMENS公司S7-300系列的可編程序控制器PLC和西門子的組態軟件WINCC在配料摻混控制系統中的應用和研究，運用與之相配的STEP-7編程軟件，來進行控制程序的設計。采用西門子的組態軟件WINCC對上位機進行監管控制，實現了現場的實時監控。通過S7-300可編程控制器PLC和西門子的組態軟件WINCC的有效結合使自動配料摻混系統大幅度提高工作效率及精準度。

【關鍵詞】配料摻混;PLC;生產線

1、引言

自動配料摻混行業現在已經被應用到各個領域，已經成為工業生產的不可或缺的一個環節，物料的摻混可以改通過不同的配方、改變物料的種類、添加不同的輔料以及顏色來形成不同的產品。通過改變物料的質量的比例或者成分形成新的產品是摻混系統核心功能與主要應用，而在如今自動化生產被廣泛應用，其體現的效果顯著、功能強大、管理方便等諸多優點也被大家認可。在自動配料摻混過程里，一定不能缺失一個重要的可編程控制器，可編程控制器就是摻混的心臟就像人類一樣缺少了肢體的某一部分還是可以繼續存活可是沒有心臟就永遠停止任何活動了，可編程控制器就是自動配料摻混的心臟不可或缺的。隨著最新的可編程控制器完美升級以及自身蛻變增加的各項功能，自動配料摻混的需求就越來越多，因為一個好的科技會被人們爭先恐后的搶奪，新一代的可編程邏輯控制器除了基本的邏輯處理功能以外，近年來可編程控制器PLC的功能愈加強大，從而使PLC滲透到了生產各各環節領域中。加上可編程控制器PLC通信能力的增強壯大，使用PLC各種設備通信更加方便也使得控制的方式更加的多樣性以及靈活性。

2、方案設計

本次自動配料摻混系統的設計中采用德國SIEMENS公司的S7-300型的可編程控制PLC，其良好的工作性能以及超高的可靠性還有簡單操作和豐富的指令集，讓人們可以更易于掌握以及更加方便快捷的操作，內置集成功能強大讓它可以實現更多的復雜性功能，良好的通訊能力讓它對外的兼容性更加完善，模塊的擴展模塊在更換以及使用中能更加靈活、方便、精準。自動配料摻混將完成2種肥料的自動配比摻混控制。控制方式為主從比例控制方式。可編程控制器PLC需要完成兩種肥料的下送肥料量重量的檢測、自動配料摻混設備的啟動和停止、肥料的下送料量的控制。組態操作界面WINCC能顯示設備的運行、停止、急停。上位機操作界面要求顯示每物料的下料設定值、實際值，通過上位機界面啟動、停止、緊急停止按鈕實現整個系統的開啟停止。

3、系統硬件設計

主電路設計圖，其中接觸器KM1控制著摻混系統的攪拌電機，KA1～KA5控制著電磁閥YA1為A肥料的進肥料倉的出肥料開關控制、YA2為B肥料的進肥料倉的出肥料開關控、YA3為A肥料的稱重肥料倉的出肥料開關控制、YA4為B肥料的稱重肥料倉的出肥料開關控制、YA5為攪拌倉的出肥料開關控制。

控制電路設計，6ES7321-1BHO2-0AA0DI模塊用0.0、0.1、0.2三個管道，對應相接著SB1、SB2、SB3三個開關，三個開關分別為啟動按鈕、停止按鈕、以及緊急停止按鈕。6ES7331-7KF02-0AB0模塊有兩個模擬量輸入通道，信號輸入為4～20mA，信號由稱重變送器接入分別是A秤和B秤的實時重量，在由6ES7331-7KF02-0AB0模塊轉換為PLC能識別的數字信號及0～27648，0～27648對應輸入信號的4～20mA也對應現場量程上下限。322-1BH01-0AB0DO模塊，用了Q4.0、Q4.1、Q4.2、Q4.3、Q4.4、Q4.5六個輸出管道，分別接了KA1、KA2、KA3、KA4、KA5五個中間繼電器和一個KM1接觸器，其中KA1為A肥料的進料倉的出肥料開關控制中間繼電器、KA2為B肥料的進料倉的出肥料開關控制中間繼電器、KA3為A肥料稱重肥料倉的出肥料開關控制中間繼電器中間繼電器、KA4為B肥料稱重肥料倉的出肥料開關控制中間繼電器、KA5為攪拌倉的出肥料開關控制中間繼電器。KM1為攪拌倉攪拌的電機的接觸器中間繼電器。

4、系統軟件設計

系統程序的I/0分配，其中SBI，SB2，SB3分別代表系統運行的啟動開關，停止開關，緊急停止開關，分配的輸入點為I0.0，I0.1，I0.2。KA1，KA2，KA3，KA4，KA5分別為A加料電磁閥繼電器，B加料電磁閥繼電器，A出料電磁閥繼電器，B出料電磁閥繼電器，混合放料電磁閥繼電器，分配的輸出點為Q4.0，Q4.1，Q4.2，Q4.3，Q4.4，KM1則為攪拌電機接觸器，分配輸出點為Q4.5。

5、結論

本次自動配料摻混系統的設計中采用德國SIEMENS公司的S7-300型的可編程控制PLC，其良好的工作性能以及超高的可靠性，還有簡單操作和豐富的指令集，可以對它進行擴展，如只需增加I/O接口模塊就可擴展原料系統的輸送控制;也可以與下料控制系統連接，只需增加通信模塊就可實現與上位機的通信，從而實現操控整個系統的操作管理。在設計中自動配料摻混將完成2種肥料的自動配比摻混控制，控制方式為比例控制方式可編程控制器PLC的下料量以及重量的采集、所以就必須有稱重傳感器，我本次設計的稱重傳感器運用兩個，因為是兩種肥料的摻混所以是兩個稱重傳感器分別來稱檢測A和B兩肥料，組態選用的WINCC是一個在MicrosoftWindows2000和WindowsXP下使用的強大的HMI系統集成了SCADA、組態、腳本（Script）語言和OPC等先進技術。自動化過程（AS）保持對過程的實際控制。界面WINCC則能顯示設備的運行狀態進行實時監控和操控，上位機操作界面要求顯示每肥料的給料設定值、以及實際值，通過上位機來控制操界面啟動、停止、緊急停止按鈕實現整個系統的開啟停止，這樣自動配料摻混系統就運行完畢。

參考文獻：

[1]王兆義.可編程序控制器教程[M].第三版.機械工業出版社，2014

[2]向曉漢.西門子PLC工業通信教程[M].第四版.化學工業出版社，2013

（作者單位：哈爾濱華德學院 機器人工程學院）