西門子PLC在液壓送料機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

馬福貴

（青海省重工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，青海 西寧 810000）

液壓送料機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，涉及的內(nèi)容比較多，傳統(tǒng)控制技術(shù)有限，需要大量人為干預(yù)，自動化控制水平降低，生產(chǎn)效率不高。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC技術(shù)愈發(fā)先進，被廣泛應(yīng)用在自動化控制系統(tǒng)和工業(yè)生產(chǎn)中。與傳統(tǒng)控制技術(shù)相比，西門子PLC具有控制系統(tǒng)組成簡單、可靠性高、通用性強、抗外界干擾能力強、體積小、設(shè)計研發(fā)周期短等優(yōu)勢。在應(yīng)用過程中，一般無需特殊措施就能適用于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，將其應(yīng)用到液壓送料機控制系統(tǒng)中可有效提升控制系統(tǒng)的整體性能，優(yōu)越性非常顯著，具有良好的發(fā)展前景。基于此，開展西門子PLC在液壓送料機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究就顯得尤為必要。

1 西門子PLC的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 可靠性高

西門子PLC在運行中無需大量活動元件和連線電子元件，因此組成系統(tǒng)相對簡單，維修起來也比較便捷。在設(shè)計上也采用了一系列設(shè)計方法，最典型的是冗余設(shè)計，實現(xiàn)了斷電保護，而且可進行故障診斷，并及時恢復(fù)故障信息。西門子PLC是一種專門為工業(yè)生產(chǎn)自動化控制而設(shè)計的控制裝置，具有比通用計算機控制更加簡單的編程語言，相關(guān)硬件設(shè)備也更加可靠。在程序編程中，采用精簡化的編程語言可顯著降低編程時發(fā)生錯誤的概率。

1.2 操作方便

西門子PLC的編程比較簡單，而且操作方便，維修起來也比較容易。在操作時主要包括兩方面內(nèi)容，一是程序輸入操作，二是程序更改操作。可清楚顯示輸入?yún)?shù)，更改程序的操作，還可直接按照所需的地址編號快速查找，再進行更改。

1.3 應(yīng)用靈活

西門子PLC運行程序可用的編程語言比較多，如圖形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊等，都可以作為西門子PLC常用的編程語言。編程方法的多樣化，使西門子PLC應(yīng)用面具有良好的拓展性，而且操作比較靈活，無論是運行過程監(jiān)視還是控制變量都非常容易。

2 液壓送料機控制系統(tǒng)原理和控制要點

2.1 控制原理

液壓送料機控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 液壓送料機控制系統(tǒng)圖

圖1中的DT1～DT4表示電磁鐵，ST3～ST5表示的是限位開關(guān)，ST1和ST2表示用于控制整個系統(tǒng)的非自動化復(fù)位式型材開關(guān)，在安裝時需要安裝在工字鋼旁邊，在運行時通過送料小車進行撥動。ST3和ST4表示按鈕式行車開關(guān)，主要安裝在夾緊缸夾緊點和松開點，而ST5和ST6則需要分開安裝，其中ST5需要安裝在提升缸的上頂點，而ST6則需要安裝在提升缸的下底點。M1表示輸送電機，M2表示液壓泵電機。

液壓送料機控制系統(tǒng)運行過程：夾緊→提升→中心位置→下降→放松→返回。小車在后退過程中，先和ST1接觸，促使DT1得電，機械手夾緊并和ST3接觸，促使KA1得電，而DT1失電，夾緊停止。同時DT3得電，機械手提升到位，和ST5接觸，DT3失電，完成提升過程，此后液壓自動鎖緊。鎖緊完成之后，小車已經(jīng)行駛到ST1的位置，和ST1接觸，ST1復(fù)位后，小車?yán)^續(xù)行駛[1]。當(dāng)接觸到ST2之后，DT4得電，機械手會自動下降到ST6的位置，并使DT4失電，下降停止，但同時DT2會得電，使機械手放松，接觸到ST4后，DT2失電，小車連續(xù)后退，觸動ST2，使其復(fù)位，小車?yán)^續(xù)后退，直到觸動ST1，再繼續(xù)上述步驟，形成循環(huán)往復(fù)的運動。

2.2 控制要求

在液壓送料機控制系統(tǒng)運行過程中，機械手需要完成夾緊、提升、中心位置、下降、放松、返回六個動作，可成順序控制問題。通過西門子PLC可實現(xiàn)自動循環(huán)控制，需要在每個動作位置合理布設(shè)位移傳感器檢測各動作是否到位，然后按照提前設(shè)定好的程序確定從此動作轉(zhuǎn)移到下一個動作的條件。根據(jù)機械手的特性，至少需要3個液壓缸來完成這6個動作，以保證控制效果。

3 西門子PLC在液壓送料機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 數(shù)字量輸入輸出

圖2 西門子PLC在液壓送料機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用簡圖

西門子PLC在液壓送料機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖2所示。圖2中液壓送料機控制系統(tǒng)中的PC終端設(shè)備或PG終端設(shè)備可通過相應(yīng)的適配器，將控制程序下載到CPU模塊的存儲器中，需要用到大量數(shù)字量進行輸入、輸出操作。輸入信號經(jīng)過PLC處理后，就可以得到相應(yīng)的數(shù)字量輸出信號，用于驅(qū)動各元件及結(jié)構(gòu)。在具體應(yīng)用中，為保證運行的穩(wěn)定性和可靠性，無論是輸入模塊還是輸出模塊，都必須選擇24V直流電源[2]。例如，輸入電路開關(guān)處于閉合狀態(tài)時，就可以為系統(tǒng)中的輸入模塊連續(xù)不斷地輸送信號，液壓送料機的位置為1時，通過CPU的程序處理之后，就能得到相應(yīng)的輸出信號，如果輸入信號為1，則輸出回路處于通電狀態(tài)，接觸器通電后就可以優(yōu)先控制外部設(shè)備電磁鐵的運行情況。

3.2 西門子PLC選型

西門子公司是PLC系統(tǒng)生產(chǎn)大戶，經(jīng)過多年的發(fā)展，西門子公司設(shè)計研究出了很多PLC系統(tǒng)。其中在液壓送料機控制系統(tǒng)中應(yīng)用效果最好的PLC是西門子S7-300型PLC系統(tǒng)，與其他PLC系統(tǒng)相比，此系統(tǒng)采用了比較先進的模塊式結(jié)構(gòu)，常用的模塊包括CPU模塊、I/O模塊、接口模塊、電源模塊等。其中CPU模塊在運行中需要綜合考慮存儲容量、系統(tǒng)運行速度、計時器、計數(shù)器的數(shù)量等各項指標(biāo)。同時也要明確需要控制的對象和相關(guān)要求，以滿足液壓送料機控制系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定的運行需求[3]。可選擇CPU314模塊。而電源模塊的主要作用是為CPU模塊、接口模塊等提供必要的電力支持。因此，電源模塊所提供的電流必須滿足CPU模塊、接口模塊持續(xù)運行對電力的需求，可選擇PS307電源模塊，其工作的額定電流為5A。I/O模塊在選擇及應(yīng)用中，需要結(jié)合液壓送料機控制系統(tǒng)的具體控制對象合理選擇，同時還要預(yù)留充足的余量，因此可選擇不小于16點的數(shù)字量輸入模塊和輸出模塊，運行電壓不低于24V，每個模塊之間通過背板總線傳遞相關(guān)數(shù)據(jù)。另外，還需要將各個模塊都安裝在底板上，西門子S7-300PLC系統(tǒng)上每塊底板上最多只能安裝8塊I/O模塊，如果在實際運行中，超過8塊I/O模塊，需要進行適當(dāng)擴展處理，擴展完成后，可通過接口模塊IM360和IM361進行相互連接，以保證通信的時效性和有效性。

3.3 程序編程方法

西門子S7-300PLC是液壓送料機控制系統(tǒng)，在編程中可采用STEP7編程方法，也就是常用的結(jié)構(gòu)化編程法，此編程方法可將自動化任務(wù)分解為能夠充分反映某種過程工藝、功能或可自動恢復(fù)使用的任務(wù)塊，還可將所有的開展程序都編寫到OB1中[4]，在應(yīng)用時通過調(diào)用就能完成自動化控制，具體編程流程如圖3所示。

從圖3中可以看出，PLC程序流程主要涉及數(shù)據(jù)處理、脈沖輸出等相關(guān)步驟。例如，通過設(shè)定脈沖數(shù)，可控制設(shè)定的長度，也可在觸摸屏上直接設(shè)定，PLC可根據(jù)設(shè)定好的長度計算出相應(yīng)的脈沖數(shù)，并及時發(fā)送給伺服驅(qū)動器，脈沖數(shù)的計算公式如下：

式中：P為脈沖數(shù)；L為系統(tǒng)運行所需的設(shè)定長度；Ps為標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)，也就是電子齒輪比為1時，每輸送1m長的料所發(fā)出脈沖數(shù)；Ls為標(biāo)準(zhǔn)長度，通常為1m；Ge為電子齒輪比的具體數(shù)值[5]。

圖3 具體編程流程圖

通過開展脈沖頻率，也可以開展送料的速度。在液壓送料機控制系統(tǒng)運行中，送料的速度可直接在屏幕上進行設(shè)定，設(shè)定值通常為百分?jǐn)?shù)，送料速度的最大速度乘以百分?jǐn)?shù)。

與線性化編程方法相比，結(jié)構(gòu)化編程具有持續(xù)性好、程序比較簡單、可實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化編程，降低充分勞動等優(yōu)勢。在進行子程序調(diào)用中，可直接調(diào)用各種邏輯模塊，例如OB模塊、FB模塊、FC模塊、SFB模塊、SFC模塊等都可以直接調(diào)用。但在具體調(diào)用中需要先指定一個背景數(shù)據(jù)塊IDB，使用完成之后再自動關(guān)閉。各種邏輯模塊實現(xiàn)嵌套調(diào)用，但嵌套調(diào)用的層數(shù)和CPU的型號息息相關(guān)，具體的調(diào)用分層結(jié)構(gòu)如4所示。

圖4 調(diào)用分層結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)束語

綜上所述，文章結(jié)合理論實踐，分析了西門子PLC在液壓送料機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，結(jié)果表明，西門子PLC是一種比較先進，且自動化水平較高的控制系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用在各大領(lǐng)域。將西門子PLC應(yīng)用到液壓送料機控制系統(tǒng)中，可大幅度提升液壓送料機控制系統(tǒng)運行的精度和穩(wěn)定性，還能實現(xiàn)遠程控制及“無人值班”或“少人值班”，是實現(xiàn)液壓送料機控制系統(tǒng)運行自動化、智能化、科技化的基礎(chǔ)。但在具體應(yīng)用中，需要結(jié)合液壓送料機控制系統(tǒng)的特性，選擇與之相適的西門子PLC種類及相關(guān)參數(shù)，這樣才能充分發(fā)揮出PLC系統(tǒng)的價值，使液壓送料機控制系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定、可靠運行，降低生產(chǎn)成本，獲得更大的經(jīng)濟效益，最終實現(xiàn)穩(wěn)健發(fā)展。