電氣自動化項目設(shè)計

韓 碩

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 人工智能學(xué)院，西安 710300）

1 項目分析

電氣自動化項目設(shè)計應(yīng)該先分析項目任務(wù)和設(shè)計要求，以便掌握整體流程[1]。從項目任務(wù)要求到最后項目交付使用的流程，如圖1所示。

圖1 項目流程圖

以自動灌裝生產(chǎn)線項目為例，自動灌裝設(shè)備技術(shù)要求如下。

（1）就地/遠程方式選擇。就地控制方式是用操作面板上的按鈕和開關(guān)控制設(shè)備的運行。遠程控制方式是通過網(wǎng)絡(luò)上位監(jiān)控系統(tǒng)控制設(shè)備的運行[2]。

（2）手動/自動模式選擇。在生產(chǎn)線停止運行的狀態(tài)下，允許通過該模式選擇開關(guān)和確認(rèn)按鈕進行手動和自動模式選擇。手動模式用于設(shè)備的調(diào)試和系統(tǒng)復(fù)位，通過上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)。自動模式下允許啟動生產(chǎn)線運行。兩種模式下均有相應(yīng)的指示燈。

（3）啟動/停止。在自動模式下按下啟動按鈕，生產(chǎn)線開始運行，傳送帶正向傳輸。當(dāng)空瓶子到達灌裝位置時停止傳輸，灌裝閥門打開，開始灌裝物料并計時。灌裝時間到，灌裝閥門關(guān)閉，傳送帶繼續(xù)正向傳輸，直到下一個空瓶子到達灌裝位置。按下停止按鈕，生產(chǎn)線停止運行，傳送帶停止傳輸，灌裝閥門關(guān)閉[3]。

（4）急停。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，按下急停按鈕，停止生產(chǎn)線的一切運行，同時急停指示燈亮，直到急停按鈕復(fù)位。

（5）點動控制。在手動模式下，灌裝點動按鈕用于控制灌裝閥門實現(xiàn)點動灌裝控制，正向點動/反向點動按鈕用于調(diào)試設(shè)備。按下正向點動按鈕，傳送帶正向傳輸，松手后傳送帶停止傳輸；按下反向點動按鈕，傳送帶反向傳輸，松手后傳送帶停止傳輸。

（6）暫停按鈕。自動模式下，按下暫停按鈕，閥門關(guān)閉，傳送帶停止傳輸，運行指示燈閃，直到按下啟動按鈕，生產(chǎn)線才能繼續(xù)運行，此時運行指示燈變?yōu)槌Ａ痢?/p>

（7）復(fù)位按鈕。在自動模式下，要求控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)工件的數(shù)字統(tǒng)計，包括空瓶、成品數(shù)和廢品數(shù)。在手動模式下，按下復(fù)位按鈕，則可將統(tǒng)計數(shù)據(jù)清零。

（8）故障報警和應(yīng)答按鈕。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，控制系統(tǒng)會立即響應(yīng)，操作面板上相應(yīng)報警燈閃亮。按下應(yīng)答按鈕后，如果故障已經(jīng)排除，則相應(yīng)報警燈滅。如果故障仍然存在，則相應(yīng)報警燈常亮[4]。

（9）模擬量檢測。灌裝后成品到達稱重臺進行成品質(zhì)量檢測，當(dāng)質(zhì)量位于限定范圍內(nèi)時，則判定為合格品，否則為不合格品。同時，檢測灌裝的液位，保證液位在正常范圍內(nèi)。若質(zhì)量不合格或液位不在正常范圍內(nèi)，則上位報警。

（10）上位監(jiān)控系統(tǒng)。計算機組態(tài)上位監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)視與控制生產(chǎn)線的運行，并可以進行參數(shù)設(shè)定和顯示，且具有報警功能[5]。

根據(jù)圖1的流程，先分析該生產(chǎn)線控制任務(wù)與設(shè)計要求，再制定電氣控制方案，如圖2所示。

圖2 任務(wù)及控制方案

分析項目時，需要全面分析項目的生產(chǎn)工藝、工作環(huán)境、硬件需求和控制要求等。自動化項目的控制系統(tǒng)技術(shù)要求分析需要得出電氣控制動作流程方案：一方面，硬件設(shè)計分析需要設(shè)計整體電氣圖，并給出配置選型及I/O點的分配方案；另一方面，軟件設(shè)計分析需要制定出軟件程序方案，包括PLC程序和人機接口（Human Machine Interface，HMI）程序的組態(tài)、編寫和仿真。此外，要進行軟硬件調(diào)試。調(diào)試過程中可能會暴露PLC系統(tǒng)存在的硬件問題和梯形圖設(shè)計中的問題，如果存在問題，可以現(xiàn)場調(diào)試解決，直至完全符合要求。調(diào)試完畢后，應(yīng)該運行一段時間，以檢驗系統(tǒng)的可靠性。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

項目硬件電路設(shè)計時，需要先進行PLC選型，再繪制整體電氣圖紙。圖紙主要包括電氣線路圖、端子排列圖及配電柜布局圖。自動灌裝生產(chǎn)線項目中主要使用EPLAN軟件繪制整體電氣圖紙，繪制完成后利用該軟件生成I/O點分配表和元件清單等多項表格。此項目中，PLC選用西門子S7-1200，其端子如圖3所示。

圖3 安裝下部保持裝置后的層門

圖3 西門子S7-1200端子

3 軟件設(shè)計

自動灌裝生產(chǎn)線項目設(shè)計主要利用博圖軟件完成PLC梯形圖。編程時采用模塊化方式，主要包括主程序、手動控制、自動控制、急停與故障處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和模擬量處理等程序。在編程過程中，使用PLC變量可使程序易于閱讀和理解，方便博圖軟件定義變量。部分梯形圖如圖4所示。

圖4 部分手動模式梯形圖

4 人機界面設(shè)計

如今，可視化已經(jīng)成為大多數(shù)工業(yè)機器標(biāo)準(zhǔn)配置的一部分。自動灌裝生產(chǎn)線項目中使用觸摸屏全圖像化顯示，可直觀顯示各種數(shù)據(jù)。設(shè)計時，利用博圖軟件在項目中添加觸摸屏程序，并設(shè)置觸摸屏的IP地址為192.168.1.111，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，將觸摸屏連接到新建的PN/IE_1子網(wǎng)上。選用的觸摸屏為帶以太網(wǎng)口的彩色觸摸屏，型號為6AV6647-0AD11-3AX0。完成上述操作后進行畫面組態(tài)，然后將HMI站點下載到觸摸屏中即可。觸摸屏組態(tài)畫面，如圖5所示。

圖5 觸摸屏組態(tài)畫面

5 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試包括模擬調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試。一般先進行模擬調(diào)試，再進行聯(lián)機模擬調(diào)試。模擬調(diào)試環(huán)節(jié)主要利用軟件進行PLC程序和HMI界面的仿真。模擬調(diào)試時要調(diào)試每一個I/O點，并判斷每一個I/O點是否實現(xiàn)了對應(yīng)的控制功能以及是否需要再修改或者完善，直到達到滿意效果。聯(lián)機調(diào)試時，需要將各個設(shè)備信號接入，如傳感器信號和電動機信號等外部設(shè)備信號。通過對照整個過程和最終結(jié)果判斷是否真正實現(xiàn)了控制要求，以達到預(yù)期的控制效果。

6 結(jié)語

通過以上幾個環(huán)節(jié)設(shè)計了合理的自動灌裝生產(chǎn)線項目。目前，社會發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)都離不開電氣自動化技術(shù)，需要不斷發(fā)展優(yōu)化電氣自動化項目，實現(xiàn)我國電氣自動化行業(yè)與國際社會的接軌。