基于西門子PLC 的多級皮帶自動送料裝車系統(tǒng)控制程序設(shè)計

王清杰

（海南省技師學(xué)院，海南?？冢?71900）

0 引言

多級皮帶自動送料裝車系統(tǒng)主要是以皮帶傳輸線作為載體，對一些散碎物料進(jìn)行連續(xù)性輸送和裝車的機(jī)械設(shè)備，是現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)物料搬運(yùn)系統(tǒng)自動化和機(jī)械化的組成部分。一般都采用繼電器等傳統(tǒng)電氣元件設(shè)計多級皮帶自動送料裝車控制系統(tǒng)，但繼電器等傳統(tǒng)電氣元件控制系統(tǒng)存在安裝線路復(fù)雜，維修維護(hù)不便抗干擾素力差和線路改造升級困難等問題。PLC（可編程控制器）是在傳統(tǒng)的繼電接觸控制的基礎(chǔ)上引入計算機(jī)控制技術(shù)、自動控制技術(shù)、通訊技術(shù)等形成的一種新型工控裝置。PLC 相對傳統(tǒng)繼電器具有功能強(qiáng)、用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。本文以西門子PLC 為控制核心，設(shè)計一套多級皮帶自動送料裝車系統(tǒng)，能穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)自動送料裝車生產(chǎn)任務(wù)。

1 多級皮帶自動送料裝車系統(tǒng)控制要求

多級皮帶自動送料裝車系統(tǒng)如圖1 所示，控制要求為：

圖1 多級皮帶自動送料裝車系統(tǒng)圖

(1)當(dāng)按下系統(tǒng)啟動按鈕，綠色HL1 燈亮，紅色HL2滅，表示系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，此時出料電磁閥YV1，電動機(jī)M1，M2，M3 皆為關(guān)閉狀態(tài)。系統(tǒng)如果檢測到料斗內(nèi)的貨料低于下限位開關(guān)時，SQ0 和SQ1 均斷開，進(jìn)料電磁閥YV2 打開，給漏斗補(bǔ)料。當(dāng)料斗中的貨料達(dá)到上限位開關(guān)時，SQ1 和SQ2 均接通，進(jìn)料電磁閥YV2 關(guān)閉。料斗補(bǔ)料期間電磁閥YV1 不受影響，正常工作。

(2)為避免傳輸帶上積壓物料，要求系統(tǒng)三臺電機(jī)開機(jī)時必須按照3 秒的時間間隔“順序啟動”，停機(jī)時必須按照4 秒的時間間隔“逆序停止”。當(dāng)裝料車到達(dá)裝料位置后，傳感器開關(guān)SQ2 接通，綠色HL1 燈滅，紅色HL2 亮，同時M1、M2、M3、YV1 依次間隔3 秒運(yùn)行，出料電磁閥打開裝料。當(dāng)汽車裝滿料達(dá)到預(yù)設(shè)重量后壓力傳感器開關(guān)KP 接通，M1、M2、M3、YV1 依次間隔4 秒停止運(yùn)行，出料電磁閥關(guān)閉停止裝料。綠色HL1 燈亮，紅色HL2 滅，裝料汽車可以開走。汽車開始離開裝料位置時，KP 先斷開，SQ2 后斷開。

(3)系統(tǒng)設(shè)置停止按鈕，按下停止按鈕時，如果系統(tǒng)在正常工作，必須完成一次完整的裝料后系統(tǒng)才關(guān)閉。

(4)設(shè)置急停按鈕，在緊急情況下可以將系統(tǒng)所有電機(jī)、閥門、指示燈關(guān)閉。

(5) 為方便設(shè)備檢修和調(diào)試，設(shè)手動模式和自動模式切換開關(guān)，在手動模式下，電磁閥YV2、YV1 和3 臺皮帶電機(jī)均可單獨(dú)進(jìn)行點(diǎn)動操作控制。

2 多級皮帶自動送料裝車系統(tǒng)控制程序設(shè)計

根據(jù)多級皮帶自動送料裝車系統(tǒng)控制要求，本文選取西門子S7-200 SMART SR30 作為控制核心來設(shè)計。多級皮帶自動送料裝車系統(tǒng)的控制硬件除了控制核心PLC 外，還主要包含啟動按鈕、停止按鈕、傳感器、信號燈和電源模塊等，在實(shí)際使用中可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況需要和生產(chǎn)現(xiàn)場情況選用合適的型號即可，本文不再贅述。

2.1 多級皮帶自動送料裝車系統(tǒng)PLC 輸入輸出端口分配

多級皮帶自動送料裝車系統(tǒng)的輸入設(shè)備包括啟動按鈕、停止按鈕，點(diǎn)動按鈕、傳感器等，輸出設(shè)備包括指示燈、電機(jī)和電磁閥等。PLC 輸入輸出端口分配如表1 所示。

表1 PLC 輸入輸出端口分配表

2.2 多級皮帶自動送料裝車系統(tǒng)控制程序設(shè)計

PLC 有指令表、順序功能圖、梯形圖等多種編程語言，其中梯形圖沿用了傳統(tǒng)繼電控制邏輯圖中的觸點(diǎn)、線圈等圖形符號和術(shù)語，電氣工作人員比較容易理解。因此本文以梯形圖編程語言為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用位邏輯指令、定時器指令、比較指令等來綜合編寫多級皮帶自動送料裝車系統(tǒng)控制程序。以下為多級皮帶自動送料裝車系統(tǒng)控制程序設(shè)計和分析。

2.3 系統(tǒng)初始化及啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計

如圖2 中程序段 1 所示，SM0.1 是初始閉合指令，當(dāng)PLC 得電時接通1 個掃描周期，將Q0.0-Q0.6、T37-T38、M0.0-M0.4 全部復(fù)位，起到對系統(tǒng)進(jìn)行初始化清零的作用，為系統(tǒng)安全啟動做好準(zhǔn)備。I0.2 是急停輸入，當(dāng)按下急停按鈕SB2 時，I0.2 接通時，將Q0.0-Q0.6、T37-T38、M0.0-M0.4 全部復(fù)位，起到緊急停止系統(tǒng)的作用。為了保證急停按鈕SB2 在出現(xiàn)斷線等其他故障時能馬上關(guān)停設(shè)備，保障系統(tǒng)安全，急停按鈕SB2 接其常閉觸點(diǎn)。

圖2

如圖2 中程序段2 所示，I1.4 斷開時，系統(tǒng)此時處于自動模式，按下啟動按鈕SB0 時，I0.0 接通，Q0.5 置位，綠色燈亮；同時M0.0 和M0.4 置位，為后面系統(tǒng)有序運(yùn)行做好準(zhǔn)備。

如圖2 中程序段3 所示，按下停止按鈕SB1 時，I0.1接通，系統(tǒng)并沒有馬上停止工作，而是將M0.3 置位，等到系統(tǒng)完成一次完整的裝料后，裝料車離開裝料位置時，開關(guān)SQ2 斷開，通過圖2 程序段1 中的I1.2 下降沿指令將Q0.0-Q0.6、T37-T38、M0.0-M0.4 全部復(fù)位，起到停止系統(tǒng)的作用。

如圖2 中程序段4 所示，系統(tǒng)啟動后，M0.4 接通，如果沒有按下停止按鈕I0.1，M0.3 常閉觸點(diǎn)處于接通狀態(tài)，系統(tǒng)在完成一次完整的裝料后，裝料車離開裝料位置時，開關(guān)SQ2 斷開，I1.2 下降沿指令將Q0.5 置位，綠色燈亮，且M0.0 置位，系統(tǒng)處于啟動狀態(tài)。

2.4 系統(tǒng)“自動補(bǔ)料”控制程序設(shè)計

如圖2 中程序段5 所示，在系統(tǒng)啟動后和裝料期間，M0.0 或M0.1 處于接通狀態(tài)，當(dāng)物料低于下限位時，I1.1斷開，通過下降沿指令將Q0.4 置位，進(jìn)料電磁閥YV2 打開給漏斗補(bǔ)料。

如圖2 中程序段6 所示，當(dāng)給漏斗補(bǔ)料達(dá)到上限位，I1.0 接通，通過上升沿指令將Q0.4 置位，Q0.4 復(fù)位，進(jìn)料電磁閥YV2 關(guān)閉停止給漏斗補(bǔ)料。

2.5 系統(tǒng)“順序啟動、逆序停止”控制程序設(shè)計

如圖2 中程序段7 所示，在系統(tǒng)啟動后，M0.0 接通，當(dāng)裝料車到達(dá)裝料位置后，開關(guān)SQ2 接通，I1.2 上升沿指令將Q0.0 和Q0.6 置 位，電 機(jī)M1 運(yùn)行和紅色燈亮，同時將Q0.5 復(fù)位，綠色燈滅。

如圖3 中程序段8、9 所示，通過定時器指令和比較指令的綜合運(yùn)用，控制電機(jī)M1、M2、M3和YV1 按照3 秒的時間間隔順序啟動，系統(tǒng)開始裝料，并將M0.0復(fù)位，M0.1 置位，為下 一道生產(chǎn)工序做好準(zhǔn)備。

圖3

如圖3 中程序段10 所示，當(dāng)汽車裝滿料達(dá)到預(yù)設(shè)重量時壓力傳感器開關(guān)KP 接通，I1.3接通將Q0.3 復(fù)位，關(guān)閉電磁閥YV2，停止出料，并將M0.1 復(fù)位，M0.2 置位，為下一道生產(chǎn)工序做好準(zhǔn)備。

如圖3 中程序段11、12 所示，通過定時器指令和比較指令的綜合運(yùn)用，控制電機(jī)M1、M2、M3按照4 秒的時間間隔逆序停止，系統(tǒng)停止裝料。M3 停止運(yùn)行時也將Q0.5 置位和Q0.6 復(fù)位，綠色燈亮和紅色燈滅；M0.2 復(fù)位，為下一道生產(chǎn)工序做好準(zhǔn)備。

2.6 系統(tǒng)手動模式控制程序設(shè)計

如圖4 中程序段13 至17 所示，當(dāng)I1.4 接通時，系統(tǒng)在手動模式下工作。為保證點(diǎn)動運(yùn)行電機(jī)或開啟電磁閥檢修設(shè)備時按鈕出現(xiàn)卡死等機(jī)械故障情況也能通過急停按鈕把設(shè)備關(guān)停，保障檢修人員和設(shè)備的安全，所有電機(jī)或電磁閥都不采用傳統(tǒng)的按鈕直接點(diǎn)動控制，而是綜合采用上升沿、下降沿、置位和復(fù)位指令來設(shè)計手動模式控制程序。以程序段13 為例，在手動模式下，I1.4 接通，按下M1 點(diǎn)動按鈕SB3，I0.3 接通，上升沿指令將Q0.0 置位，電機(jī)M1 運(yùn)行。松開點(diǎn)動按鈕SB3，I0.3 斷開，下降沿指令將Q0.0 復(fù)位，電機(jī)M1 停止。如果松開點(diǎn)動按鈕SB3，但由于機(jī)械故障原因點(diǎn)動按鈕SB3 沒有復(fù)位，I0.3 沒有斷開，電機(jī)M1 仍在運(yùn)行，此時可以按下急停按鈕，將Q0.0 復(fù)位，及時將M1 關(guān)停。

圖4

3 系統(tǒng)控制程序調(diào)試驗(yàn)證

按照圖5 所示接線圖接好線，將以上控制程序下載到PLC 中，并根據(jù)輸入輸出端口分配接好各類啟停按鈕、電磁閥、電機(jī)、指示燈和模擬感應(yīng)器開關(guān)等，運(yùn)行PLC 和STEP7 軟件的 監(jiān)控，按下各類啟按鈕，驗(yàn)證控制程序設(shè)計是否正確。驗(yàn)證流程如下：

圖5 系統(tǒng)控制程序調(diào)試驗(yàn)證

(1)按下啟動按鈕SB0，在程序監(jiān)控中可以觀察到I0.0接通，M0.0 和M0.4 接通，Q0.5 接通。外圍設(shè)備綠燈亮，啟動系統(tǒng)成功。斷開漏斗下限位開關(guān)SQ1(模擬漏斗缺料)，Q0.4 接通，電磁閥YV2 打開，給漏斗補(bǔ)料。接著閉合漏斗上限位開關(guān)SQ0(模擬漏斗補(bǔ)滿料)，觀察到Q0.4 斷開，電磁閥YV2 閉合，停止給漏斗補(bǔ)料。

(2)閉合開關(guān)SQ2(模擬裝料車到達(dá)裝料位置)，在程序監(jiān)控中觀察到綠色HL1 燈滅，外圍設(shè)備紅色HL2 亮，同時M1 運(yùn)行，M1 運(yùn)行3 秒后M2 運(yùn)行，M2 運(yùn)行3 秒后M3 也開始運(yùn)行，M3 運(yùn)行3 秒后電磁閥YV1 打開裝料。在裝料期間將開關(guān)SQ1 斷開(模擬漏斗缺料)，YV2 得電打開給漏斗補(bǔ)料。接著將開關(guān)SQ1 閉合(模擬物料達(dá)到下限位感應(yīng)開關(guān))，但YV2 還是保持得電給漏斗補(bǔ)料。接著將開關(guān)SQ0閉合(模擬漏斗補(bǔ)滿料)，YV2 斷電閉合停止給漏斗補(bǔ)料。

(3)在裝料過程中將壓力傳感器開關(guān)KP 接通(模擬裝料車裝滿料達(dá)到預(yù)設(shè)重量)，在程序監(jiān)控中觀察到I1.3 接通，Q0.3 復(fù)位，外圍設(shè)備出料電磁閥EV2 關(guān)閉，4 秒后電動機(jī)M3 停止，M3 停止4 秒后M2 停止，M2 停止4 秒后M1 停止，停止裝料。M1 停止的同時Q0.5 置位，Q0.6 復(fù)位，外圍設(shè)備綠色HL1 燈亮，紅色HL2 燈滅。

(4)停止裝料后將KP、SQ2 依次斷開(模擬裝料車裝滿料后離開)，在程序監(jiān)控中可以觀察到M0.0接通，且M0.4 保持接通。Q0.5 保持接通，外圍設(shè)備綠燈亮，系統(tǒng)循環(huán)啟動成功。

(5)在系統(tǒng)啟動后，任意時間按下停止按鈕SB1，在程序監(jiān)控中可以觀察到M0.3 接通，但系統(tǒng)并沒有馬上停止工作，而是等到系統(tǒng)停止裝料后將KP、SQ2 依次斷開(模擬裝料車裝滿料后離開)，在程序監(jiān)控中可以觀察到所有工作輸出點(diǎn)都被復(fù)位，系統(tǒng)停止工作。

(6)將手動模式開關(guān)SA 閉合，依次分別按下和松開SB3、SB4、SB5、SB6、SB7，可以觀察到外圍設(shè)備M1、M2、M3、YV1、YV2 都可以依次啟動和停止。依次分別按下SB3、SB4、SB5、SB6、SB7，可以觀察到外圍設(shè)備M1、M2、M3、YV1、YV2 都可以依次啟動，且在不松開點(diǎn)動按鈕的情況下，按下緊急停止按鈕SB2，可以觀察到M1、M2、M3、YV1、YV2 都馬上停止工作。

經(jīng)驗(yàn)證，以上控制程序設(shè)計可以很好地實(shí)現(xiàn)多級皮帶自動送料裝車工作要求，并能實(shí)現(xiàn)手動控制，方便設(shè)備維護(hù)和故障檢修。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)多級皮帶自動送料裝車控制要求所設(shè)計的基于PLC 的控制程序經(jīng)調(diào)試結(jié)果表明是完全符合控制要求，使用PLC 控制相對傳統(tǒng)的繼電控制電路能簡單節(jié)約地實(shí)現(xiàn)順序啟動，逆序停止，自動裝料、緊急停止、點(diǎn)動運(yùn)行等功能，并且方便檢修維護(hù)和生產(chǎn)線路改造，提高企業(yè)的自動化管理水平和生產(chǎn)效率，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際運(yùn)用中，還可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況需要進(jìn)行一些改進(jìn)，如在系統(tǒng)中可以利用PLC 計數(shù)指令對物料裝車數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計；可以在生產(chǎn)現(xiàn)場安裝皮帶速度傳感器、跑偏傳感器、溫度傳感器、張力傳感器、撕裂傳感器等對皮帶運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并通過PLC對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理后做出相應(yīng)的安全處置，保障安全生產(chǎn)。