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        基于PLC自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2021-01-13 02:22:56
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2020年22期
        關(guān)鍵詞:傳送帶閘門電動(dòng)機(jī)

        陳 翡

        (無錫科技職業(yè)學(xué)院,江蘇 無錫 214028)

        0 前言

        在進(jìn)行玻璃的制造和生產(chǎn)過程中,基于PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化加料機(jī)能夠高效、準(zhǔn)確地完成玻璃運(yùn)輸,省去了大量人力物力,節(jié)約了生產(chǎn)成本。該文就是基于PLC 控制系統(tǒng)來設(shè)計(jì)一款玻璃自動(dòng)加料機(jī)。

        1 系統(tǒng)方案制定

        在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中,我們需要考慮7 個(gè)方面:1)研究自動(dòng)加料機(jī)的工作原理和工藝要求。2)確定I/O 點(diǎn)數(shù)。依據(jù)我們所得到的具體的控制要求和工藝條件,確定所需要的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備以及對應(yīng)的按鈕數(shù)量等。3)根據(jù)I/O 點(diǎn)數(shù)來進(jìn)一步選擇較為合適的PLC 類型。4)分配I/O點(diǎn),對PLC 的輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行合理分配,并繪制出一個(gè)分配表。5)設(shè)計(jì)出對應(yīng)的自動(dòng)供料系統(tǒng)的梯形圖程序,這一步是核心工序。6)把PLC 程序進(jìn)行一次模擬運(yùn)行,找到程序中存在的錯(cuò)誤和誤差,并對其進(jìn)行修改,加以完善。7)PLC軟、硬件在完成最終的設(shè)計(jì)后,需要對其進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試,該過程中一旦發(fā)現(xiàn)任何問題要及時(shí)解決,直到最終成功?;谝陨显O(shè)計(jì)思路,制定了以下系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,需要根據(jù)S7-200供料系統(tǒng)的基本原理來設(shè)計(jì)PLC 控制系統(tǒng),查閱有關(guān)PLC控制系統(tǒng)的文獻(xiàn)和資料,分析其軟件和硬件的設(shè)置要求,對PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行編程、調(diào)試和操作。系統(tǒng)內(nèi)有3 個(gè)三相交流異步電機(jī),分別是傳送帶電機(jī)M3,額定功率4 000 W,額定電壓380 V,額定電流10 A。出料電機(jī)M4,額定功率4 000 W,額定電壓380 V,額定電流10 A;開閘電機(jī)M1,額定功率2 000 W,額定電壓380 V,對應(yīng)的額定電流是5 A。在按下了電動(dòng)機(jī)上的啟動(dòng)按鈕之后需要接通傳送帶電機(jī)M3,讓輸送帶帶動(dòng)開始運(yùn)轉(zhuǎn),向秤斗中進(jìn)行進(jìn)料。把稱斗中所含有的原料設(shè)置到對應(yīng)的重量后,進(jìn)行S3動(dòng)作,M3接受到感應(yīng)就會(huì)停止工作,不再將原料輸送過來,利用出料電機(jī)M4和開閘電動(dòng)機(jī)M1就會(huì)將傳送帶上的原料運(yùn)輸過去,此時(shí)對應(yīng)的斗秤閘門會(huì)打開并把物料運(yùn)輸?shù)较旅娴膫魉蛶е腥?。?dāng)閘門打開,就會(huì)自動(dòng)開啟上位開關(guān)S1,開關(guān)就會(huì)切斷開閘電機(jī)M1,這時(shí)候M1就不再工作。稱上的原料會(huì)自動(dòng)下落,直至稱上無原料為止,此時(shí)就會(huì)觸發(fā)進(jìn)料開關(guān)S4,開關(guān)就會(huì)將關(guān)閘電機(jī)M2線路接通,接通后閘門就會(huì)關(guān)上。當(dāng)原料全部下放完畢,閘門就會(huì)全部關(guān)上,閘門關(guān)閉后會(huì)觸發(fā)下位開關(guān)S2,開關(guān)會(huì)關(guān)閉關(guān)閘電機(jī)M2,同時(shí)接通傳送帶電機(jī)M3,原材料就會(huì)再次從料倉下放到傳送帶上進(jìn)行下一輪的下料工序。具體情況如圖1 所示。

        2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        2.1 PLC的選擇

        該控制系統(tǒng)有6 個(gè)開關(guān)輸入點(diǎn)和4 個(gè)開關(guān)輸出點(diǎn),因此這時(shí)需要選用西門子S7—200 系列的CPU222(8DI/6DO)。

        2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇

        因?yàn)槟承┥a(chǎn)機(jī)械會(huì)非常頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng),所以,在選擇對應(yīng)的額定轉(zhuǎn)速時(shí),需要考慮其操作過程中的啟動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)時(shí)間,從而提升整體的生產(chǎn)效率。對于啟動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)時(shí)間的長短設(shè)計(jì),主要取決于電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的額定轉(zhuǎn)速和飛輪矩。上述電動(dòng)機(jī)所需要選定的是對應(yīng)額定電壓為380 V,對應(yīng)額定功率為4 kW,額定轉(zhuǎn)速達(dá)到720 r/min 的鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī),M1、M2、M3、M4都是交流異步電機(jī)。

        2.3 自動(dòng)加料機(jī)的選擇

        現(xiàn)階段工業(yè)市場上所應(yīng)用的自動(dòng)加料機(jī)的型號和種類相對較多,針對玻璃制造和生產(chǎn)方面的自動(dòng)加料機(jī)的型號就有3種,分別是翻轉(zhuǎn)進(jìn)給型、XY 型和振動(dòng)型。通過對運(yùn)用成本以及這些類型的機(jī)構(gòu)所需要的工作環(huán)境進(jìn)行考慮,該設(shè)計(jì)采用的是振動(dòng)進(jìn)給型的自動(dòng)加料機(jī)。

        2.4 變頻器的選擇

        圖1 加料系統(tǒng)原理圖

        根據(jù)變頻器的不同生產(chǎn)品牌、機(jī)械的不同類型以及對于性價(jià)比的相關(guān)要求,該設(shè)計(jì)采用的是西門子MM 440 變頻器。該變頻器適用于多個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域,具有多功能標(biāo)準(zhǔn)化變頻的特點(diǎn)。其采用了較為先進(jìn)的控制技術(shù),控制效果更佳,工作更穩(wěn)定,能夠滿足多種生產(chǎn)情況下的要求,靈活性也較強(qiáng),因此運(yùn)用得較為廣泛[1]。

        2.5 氣缸的選擇

        通常情況下,汽缸有2 種運(yùn)動(dòng)模式,分別是往復(fù)擺動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)。該設(shè)計(jì)當(dāng)中所選用的是一種單作用式氣缸,該氣缸只在一端有活塞桿,從這一個(gè)端口來供應(yīng)能量,形成對應(yīng)的氣壓產(chǎn)生推力[2]。汽缸在生產(chǎn)和發(fā)展的過程中,種類和型號也越來越多,現(xiàn)階段世界范圍內(nèi)運(yùn)用最為廣泛的就是來自日本的SMC 標(biāo)準(zhǔn)氣缸。因此,該設(shè)計(jì)選擇的也是這種型號的汽缸,其在使用方面具有安全耐用的特點(diǎn),操作起來也非常的簡便。

        2.6 硬件連接圖

        3 臺電動(dòng)機(jī)分別是M1、M3和M4,其中M 和3~是指三相異步電動(dòng)機(jī),具體電路圖如圖2 所示。

        圖2 自動(dòng)加料的PLC 控制系統(tǒng)主電路

        KM1接通M1正轉(zhuǎn),KM2接通M1反轉(zhuǎn);KM3接通M3反轉(zhuǎn),KM4接通M4反轉(zhuǎn)。

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        3.1 系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)

        依據(jù)該設(shè)計(jì)在安全和控制方面的一些要求,具體設(shè)計(jì)的系統(tǒng)流程圖如圖3 所示。

        3.2 梯形圖的設(shè)計(jì)

        該設(shè)計(jì)采用的是SEPT7-Micro/Win Smart 編程軟件,設(shè)計(jì)出來的梯形圖如圖4 所示。

        程序分析:按SB1啟動(dòng)按鈕,Q0.2通電開始工作,將原料從料倉引進(jìn)到傳送帶上,等傳送帶上的原料達(dá)到一定重量,就會(huì)觸發(fā)S3啟動(dòng)和Q0.2斷開,傳送帶不再進(jìn)料;同時(shí)也會(huì)觸發(fā)Q0.3和Q0.0啟動(dòng),傳送帶上的原料就通過閘門進(jìn)入料斗,當(dāng)料斗內(nèi)的原料重量達(dá)到上限,觸發(fā)閘門上位開關(guān)S1,Q0.0停止工作,將原料下放到指定位置。此時(shí)Q0.2又開始啟動(dòng)進(jìn)料,從而重復(fù)原料運(yùn)輸這一工序。如果按下停止按鈕SB2(I0.1),則M0、M2輔助繼電器接通,Q0.2斷開。同時(shí)Q0.3(出料)、Q0.0(開閘)接通。閘門上位開關(guān)S1(I0.2)動(dòng)作,Q0.0斷開。當(dāng)原材料運(yùn)輸完畢后,S4啟動(dòng),Q0.1觸發(fā)關(guān)閘電機(jī)M1使閘門關(guān)閉,之后S2啟動(dòng),Q0.1停止工作,10 s 后,Q0.3也將原材料運(yùn)輸完畢,系統(tǒng)全部斷開。

        圖3 系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)

        圖4 電路梯形圖

        4 結(jié)論

        PLC 加料控制系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié),基于PLC 控制系統(tǒng)以及加料設(shè)備上的一些傳感器和接觸器,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)加料并將原料運(yùn)送過程的完全自動(dòng)化的操作。員工只需要對該系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止按鈕進(jìn)行控制就可以,很大程度上節(jié)約了人力成本,也提升了整體的工作效率。該設(shè)計(jì)能夠用于生活中的生產(chǎn)行業(yè),尤其是在制造和工業(yè)生產(chǎn)行業(yè),隨著自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展,PLC 控制技術(shù)也會(huì)更加先進(jìn),其運(yùn)用到生產(chǎn)過程也會(huì)越來越普遍。

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