摘 要：本文基于PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)，設(shè)計了一個陶瓷杯生產(chǎn)機械化系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過集成控制模塊、執(zhí)行模塊和傳感器模塊，實現(xiàn)了對陶瓷杯生產(chǎn)過程的自動化控制和監(jiān)控。通過實驗，驗證了系統(tǒng)的有效性及穩(wěn)定性。通過該系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)，陶瓷杯生產(chǎn)過程得到了有效的自動化控制和監(jiān)控，提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：PLC；電氣控制；程序編寫及調(diào)試

1前言

陶瓷杯作為日常生活中常見的容器，其生產(chǎn)工藝一直以來都依賴于傳統(tǒng)的手工制作方式。然而，傳統(tǒng)的陶瓷杯生產(chǎn)工藝存在著生產(chǎn)效率低、人工操作多、產(chǎn)品多樣性有限等局限性。為了提高生產(chǎn)效率、降低成本并滿足不斷變化的市場需求，機械化生產(chǎn)方式逐漸成為陶瓷杯生產(chǎn)領(lǐng)域的研究熱點。在機械化生產(chǎn)中，PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)作為一種先進的數(shù)字計算機控制技術(shù)，具備靈活性、可編程性和實時性等優(yōu)勢。PLC技術(shù)通過編寫程序和邏輯運算，能夠?qū)崿F(xiàn)對各種工業(yè)設(shè)備和過程的自動化控制，極大地提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性。

2陶瓷杯生產(chǎn)機械化的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)陶瓷杯生產(chǎn)工藝存在一些局限性，包括生產(chǎn)效率低、人工操作多、產(chǎn)品多樣性有限、能源消耗高、質(zhì)量控制難度大和環(huán)境污染問題。為了克服這些局限性，可以考慮引入現(xiàn)代化的生產(chǎn)技術(shù)和自動化設(shè)備，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制水平。機械化生產(chǎn)具有提高效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和實現(xiàn)多樣化生產(chǎn)的優(yōu)勢，但也面臨技術(shù)投入、適應(yīng)性、運維和安全性等方面的挑戰(zhàn)。通過合理規(guī)劃和管理，可以最大程度地發(fā)揮機械化生產(chǎn)的優(yōu)勢，并應(yīng)對挑戰(zhàn)。PLC技術(shù)在工業(yè)自動化中具有廣泛的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對各種設(shè)備和系統(tǒng)的控制和監(jiān)測，提高生產(chǎn)效率、質(zhì)量和安全性。

3基于PLC的陶瓷杯生產(chǎn)機械化系統(tǒng)設(shè)計

3.1系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)硬件由控制模塊、執(zhí)行模塊和傳感器模塊組成。控制模塊使用PLC（可編程邏輯控制器）作為控制器。PLC是一個專門用于工業(yè)自動化控制的電子設(shè)備，它能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯條件和輸入信號來控制執(zhí)行模塊的操作；執(zhí)行模塊主要由繼電器和接觸器組成。繼電器用于控制電路的開關(guān)操作，接觸器用于控制較大電流的開關(guān)操作。執(zhí)行模塊根據(jù)PLC的指令來控制各種設(shè)備和動作，如電磁閥、電機等；傳感器模塊包括溫濕度傳感器、熱點偶傳感器和光照傳感器等。溫濕度傳感器用于檢測環(huán)境中的溫度和濕度信息，熱點偶傳感器用于測量溫度變化，光照傳感器用于檢測環(huán)境中的光照強度?？刂葡到y(tǒng)硬件組成見圖1。

控制模塊的核心采用了CPU224XP CN，該核心部分分別具有14個和10個的數(shù)字量輸入及輸出，和2個及1個的模擬量輸入及輸出，還擴展了4個EM231模擬量輸入模塊。觸摸屏采用SMART 1000IEV3型號觸摸屏，該觸摸屏可以與CPU進行良好的通信，并提供直觀友好的人機界面，方便操作人員監(jiān)控和控制系統(tǒng)。傳感器采用RS-WS-120型號的溫濕度一體變送器。熱電偶測量范圍為0-180℃，光照變送器為RS-GZ-120-2，測量范圍為0-20萬Lux。系統(tǒng)中傳感器輸出的電流信號均為4-20mA，滿足模擬量輸入模塊的需求[1]。

控制系統(tǒng)的核心部分為PLC，其具有8個輸入信號和10個輸出信號。輸入信號主要由傳感器和限位開關(guān)信號組成，輸出信號由電路間繼電器組成。在控制相應(yīng)電機的接觸器和PLC的輸出之間增加了一個中間繼電器。這樣的設(shè)計可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時減少對PLC輸出端的負載。本文控制系統(tǒng)基于STEP7 Micro-WIN和WinCC flexible進行軟件開發(fā)。STEP7 Micro-WIN是西門子的一款用于編程西門子S7-200系列PLC的軟件。它提供了一個直觀的編程界面，可以方便地進行邏輯控制、數(shù)據(jù)處理和通信配置等操作。WinCC flexible是西門子的一款人機界面軟件，用于開發(fā)和設(shè)計觸摸屏界面。它提供了豐富的圖形化界面元素和功能，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)輸入、報警處理等操作。

3.2電氣控制線路設(shè)計

PLC與各種開關(guān)量相連，為控制系統(tǒng)的核心。其通過輸入端接收來自傳感器和其他輸入設(shè)備的信號。同時，PLC的輸出端與控制對象（如電磁閥、繼電器和指示燈）相連。PLC負責(zé)控制和實現(xiàn)各種動作[2]。通過編程，PLC可以根據(jù)輸入信號和預(yù)設(shè)的邏輯條件來控制切割機的運行。PLC的使用可以提高控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和靈活性。它能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯條件和輸入信號來自動執(zhí)行各種控制操作，并實時顯示加工過程的狀態(tài)。這樣的控制系統(tǒng)可以提高生產(chǎn)效率和精度，并減少人工操作的需求。為了方便操作和監(jiān)控，加工過程可以實時在觸摸屏上進行動態(tài)顯示。

4基于PLC的陶瓷杯生產(chǎn)機械化系統(tǒng)實現(xiàn)

在進行仿真時，確保計算機上安裝了一塊TCP/IP接口卡，并正確配置網(wǎng)絡(luò)連接，以便與PLC控制器進行通信和數(shù)據(jù)交換。具體步驟如下：

（1）打開Concept軟件，創(chuàng)建一個新的項目。在項目瀏覽器中選擇要仿真的PLC型號。將所選的I/O模塊與PLC進行連接，并在Concept軟件中進行相應(yīng)的配置。根據(jù)控制需求和邏輯關(guān)系，使用符合標準的編程語言編寫控制程序。根據(jù)需要，可以使用不同的編程語言進行程序設(shè)計。

（2）啟動Concept軟件，并打開需要進行仿真的項目。在Concept軟件中，選擇Online菜單，然后選擇Connect命令，以建立與仿真控制器的連接。在彈出的連接PLC對話框中，選擇Protocol type（協(xié)議類型）為IEC Simulator（32-bit）。輸入仿真控制器的IP地址。如果仿真控制器安裝在本機上，則輸入本機的IP地址。如果仿真控制器安裝在網(wǎng)絡(luò)上的其他計算機上，則輸入該計算機的IP地址。點擊OK按鈕，完成連接操作。此時，Concept軟件與仿真控制器成功建立了連接[3]。

（3）打開Concept軟件，選中Online菜單。在Online選項中，單擊Download命令。在加載進程中，系統(tǒng)就會出現(xiàn)加載進程的信息。當加載完后，系統(tǒng)就會顯示程序編譯的錯誤信息，和如何開始PLC。若出現(xiàn)一般程度的編譯錯誤警告，即可進行仿真控制器的重啟。在重啟后，可以通過仿真控制器的控制面板進行離散量I/O狀態(tài)的強制和模擬量I/O數(shù)值的調(diào)整。同時觀察程序運行后的輸出結(jié)果。檢查各模塊的運行情況和網(wǎng)絡(luò)連接情況，確保系統(tǒng)正常工作[4]。

5系統(tǒng)評估

為驗證設(shè)計系統(tǒng)的可靠性，以魯棒性為實驗指標，魯棒性是指系統(tǒng)在超負載運行的情況下，不出現(xiàn)死機及崩潰等現(xiàn)象。實驗分為八組，第一組系統(tǒng)連續(xù)運轉(zhuǎn)72 h ，其余每組在前一組運行的基礎(chǔ)上增加12 h，控制命令增加 5.5%，網(wǎng)絡(luò)過載增加10%，然后記錄 8h 之內(nèi)系統(tǒng)死機時間，如果死機時間過長，說明系統(tǒng)魯棒性能較差，反之則說明系統(tǒng)魯棒性能較好，實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

對表1數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)能夠看出，設(shè)計系統(tǒng)死機時間最長為1.42s，時間較短，而傳統(tǒng)系統(tǒng)的死機時間最長為24.15s，最短也需要15.36s，大大高于設(shè)計系統(tǒng)的死機時間。分析結(jié)果表明，設(shè)計系統(tǒng)在超負載運行下能夠保持穩(wěn)定，并且具有較低的死機時間，表現(xiàn)出良好的魯棒性。這對于實際應(yīng)用中需要長時間運行和保持穩(wěn)定性的系統(tǒng)來說是非常重要的。

6結(jié)語

本文設(shè)計了一個基于PLC的陶瓷杯生產(chǎn)機械化系統(tǒng)。通過對硬件和軟件的詳細描述和設(shè)計，實現(xiàn)了對陶瓷杯生產(chǎn)過程的自動化控制和監(jiān)控。在硬件方面，選擇了適合的控制模塊、執(zhí)行模塊和傳感器模塊，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在軟件方面，基于西門子的STEP7 Micro-WIN和WinCC flexible平臺進行了軟件開發(fā)。通過編程設(shè)置，實現(xiàn)了對陶瓷杯生產(chǎn)過程中的自動加熱、除濕、太陽能拓展集熱板和防雨布的自動展開和回收等動作。通過該系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)，陶瓷杯生產(chǎn)過程得到了有效的自動化控制和監(jiān)控，提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性。同時，減少了人工操作的依賴，降低了人力成本和操作風(fēng)險。在未來的工業(yè)自動化領(lǐng)域，基于PLC的控制系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。

參考文獻

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