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?？?，571900）

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，對一些散碎物料進行連續(xù)性輸送和裝車的機械設(shè)備，是現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)物料搬運系統(tǒng)自動化和機械化的組成部分。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、用戶使用方便，適應(yīng)性強、可靠性高，抗干擾能力強、維修方便等優(yōu)點。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，進料電磁閥YV2 打開，給漏斗補料。當(dāng)料斗中的貨料達到上限位開關(guān)時，SQ1 和SQ2 均接通，進料電磁閥YV2 關(guān)閉。料斗補料期間電磁閥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)三臺電機開機時必須按照3 秒的時間間隔“順序啟動”，停機時必須按照4 秒的時間間隔“逆序停止”。當(dāng)裝料車到達裝料位置后，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 秒運行，出料電磁閥打開裝料。當(dāng)汽車裝滿料達到預(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、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 臺皮帶電機均可單獨進行點動操作控制。

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，在實際使用中可以根據(jù)實際生產(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，點動按鈕、傳感器等，輸出設(shè)備包括指示燈、電機和電磁閥等。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、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)初始化及啟停控制程序設(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。

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，進料電磁閥YV2 打開給漏斗補料。

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

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M1 運行和紅色燈亮，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用，控制電機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用，控制電機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。為保證點動運行電機或開啟電磁閥檢修設(shè)備時按鈕出現(xiàn)卡死等機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，所有電機或電磁閥都不采用傳統(tǒng)的按鈕直接點動控制，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 點動按鈕SB3，I0.3 接通，上升沿指令將Q0.0 置位，電機M1 運行。松開點動按鈕SB3，I0.3 斷開，下降沿指令將Q0.0 復(fù)位，電機M1 停止。如果松開點動按鈕SB3，但由于機械故障原因點動按鈕SB3 沒有復(fù)位，I0.3 沒有斷開，電機M1 仍在運行，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、指示燈和模擬感應(yīng)器開關(guān)等，運行PLC 和STEP7 軟件的 監(jiān)控，按下各類啟按鈕，驗證控制程序設(shè)計是否正確。驗證流程如下：

圖5 系統(tǒng)控制程序調(diào)試驗證

(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，給漏斗補料。接著閉合漏斗上限位開關(guān)SQ0(模擬漏斗補滿料)，觀察到Q0.4 斷開，電磁閥YV2 閉合，停止給漏斗補料。

(2)閉合開關(guān)SQ2(模擬裝料車到達裝料位置)，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 運行，M1 運行3 秒后M2 運行，M2 運行3 秒后M3 也開始運行，M3 運行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 得電打開給漏斗補料。接著將開關(guān)SQ1 閉合(模擬物料達到下限位感應(yīng)開關(guān))，但YV2 還是保持得電給漏斗補料。接著將開關(guān)SQ0閉合(模擬漏斗補滿料)，YV2 斷電閉合停止給漏斗補料。

(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)驗證，以上控制程序設(shè)計可以很好地實現(xiàn)多級皮帶自動送料裝車工作要求，并能實現(xiàn)手動控制，方便設(shè)備維護和故障檢修。

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)約地實現(xiàn)順序啟動，逆序停止，自動裝料、緊急停止、點動運行等功能，并且方便檢修維護和生產(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)濟效益。在實際運用中，還可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況需要進行一些改進，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行情況進行實時監(jiān)控，并通過PLC對傳感器數(shù)據(jù)進行運算處理后做出相應(yīng)的安全處置，保障安全生產(chǎn)。