关于生产流水线电气控制系统的设计

    张东福 殷硕

    摘要：本文设计了基于PLC的生产流水线电气控制系统，这种集变频启动、PLC、现代控制理论于一体的新型流水线自动控制系统，通过程序设计实现智能控制，使生产流水线与主机的自动化水平相同，有利于自动化产业的发展。

    关键词：生产流水线；PLC；电气控制系统

    生产流水线主要是指在一定线路上连续输送货物的一种搬运机械，在产品加工、分拣及运输过程中起着重要的作用。目前，我国多数企业的生产流水线均采用PLC进行自动化控制，简化了接线过程，便利了设备维护，真正实现了少人值班甚至无人值班，提高了生产效率。为实现生产流水线的自动化控制，应实现更多复杂稳定的功能，如：各机构预定的各个程序应实现自动化，工件上下料、定位夹紧等均应自动化，基于此，PLC在工业生产中的优势越发凸显。

    1生产流水线所需元件概述

    落料光电传感器主要用来检测传输带上是否有物料，并将检测信号传输给PLC，PLC对信号进行判断，若传输带上存在物料，则PLC将信息传递给上位机，上位机利用网络对电气系统远程控制，流水线传输带启动。放料孔主要定位物料落料，使物料落在准确位置。金属料槽主要用来放置金属物料。塑料槽主要用来放置非金属物料。电感式传感器用来检测金属材料，检测距离约在3mm-5mm之间。电容式传感器主要用来检测非金属材料，检测距离约在5mm-10mm之间。三相异步电机为流水线不可缺少的部分，用来驱动传输带转动，元件开启或闭合受控于变频器。推料气缸元件开启后，能够自动将物料推入料槽，受控于双向电控气阀。要想实现电气控制系统的自动化，生产流水线应首先具备自动化功能。由流水线所需的各项设备作用可以看出，生产流水线完全具备无人工下的自动运转功能。

    2生产流水线电气控制系统整体设计

    2.1电气控制系统功能分析

    PLC的有效应用能够实现电气控制系统的自动控制，在无人工干预下，生产流水线自动运行，可完成全部生产动作。注意：为实现流水线全过程的自动化，设计人员在PLC编程过程中，应将生产流水线的全部动作进行编程控制。为实现生产流水线的自动化、智能化控制，设计人员应首先对电气控制系统、流水线、PLC及其他机电装备的工作参数、状态参数等信息进行获取，传感器能够获取准确、有效地数据参数，因此，在电气控制系统设计中，传感器是必不可缺的元件。在传感器对生产流水线相关参数采集完毕后，应利用网络将数据传输至上位机，对此，上位机应具备数据管理功能，能够对收到的数据信息进行编辑加工，进而通过人机交互合理表达数据信息，供工作人员获取信息。为实现电气控制系统的自动化控制，远程控制是不可缺少的部分。该项功能的主要表现如下：上位机利用网络发布控制指令，电气控制系统积极响应，生产流水线自动运行。远程控制功能的实现使电气控制系统真正达到了设计的初始目标：自动化、智能化、远程化。

    2.2电气控制系统的结构分析

    在生产流水线的电气控制系统中，上位机主要指代的是数据管理终端设备，如：PC机、工控机等。在电气控制系统运行中，上位机主要有两种功能：管理传感器采集并上传的数据、向控制系统发布指令。为实现上述功能，上位机应具备专用管理程序，如PLC，具备良好的人机交互性。为提高上位机人机交互性，通常借助组态软件开发人机交互程序，以此再现生产状态、被控对象状态等。下位机的核心主要是指数据采集与获取的相关设备，如：传感器、PLC等，数据传输网络设备，如：交换机、路由器等。传感器被用来采集生产流水线电气控制系统的状态信息、位置信息等一切必要数据，并通过网络传输设备传输至上位机，实现数据的统计管理与电力系统的远程控制。

    3生产流水线电气控制系统的设计

    3.1生产流水线的程序设计

    在生产流水线自动化设计开始前期，技术人员提出了一定要求，即：利用PLC与变频器控制交流电动机的运转，利用交流电动机运转带动流水线运输带运行，以此保障交流电动机持续运行。在生产流水线运转时，若采用二级电机，则上述转速均可使用；若采用四级电机，则应用转速为上述转速的二分之一；若采用六级电机，则可应用转速为上述转速的三分之一，以此类推。在电气控制系统设计过程中，按钮SB1可启动电动机，使生产线进入运行状态；按钮SB2可关闭电动机，使生产线进入静止状态；SB3能够控制电动机正方向运转；SB4控制电动机反向运转；按钮SB5可控制电动机以一档转速运行，以此类推，为电动机每项状态设置一个按钮，当工作人员需要电动机进入某一状态时，可直接利用计算机发布命令，最后由上位机进行控制，既能便利人工观察，又可提高生产流水线的自动化运转。

    3.2电气控制系统硬件设计

    在电气控制系统硬件设计中，PLC是不可或缺的部分，设计人员应将各种类型的PLC在体积、价格、速度、功能等方面进行比较。例如，本次设计最终选择西门子公司S7-200系列CPU224XPCN，该系列产品适用于单机自动化控制系统。系统输入信号为开关量信号，输出为负载三相交流电动机接触器。PLC具有10个输出点，14个输入点。在电气控制系统自动控制生产线时，PLC控制模块利用通信电缆将控制信息传输至变频器模块，改变电源频率，频率变动影响与PLC连接的电动机，可改变电动机转速，最终起到自动控制生产流水线速度的目的。在本次电气控制系统设计中，设计师采用的是具备RS-485通信接口的变频器，PLC能够通过自身通信接口与变頻器实现信息流动，达到控制变频器运行的目的。并且，PLC的连接，能够灵活读取变频器的电压、电流等全部报警信息，降低流水线运行故障，提高生产效率。在电气控制系统中，变频器也是其中的重要部分，主要用于信息采集与传输。

    4结束语

    随着工业自动控制技术的不断发展与完善，可编程逻辑控制器（PLC）在工业控制系统中应用越来越广泛。因其功能性强、可靠性高、编程简单、抗干扰能力强、对工作环境要求低、控制方便、体积小巧等优点，在工业控制领域占据着重要的地位，它是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。

    参考文献：

    [1]孙文浩.电气自动化设备中PLC控制系统的应用[J].电子技术与软件工程，2017

    [2]杨保香.基于PLC技术的电气控制系统优化设计探讨[J].自动化与仪器仪表，2016