基于PLC的生产自动化控制系统的开发与设计.pdf

自动化与仪器仪表 2 0 1 6 年第8 期 总第2 0 2 期 基于P L C 的生产自动化控制系统的开发与设计 邓国超 台州学院机械工程学院浙江台州 3 1 8 0 0 0 摘要 工业生产自动化控制大幅提升了生产效率 降低了生产成本 增大了企业自身的竞争力 文中以造粒生产线为例 利用P L c开发与设计了基于造粒生产的生产自动化控制系统 其实现了造粒生产线的自动化控制 保证了造粒生产的可靠性 提高了造粒生产效率 并实现了对生产线的实时监控 有效提高了造粒生产的安全性 关键词 P L C 生产自动控制系统 造粒生产线 中图分类号 T P 2 7 3文献标识码 BD O I 编码 1 0 1 4 0 1 6 j cn k i 1 0 0 l一9 2 2 7 2 0 1 6 0 8 0 3 7 A b s t r 舵t I n d u s t r ia lp m d u ct io na u t o m a t io nco n t m lg r e a d yiI n p r o v et llep m d u ct io ne m cie n cy r e d u cep m d u ct io nco s t s 粕din cr e a s et h e co m p e t it iv e n e s so fe n t e r p r is e s T h e 野卸u la t io np r o d u ct io nlin e f o re x 踟p leu s in gP L Ct od e v e lo pa n dd e s ig nt h ep m d u ct io no fg r a n u la t io n p r o d u ct io na u t o m a t io nco n t r o ls y s t e mb a s e do n inf a ct n o wt lleg r a n u la t ep r o d u ct io nlin ea u t o m a t io nco n t r o l t oe n s u r et h er e lia b ilit yo ft h e p r o d u ct io no fg m n u la t io n g m n u la t io np r o d u ct io ne f f icie n cy isim p r o v e d a n dr e a liz et h em o n it o r in gt ot h ep r o d u ct io nlin e 胡f e ct iV e ly e n h a n ceg r a n u la t io np I D d u ct io ns a f b t y K e yw o r d s P L C p r o d u ct io na u t o m a t icco n t I D ls y s t e m g 瑚m llla t io np m d u ct io nlin e O 引言 随着社会经济的快速发展 市场竞争越发激烈 各个企 业为了增强自身的竞争优势 大力发展生产自动化控制 完成 了从传统生产线到自动化生产线的转变 大幅提高了生产效 率 降低了生产成本 P L C 作为一种工业控制用计算机 其由 于编程便捷 功能强大 可靠性高 抗干扰能力强等在工业生 产自动化控制中得到了广泛应用 3 1 本文以造粒生产线为 例 利用P L C 开发与设计了基于造粒生产的生产自动化控制 系统 其实现了造粒生产线的自动化控制 保证了造粒生产的 可靠性 提高了造粒生产效率 并实现了对生产线的实时监 控 有效提高了造粒生产的安全性 1 造粒生产自动控制系统基本组成 造粒是指将粉粒 融液 水融液等状态的非金属原材料加 工成特定形状的颗粒 从而便于后续的运输 计量等 本 文利用P L c开发设计了造粒生产线自动控制系统 该系统采 用P L C 作为控制器 负责采集系统的数据及控制系统的运 行 而I P C 作为操作器 负责人机界面的操作 监控 管理整个 生产线 并对异常情况发出报警 如图1 所示 系统分为P L C 控制器 监控子系统 计量子系统 电机控制子系统 气动子系 统以及检测子系统六部分 I 什t 聚子t 婕电 嵫蚌謦境 L 寸羊t 托 孳t 千 托 图1 系统组成示意图 收稿日期 2 0 1 6 0 5 0 6 作者简介 邓国超 1 9 9 2 一 男 苗族 贵州思南人 本科 主要研究方向为 材料成型设备 监控子系统负责监控生产线的操作运行情况 并将监控 数据传送给P L C 控制器 其由两台工控机组成 一台作为操 作员站 用于记录设备日常操作运行记录 另一台用作工程师 站 用于检查维修设备并作为操作员站的备用系统 1 监控 子系统通过交换机与P L C 相连 从而完成监控系统与P L C 的 数据传输 实现了对生产线的实时监控 气动子系统由空气压缩机 调压阀 控制阀以及真空泵 齿轮泵 去离子泵 熔体泵 循环水泵等组成 电机控制子系统 负责控制系统中各种泵的运作 计量子系统负责检测气动子 系统各泵中的介质流量并反馈给P L c控制器 由P L c控制器 对电机控制子系统的电机转速做出调节 从而实现介质流量 的控制 检测子系统检测生产线运行中的各种参数 并反馈 给P L C 控制器 控制器根据收到的数据对各子系统的运行做 出调节 7 8 1 系统通过P L c控制器与各子系统之间以及各子系统之 间的协同运作 构成一个自动控制系统 实现了生产的自动化 控制 2 气动子系统及P L C 控制总体设计 2 1 气动子系统 在造粒生产线中 气动子系统对介质流量的控制起着关 键作用 而介质流量的大小关乎到造粒的质量 因此在整个造 粒生产线中 气动子系统具有重要的地位 其是造粒生产线的 关键组成部分 气动子系统的工作流程如图2 所示 空气进 入系统后 通过空气压缩机进行压缩 然后由于燥机进行干 燥 存储在储气罐并通过减压阀进行降压 最后经过水油过滤 及调压后供各气动阀使用 图2 压缩空气产生图 本气动子系统通过电一气信号转变的方式来实现气控阀 的间接控制 其电气控制原理如图3 所示 整个过程由气动先 导阀 气控阀共同协调运作完成 首先由P L C 控制器发出电 信号控制气动先导阀开关 从而控制气体通过气动先导阀 完 成将电信号转化为气信号 进而间接控制气控阀 通过电一 气信号转换来控制气动阀 实现电气隔离 使得在防爆要求较 3 7 基于P L c的生产自动化控制系统的开发与设计邓国超 高的情况下可对液体管路进行通断控制 图3 电气控制原理图 2 2 气动子系统P L C 控制设计 气动子系统主要用于造粒生产线上生产运行过程中的开 启辅机 药剂准备 溶解 计量 造粒 出料等几个阶段 不同阶 段所需执行的步骤及要求如图4 的气动子系统P L C 控制流程 图4 所示 图4 气动子系统P L c控制流程图 首先是标志位 电磁阀状态初始化完成后 进行压缩空气 气压检测 并发出压空准备完毕信号 进入开启辅机阶段 启 动水加热器 去离子水泵及真空泵 并发出辅机准备完毕信 号 接收到辅机准备完毕信号后系统进入药剂准备阶段 启 动磁力泵 将溶剂注入高位槽 发送药剂准备完毕信号 紧接 着系统进入药剂溶解阶段 系统开启1 水加热器循环泵并启 动溶解机内的搅拌机 待药剂溶解完毕后 将物料注入计量槽 计算容量 发出计量准备完毕信号 紧接着系统进入整个生产环节最重要的造粒阶段 此时 系统开启2 3 水加热器循环泵以及造粒真空阀 给流量计信 号加入定量溶剂和纯水并开启冷凝器真空阀和冷水阀 之后 启动造粒釜内的搅拌机进行搅拌 待造粒完毕后 打开造粒釜 出料阁 出料完成 关闭真空泵 冷却水系统 空压机以及加热 器 开启泄压阀 气动子系统分为单个阀体手动控制以及自动控制方式 单个阀体手动控制用于系统调试 自动控制方式为正常工作 模式 此外 系统具备现场控制及远程控制模式 并可根据实 际情况对系统执行暂停 急停等操作 2 3P L C 选型及工业以太网通信 本造粒生产自动化控制系统采用三菱电机公司推出的Q 3 8 系列P L c 其采用了模块化的结构形式 系列产品的组成与规 模灵活可变 最大输入输出点数达到4 0 9 6 点 最大程序存储器 容量可达2 5 2K 步 采用扩展存储器后可达到3 2M B 此外 其 基本指令的处理速度可以达到3 4n s 性能水平居世界领先地 位 可以适合各种中等复杂机械 自动生产线的控制场合 4 4 1 在建立工业以太网通信网络上 可采用三菱公司研发的 M x 部件建立计算机与P L c之间的通信通道 用户只需设置 相应通信参数即可建立工业以太网通信系统 而无需掌握复 杂的以太网通信协议 3 造粒生产上位机控制系统 本造粒生产自动控制系统的上位机是在V S 2 0 1 3 平台上 利用c龉言在M F C 框架下开发的 其界面如图5 所示 功能 主界面菜单分为主菜单 参数设定 历史曲线 报警画面 P L C 诊断 系统调试 操作者点击参数设定按钮可对生产线上的 压力 温度 流量及相关阀 泵 机械设备的开启关闭定时时间 参数等进行设定 点击开始工作即可实现生产的自动化 此外 操作者也可从主界面上实时监控生产线的各个参 数 当参数出现异常时 操作者可以通过鼠标点击完成药剂添 加 各个泵 阀及相关机械设备的单独开启关闭 以调整生产 线的正常运行 4 结束语 工业生产自动化控制大幅提升了生产效率 降低了生产 成本 增大了企业自身的竞争力 本文以造粒生产线为例 利 用P L C 开发与设计了基于造粒生产的生产自动化控制系统 其实现了造粒生产线的自动化控制 保证了造粒生产的可靠 性 提高了造粒生产效率 并实现了对生产线的实时监控 有 效提高了造粒生产的安全性 参考文献 1 燕培荣 基于P L c实现的自动化电气控制应用研究 J 科技资 讯 2 0 1 1 2 8 1 3 4 2 郭晓勇 基于P L c控制的自动化生产线程序设计 J 包头职业技 术学院学报 2 0 1 2 1 3 1 7 1 0 3 李世发 P L c在工业自动化控制领域中的应用 J 信息通信 2 0 1 1 4 1 7 6 1 7 7 4 宗炳辰 基于P L C 的电机基本控制电路设计 J 电子科技 2 0 1 4 2 7 5 8 8 8 9 5 李伟 逯江 刘红召 滚筒造粒机控制系统的现状与展望 J 中国 粉体工业 2 0 1 2 6 8 1 0 6