基于PLC的多站式不定量装车送料系统设计

2021-04-28李俊

山西电子技术 2021年2期

李俊

(临汾职业技术学院，山西临汾 041000)

0 引言

冶金、煤炭、建材、电力等生产部门都广泛使用送料装车设备[1]，由于老式送料装车设备多采用接触器-继电器的方式控制，这不但需要一定的人工配合而且还有一定的危险性，生产效率相对来说也比较低[2,3]，随着工业自动化程度的提高，在很多生产实践中都引入了PLC技术对原有的设备进行了改造，但从查阅了大量的文献来看，绝大多数的装车送料系统均是采用多级传送带配合料斗的电磁阀进行物料的装载，并没有对送料到站的环节进行设计和描述，本文就是在原有装料进车的基础上，对物料按提前设计好的量运送到多站中的指定位置进行分析设计，以完善工作需求，进一步提升生产作业的自动化水平。

1 任务描述

工作场景见图1。生产线上有5个停靠站供物料下放，每个停靠站容纳或需求物料的量不同。每一个停靠站均设有呼叫按钮及呼叫成功的指示灯一盏，多站均呼叫时，先按下者优先响应。每一站及料斗下方均设有限位开关一个，用于检测小车是否已到达指定位置，运料小车由一台三相异步电动机拖动，电动机正反转控制着小车左右行驶。当小车到达料斗的正下方(SQ0=1)时，5个站就可以对物料小车进行呼叫，当某站呼叫成功时，该站指示灯亮；料斗阀门K1打开(阀门打开时间的长短决定了物料的量)进行物料的装车，装满一定量后K1关闭，运料小车向右行驶到达该呼叫站点同时小车阀门K2打开进行物料下放，下放时间到后K2关闭，同时该站的呼叫指示灯灭，小车向左行驶，回到料斗下方，重新开始下一轮的装车送料。整个系统设有启停控制。

图1 工作场景

2 硬件设计

2.1 硬件选择

PLC是一个用于工业控制的数字运算操作装置[4]，其生产厂家众多，德国西门子研发的PLC除了功能丰富、使用方便外，硬件的高度集成化和强大的自检功能及维修的透明度使其在市场上有较为广泛的应用，考虑到本设计的需求及经济性的考虑，在这里选用具有8入/6出的CPU222作为主机,外加具有8点DC输入、8点DC输出的EM223作为扩展模块来满足设计的需求，具体I/O地址编号见表1。

表1 I/O地址分配表

2.2 硬件接线图

图2 硬件接线图

3 软件实现

3.1 程序设计

通过对工作任务的分析，该系统是由若干个功能相对独立但各部分又有相互连锁关系的工序构成，若以基本指令完成控制功能，其连锁部分编程较易出现错误且程序较长，为解决以上问题，可选择使用西门子V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9编程软件中的顺控指令进行程序的编写。按照其工作流程把正常运行时的部分(包括一站、五站呼叫，二、三、四站因空间问题省略)顺序功能图整理如图3。

图3 部分顺序功能图

3.2 梯形图的编写

当该系统在运行的过程中尤其是在装车或送料的过程中一旦出现断电，系统里所有的动作均会停止，而此时小车中已有物料，为保障再次启动时仍能实现定量送料，程序编写时必须考虑掉电保持功能。实现的方法包括：1)料斗阀和小车阀门的开通时长要用具有记忆功能的通电延时型定时器TONR来实现，并且在满足跳转条件后自动复位该定时器。2)在系统块的断电数据保持中定义具有掉电数据保持功能的辅助继电器的范围。在进入各个站呼叫成功后的运行状态块(例如S1.0-1.2)时，同时置位一个具有掉电数据保持的辅助继电器,在满足跳转条件后及时复位该辅助继电器。3)在主程序中(状态块外)首次扫描时要用该辅助继电器置位相应的状态块用于实现掉电保护。

图4以一号站呼叫为例来说明任务实现的部分梯形图。其中网络1的功能为首次扫描时对前一时段程序运行时有无掉电的情况进行判断，如果是在各站装车送料的过程中有断电的情况，则通过有掉电保持功能的辅助继电器使程序直接跳转到掉电时程序的运行状态块中继续运行；如果没有掉电的情况，则置位S0.0,复位S0.1开始的其它所有状态块。网络2为停止功能。为保障系统的正常运行，只允许在各站呼叫成功并开始工作前进行停止操作，使程序回到状态块S0.0。网络3至11为电动机左行到位及5个站台呼叫的程序。网络12到网络20为1站台呼叫成功后的动作执行，其中定时器T6的延时时长决定着物料阀门打开的时长即下放物料量的多少，定时器T7的延时时长代表小车阀门的开启时长，同样和物料量相关。其它4站呼叫成功后的工作流程和站1呼叫成功后的工作流程是相同的，这里不再重复描述。但所选择的定时器的延时时长要与所需物料量的多少相关联。