陶瓷杯生产机械化的电气控制研究

摘 要：本文基于PLC（可编程逻辑控制器）技术，设计了一个陶瓷杯生产机械化系统。该系统通过集成控制模块、执行模块和传感器模块，实现了对陶瓷杯生产过程的自动化控制和监控。通过实验，验证了系统的有效性及稳定性。通过该系统的设计和实现，陶瓷杯生产过程得到了有效的自动化控制和监控，提高了生产效率和质量稳定性。

关键词：PLC；电气控制；程序编写及调试

1前言

陶瓷杯作为日常生活中常见的容器，其生产工艺一直以来都依赖于传统的手工制作方式。然而，传统的陶瓷杯生产工艺存在着生产效率低、人工操作多、产品多样性有限等局限性。为了提高生产效率、降低成本并满足不断变化的市场需求，机械化生产方式逐渐成为陶瓷杯生产领域的研究热点。在机械化生产中，PLC（可编程逻辑控制器）技术作为一种先进的数字计算机控制技术，具备灵活性、可编程性和实时性等优势。PLC技术通过编写程序和逻辑运算，能够实现对各种工业设备和过程的自动化控制，极大地提高了生产效率和质量稳定性。

2陶瓷杯生产机械化的现状和挑战

传统陶瓷杯生产工艺存在一些局限性，包括生产效率低、人工操作多、产品多样性有限、能源消耗高、质量控制难度大和环境污染问题。为了克服这些局限性，可以考虑引入现代化的生产技术和自动化设备，提高生产效率和质量控制水平。机械化生产具有提高效率、降低成本、提高产品质量和实现多样化生产的优势，但也面临技术投入、适应性、运维和安全性等方面的挑战。通过合理规划和管理，可以最大程度地发挥机械化生产的优势，并应对挑战。PLC技术在工业自动化中具有广泛的应用，可以实现对各种设备和系统的控制和监测，提高生产效率、质量和安全性。

3基于PLC的陶瓷杯生产机械化系统设计

3.1系统设计

系统硬件由控制模块、执行模块和传感器模块组成。控制模块使用PLC（可编程逻辑控制器）作为控制器。PLC是一个专门用于工业自动化控制的电子设备，它能够根据预设的逻辑条件和输入信号来控制执行模块的操作；执行模块主要由继电器和接触器组成。继电器用于控制电路的开关操作，接触器用于控制较大电流的开关操作。执行模块根据PLC的指令来控制各种设备和动作，如电磁阀、电机等；传感器模块包括温湿度传感器、热点偶传感器和光照传感器等。温湿度传感器用于检测环境中的温度和湿度信息，热点偶传感器用于测量温度变化，光照传感器用于检测环境中的光照强度。控制系统硬件组成见图1。

控制模块的核心采用了CPU224XP CN，该核心部分分别具有14个和10个的数字量输入及输出，和2个及1个的模拟量输入及输出，还扩展了4个EM231模拟量输入模块。触摸屏采用SMART 1000IEV3型号触摸屏，该触摸屏可以与CPU进行良好的通信，并提供直观友好的人机界面，方便操作人员监控和控制系统。传感器采用RS-WS-120型号的温湿度一体变送器。热电偶测量范围为0-180℃，光照变送器为RS-GZ-120-2，测量范围为0-20万Lux。系统中传感器输出的电流信号均为4-20mA，满足模拟量输入模块的需求[1]。

控制系统的核心部分为PLC，其具有8个输入信号和10个输出信号。输入信号主要由传感器和限位开关信号组成，输出信号由电路间继电器组成。在控制相应电机的接触器和PLC的输出之间增加了一个中间继电器。这样的设计可以增加系统的稳定性和可靠性，同时减少对PLC输出端的负载。本文控制系统基于STEP7 Micro-WIN和WinCC flexible进行软件开发。STEP7 Micro-WIN是西门子的一款用于编程西门子S7-200系列PLC的软件。它提供了一个直观的编程界面，可以方便地进行逻辑控制、数据处理和通信配置等操作。WinCC flexible是西门子的一款人机界面软件，用于开发和设计触摸屏界面。它提供了丰富的图形化界面元素和功能，可以实现数据显示、参数输入、报警处理等操作。

3.2电气控制线路设计

PLC与各种开关量相连，为控制系统的核心。其通过输入端接收来自传感器和其他输入设备的信号。同时，PLC的输出端与控制对象（如电磁阀、继电器和指示灯）相连。PLC负责控制和实现各种动作[2]。通过编程，PLC可以根据输入信号和预设的逻辑条件来控制切割机的运行。PLC的使用可以提高控制系统的可靠性、稳定性和灵活性。它能够根据预设的逻辑条件和输入信号来自动执行各种控制操作，并实时显示加工过程的状态。这样的控制系统可以提高生产效率和精度，并减少人工操作的需求。为了方便操作和监控，加工过程可以实时在触摸屏上进行动态显示。

4基于PLC的陶瓷杯生产机械化系统实现

在进行仿真时，确保计算机上安装了一块TCP/IP接口卡，并正确配置网络连接，以便与PLC控制器进行通信和数据交换。具体步骤如下：

（1）打开Concept软件，创建一个新的项目。在项目浏览器中选择要仿真的PLC型号。将所选的I/O模块与PLC进行连接，并在Concept软件中进行相应的配置。根据控制需求和逻辑关系，使用符合标准的编程语言编写控制程序。根据需要，可以使用不同的编程语言进行程序设计。

（2）启动Concept软件，并打开需要进行仿真的项目。在Concept软件中，选择Online菜单，然后选择Connect命令，以建立与仿真控制器的连接。在弹出的连接PLC对话框中，选择Protocol type（协议类型）为IEC Simulator（32-bit）。输入仿真控制器的IP地址。如果仿真控制器安装在本机上，则输入本机的IP地址。如果仿真控制器安装在网络上的其他计算机上，则输入该计算机的IP地址。点击OK按钮，完成连接操作。此时，Concept软件与仿真控制器成功建立了连接[3]。

（3）打开Concept软件，选中Online菜单。在Online选项中，单击Download命令。在加载进程中，系统就会出现加载进程的信息。当加载完后，系统就会显示程序编译的错误信息，和如何开始PLC。若出现一般程度的编译错误警告，即可进行仿真控制器的重启。在重启后，可以通过仿真控制器的控制面板进行离散量I/O状态的强制和模拟量I/O数值的调整。同时观察程序运行后的输出结果。检查各模块的运行情况和网络连接情况，确保系统正常工作[4]。

5系统评估

为验证设计系统的可靠性，以鲁棒性为实验指标，鲁棒性是指系统在超负载运行的情况下，不出现死机及崩溃等现象。实验分为八组，第一组系统连续运转72 h ，其余每组在前一组运行的基础上增加12 h，控制命令增加 5.5%，网络过载增加10%，然后记录 8h 之内系统死机时间，如果死机时间过长，说明系统鲁棒性能较差，反之则说明系统鲁棒性能较好，实验数据如表1所示。

对表1数据进行数据能够看出，设计系统死机时间最长为1.42s，时间较短，而传统系统的死机时间最长为24.15s，最短也需要15.36s，大大高于设计系统的死机时间。分析结果表明，设计系统在超负载运行下能够保持稳定，并且具有较低的死机时间，表现出良好的鲁棒性。这对于实际应用中需要长时间运行和保持稳定性的系统来说是非常重要的。

6结语

本文设计了一个基于PLC的陶瓷杯生产机械化系统。通过对硬件和软件的详细描述和设计，实现了对陶瓷杯生产过程的自动化控制和监控。在硬件方面，选择了适合的控制模块、执行模块和传感器模块，确保系统的稳定性和可靠性。在软件方面，基于西门子的STEP7 Micro-WIN和WinCC flexible平台进行了软件开发。通过编程设置，实现了对陶瓷杯生产过程中的自动加热、除湿、太阳能拓展集热板和防雨布的自动展开和回收等动作。通过该系统的设计和实现，陶瓷杯生产过程得到了有效的自动化控制和监控，提高了生产效率和质量稳定性。同时，减少了人工操作的依赖，降低了人力成本和操作风险。在未来的工业自动化领域，基于PLC的控制系统将继续发挥重要作用。

参考文献

[1]李庆哲，梁秀满，唐颖，等.基于PLC的陶瓷坯体干燥房控制系统的节能设计[J].工业控制计算机， 2013，（5）：23-24.

[2]翁小祥，刘静，奚小波，等.基于PLC的食用菌多能互补烘干房控制系统设计[J].中国农机化学报， 2021，8：101-108.

[3]张鸿强，吴明亮，吴明永.基于PLC的消失模白区烘干控制系统设计[J].特种铸造及有色合金， 2014，（11）：4：1182-1185.

[4]郭峻嘉.基于PLC的空气压缩机控制系统设计[J].农村经济与科技， 2016（18）：244-245.