基于PLC在配料生产线上的设计

刘振男 吉林农业科技学院

配料工序在工业生产当中起着非常重要的作用，它的每一环节都是经过严格的检查才能投入使用，其配料精度直接决定了产品的质量是否能够达到标准。目前国内大多数的工厂前期投入使用的都是微机配料系统，由国外引进而来。然而伴随着我国电脑工业的高速发展，现如今已经可以自主研发微机系统并量产使用。但由于技术仍处于正在成长的阶段，还不够完全成熟，所以还存在着大量的问题有待解决，例如配料精度低，机电控制的可靠性差，对数据库管理生产方面的欠缺以及实时动态的监测范围小等。

1 总体设计

本设计系统由PLC、传送带、变频器、电机几个重要部分组成。每一个部分又可以独立成为一个单独工作的系统。其中PLC的功能是作为中控，程序布满整个操作系统。传送带则为运输机构，实施对物料的配送及分拣。变频器的作用是变频调速，对传输速度进行合理的设计。电机最主要的功能就是使传送的皮带运作起来，起一个动力输出的作用。本次设计利用可编程控制器与传送带的相互协作，组成一个配送系统，以PLC作为监控，传送带作为执行，通过编程控制达到自动配料的过程。

设计时，可从文献资料或者网上查阅PLC的工作原理以及工作性质并对其进行分析，深入理解，通过实验比对，哪些功能特性被着重应用，然后有针对性的进行梯形图编程。

传送带采用四节传送带，用四台电机分别控制，经外部按钮启停，形成一个独立的运输系统。

变频器无所谓选型，对于其要求并不严格，只要符合系统设计需求，能起到变频调速，实现匀速传送即可。

2 控制设计

在启用系统之前，检测设备间是否连接正常，接线是否存在安全隐患，以及编程所绘制的梯形图有无需要更改，在确保所有的一切都正常之后，方可启动系统。由于本设计是基于PLC基础上设计的，所以要明确设计方向，先设置给定，在输入给PLC，然后由PLC控制传送带，最后由传送带输送物料传递到小车上面。具体的设计框图如下图2-1所示。

系统启动后，配料装置会根据小车的位置情况进行自动配料，配货完毕后，配料装置随之而停止。本文设计了手动控制和自动控制，更有硬件故障自我检测设计。手动启用运行时，可随时观测各个功能部分发生的状况。首先按下启动按钮SB1时，四节传送带的最底端的一条传送带最先工作，经几秒钟的延迟后，接下来在依次启动其他环节的传送带。按下启动按钮SB2时，位于四节传送带顶端的传送带最先停止工作，当所有物料传送完毕，在依次停止其他阶层的传送带。按钮SB3为紧急急停按钮，当按下按钮SB3时，整个自动配料系统将立即停止。在工作时，如果哪一环节出现故障，此时正处于故障中的皮带机和位于故障部分上几个环节的皮带机立即停止，而故障部分环节以下则直至运送完该传送带上的所有物料后才进行停止。自动运行的原理同手动时一样，根据相同的分析模式做故障处理。传送带工作模式如下图2-2所示。

图2-2 四节传送带实物模型

本次设计的核心是四节传送带，PLC的编程也是围绕传送带的运行功能所展开进行的，然后为停在传送带旁边由小车进行自动配料，发生故障时则系统会依据当时的故障类型选择是否自动停机。由于工厂内部粉尘较大，经常会出现传送带运行不流畅，此时就需要对传送带做出一些调整，例如精度和速度，传送带表面要时刻保持清洁。电机在工作时会有许多因素造成电机的运转不畅，导致传送带不能按照匀速进行，此时就需要变频器来调节，变频调速使传送带匀速运行，这样不会造成物料堆积，产生不必要的损失。

3 硬件的介绍

可编程控制器又名为PLC，它可以更方便快捷的操作控制系统，有效的执行逻辑判断。通过梯形图编程语言进行程序上的设计，使输出指令完好的实施。利用PLC的稳定性和可靠性以及它的通俗易懂，能够使绝大多数人群进行操作，为不了解计算机技术的人提供了方便。PLC采用顺序扫描，不断循环的工作模式，它的CPU会对PLC运行时不断地进行重复扫描。它由CPU，电源和输入/输出接口等组成。根据设计要求，按照设计流程图进行各端口的接线及外部设备间的连接。由于本设计不涉及对PLC选型的要求，所以任何型号的PLC都可应用于本设计。

变频器是本文辅助性的仪器，协助传送带更高效、更准确地把物料送到装配小车上。变频器可以把工频电源转换成其他频率的交流电，通过改变电源频率改变电机转速，实现对传送带匀速行驶的调控。注意在改变频率时，电压也要相应的做出改变，不然会引起铁心线圈过热，造成不必要的损失。在使用变频器之前，要明确使用变频器的目的，要实现什么功能，随后确定所要使用变频器的负载类型匹配负载。变频器的操作面板上有相应的控制按钮，可对应进行起停控制和转向控制等，而在它的显示屏上也可以看到当时电机正在运行时的频率，从而判断四节传送带是否以相同速度在运转。

四节传送带是用四条皮带构成的一个传输系统。四节传送带自动配料系统设计起来非常复杂，在系统、结构、编程和装配调试阶段都要严格操守。由于传送带可以缩短生产周期，并减少人工操作，提高生产质量，所以在工厂中被普遍应用，深受广大用户的喜爱。传送带最早起源于美国，用于架空索道传散状物料，随后发展成运送传输机。未来传送带的发展将会更加多元化，扩大适用范围，面向城市间的物料传输，实现自动分拣及自动装配都将不再是梦。

4 结论

本设计在step7，simaticmanager环境下运行，通过PLC的编程对四节传送带进行操控设置，实现传送带在配料生产线上自动配料的过程。利用变频器的调速功能达到每一条传送带都能够保持相同的速度运转，使配料过程更方便快捷，生产效率更高。