电气自动化项目设计

韩 硕

（陕西国防工业职业技术学院 人工智能学院，西安 710300）

1 项目分析

电气自动化项目设计应该先分析项目任务和设计要求，以便掌握整体流程[1]。从项目任务要求到最后项目交付使用的流程，如图1所示。

图1 项目流程图

以自动灌装生产线项目为例，自动灌装设备技术要求如下。

（1）就地/远程方式选择。就地控制方式是用操作面板上的按钮和开关控制设备的运行。远程控制方式是通过网络上位监控系统控制设备的运行[2]。

（2）手动/自动模式选择。在生产线停止运行的状态下，允许通过该模式选择开关和确认按钮进行手动和自动模式选择。手动模式用于设备的调试和系统复位，通过上位监控系统设置参数。自动模式下允许启动生产线运行。两种模式下均有相应的指示灯。

（3）启动/停止。在自动模式下按下启动按钮，生产线开始运行，传送带正向传输。当空瓶子到达灌装位置时停止传输，灌装阀门打开，开始灌装物料并计时。灌装时间到，灌装阀门关闭，传送带继续正向传输，直到下一个空瓶子到达灌装位置。按下停止按钮，生产线停止运行，传送带停止传输，灌装阀门关闭[3]。

（4）急停。当设备发生故障时，按下急停按钮，停止生产线的一切运行，同时急停指示灯亮，直到急停按钮复位。

（5）点动控制。在手动模式下，灌装点动按钮用于控制灌装阀门实现点动灌装控制，正向点动/反向点动按钮用于调试设备。按下正向点动按钮，传送带正向传输，松手后传送带停止传输；按下反向点动按钮，传送带反向传输，松手后传送带停止传输。

（6）暂停按钮。自动模式下，按下暂停按钮，阀门关闭，传送带停止传输，运行指示灯闪，直到按下启动按钮，生产线才能继续运行，此时运行指示灯变为常亮。

（7）复位按钮。在自动模式下，要求控制系统可以实现工件的数字统计，包括空瓶、成品数和废品数。在手动模式下，按下复位按钮，则可将统计数据清零。

（8）故障报警和应答按钮。当设备发生故障时，控制系统会立即响应，操作面板上相应报警灯闪亮。按下应答按钮后，如果故障已经排除，则相应报警灯灭。如果故障仍然存在，则相应报警灯常亮[4]。

（9）模拟量检测。灌装后成品到达称重台进行成品质量检测，当质量位于限定范围内时，则判定为合格品，否则为不合格品。同时，检测灌装的液位，保证液位在正常范围内。若质量不合格或液位不在正常范围内，则上位报警。

（10）上位监控系统。计算机组态上位监控系统能够实时监视与控制生产线的运行，并可以进行参数设定和显示，且具有报警功能[5]。

根据图1的流程，先分析该生产线控制任务与设计要求，再制定电气控制方案，如图2所示。

图2 任务及控制方案

分析项目时，需要全面分析项目的生产工艺、工作环境、硬件需求和控制要求等。自动化项目的控制系统技术要求分析需要得出电气控制动作流程方案：一方面，硬件设计分析需要设计整体电气图，并给出配置选型及I/O点的分配方案；另一方面，软件设计分析需要制定出软件程序方案，包括PLC程序和人机接口（Human Machine Interface，HMI）程序的组态、编写和仿真。此外，要进行软硬件调试。调试过程中可能会暴露PLC系统存在的硬件问题和梯形图设计中的问题，如果存在问题，可以现场调试解决，直至完全符合要求。调试完毕后，应该运行一段时间，以检验系统的可靠性。

2 系统硬件电路设计

项目硬件电路设计时，需要先进行PLC选型，再绘制整体电气图纸。图纸主要包括电气线路图、端子排列图及配电柜布局图。自动灌装生产线项目中主要使用EPLAN软件绘制整体电气图纸，绘制完成后利用该软件生成I/O点分配表和元件清单等多项表格。此项目中，PLC选用西门子S7-1200，其端子如图3所示。

图3 安装下部保持装置后的层门

图3 西门子S7-1200端子

3 软件设计

自动灌装生产线项目设计主要利用博图软件完成PLC梯形图。编程时采用模块化方式，主要包括主程序、手动控制、自动控制、急停与故障处理、数据统计和模拟量处理等程序。在编程过程中，使用PLC变量可使程序易于阅读和理解，方便博图软件定义变量。部分梯形图如图4所示。

图4 部分手动模式梯形图

4 人机界面设计

如今，可视化已经成为大多数工业机器标准配置的一部分。自动灌装生产线项目中使用触摸屏全图像化显示，可直观显示各种数据。设计时，利用博图软件在项目中添加触摸屏程序，并设置触摸屏的IP地址为192.168.1.111，子网掩码为255.255.255.0，将触摸屏连接到新建的PN/IE_1子网上。选用的触摸屏为带以太网口的彩色触摸屏，型号为6AV6647-0AD11-3AX0。完成上述操作后进行画面组态，然后将HMI站点下载到触摸屏中即可。触摸屏组态画面，如图5所示。

图5 触摸屏组态画面

5 系统调试

系统调试包括模拟调试和联机调试。一般先进行模拟调试，再进行联机模拟调试。模拟调试环节主要利用软件进行PLC程序和HMI界面的仿真。模拟调试时要调试每一个I/O点，并判断每一个I/O点是否实现了对应的控制功能以及是否需要再修改或者完善，直到达到满意效果。联机调试时，需要将各个设备信号接入，如传感器信号和电动机信号等外部设备信号。通过对照整个过程和最终结果判断是否真正实现了控制要求，以达到预期的控制效果。

6 结语

通过以上几个环节设计了合理的自动灌装生产线项目。目前，社会发展和工业生产都离不开电气自动化技术，需要不断发展优化电气自动化项目，实现我国电气自动化行业与国际社会的接轨。