PLC硬件(精选6篇)
PLC硬件 篇1
1. 设备概况
建新水泥厂一号窑于1999年投产, 窑型为日产2000t的窑外分解窑。为了对入厂石灰石实行均化, 配套了一间圆盘形石灰石均化库, 均化库内堆取料机的主要电气设备有堆料皮带电机、堆料回转电机、变幅液压电机等, 取料机的主要电气设备有刮板电机、两个行走电机、两个调车电机及料耙液压电机等。堆料皮带将外进石灰石按顺时针方向沿0°~120°堆料 (在自动堆料情况下也可以在触摸屏上, 按照均化库内物料堆放情况在0°~120°任意设置堆料角度) , 并且可以上下俯仰以实现斜坡堆料。取料机也沿顺时针取料, 将料耙左右运动, 使耙下的物料由刮板刮到均化库中央, 由皮带输送至石灰石中间库。从1999年运转至今, 该堆取料机的耙车液压部分和堆料机液压部分均已损坏, 而且电控部分故障频繁, 已无法正常为一号窑提供原石。2009年8月对该堆取料机进行了改造, 机械部分更换堆取料机原有的液压系统。电气部分保留全部的电机及减速器部分, 拆除原有的电控柜及操作台, 更换为大连力科自动化有限公司为本次改造生产的电控柜及操作台, 选用西门子公司的S7-300PLC, 相关硬件及MPI地址、输入、输出地址见表1。本次工程选用的CPU 313C是一种紧凑型CPU, 集成数字量和模拟量输入/输出可实现与过程的直接连接。此外, 可以使用与过程处理相关的功能:计数、频率测量、PID控制。从表1中可以看到该CPU本身自带24个DI点、16个DO点、5个AI通道、2个AO通道、并有3个计数通道。改造中使用了1个计数通道, 将和堆料机同步转动的编码器 (型号为:10-15631_R-1024) 的脉冲信号输入计数通道内, 通过CPU内的SFB47计数功能块的运算, 将堆料机回转时的角度运算出来, 以此控制堆料机布料方向和角度。改造完成后, 较好地实现了石灰石的布料及均化工作。但在使用过程中遇到了一些故障, 现介绍如下, 以供参考。
2. 故障及处理
(1) 故障1。操作台上的触摸屏 (型号为GP2501-TC41-24V) 出现“堆皮带空开未合”等6条故障信息, 对应表2中I125.0至I125.5等6个DI点。现场发现, 报警信息中提到的6个空开均在合闸位置, 其辅助接点也均闭合良好, 已经将DC24V电源送入这6个DI点内。DI点在模件上对应的状态灯也是绿灯, 拉开某一个空开时对应的模件上的状态灯也熄灭。但6个报警却始终无法消除, 初步判定为硬件故障。联系厂家工程师到现场后, 使用一台安装有西门子公司STEP7软件的笔记本电脑, 对CPU内程序做实时监控。发现上述6个空开合闸时, 虽然模件上的绿灯可以正常点亮, 但是在程序中6个常闭接点状态未发生改变。针对上述情况可以判定, 硬件发生故障。为保证正常开车, 将程序中6个空开未合故障的常闭接点, 改为常开接点强行屏蔽了该故障。
(2) 故障2。在发生上述故障不久后, 又出现了堆料机转动时, 触摸屏无角度显示的故障现象。现场检查发现堆料机左右回转时, 计数模件状态灯并未点亮, 怀疑为编码器损坏。完好的编码器, 当接上DC 24V电源后, 转动转轴, 在脉冲计数线端和24V负极之间, 用数字万用表可测到脉冲直流电压在10~11V。经测试发现编码器已损坏。换上新订购的一台编码器后开启堆料机, 手动转动编码器转轴, 模件状态灯可以点亮, 但触摸屏上仍然没有角度显示。联系厂家工程师到现场, 用笔记本电脑监控程序, 开启堆料机, 手动转动编码器转轴程序内部的SFB47计数功能块状态并不发生改变。可以判定计数模件通道0已损坏。又对通道1及通道2进行了测试, 均无法显示角度变化, 所以无法实现自动堆料。由于故障1中所述损坏的模件也在CPU自身所带的模件之中, 因此又重新订购一台CPU313C, 安装后将前文所述修改过的6个空开未合故障接点, 重新改为常闭接点, 将编码器也安装好后开车一切正常。
在查找故障的过程中, 发现西门子控制器的DC 24V电源负极和柜体的金属框架是连通的 (24V的负极接地) 。这样的接线方式在三相五线制中, 可以更好地保护模件。但在堆取料机现场, 由于堆取料机整体为金属, 而且经常使用电焊机, 可能造成高电压侵入24V电源, 从而造成模件的损坏。于是将CPU313C后部的铝片拆下, 将DC 24V电源的负极和配电柜的接地分开, 来避免这种情况的发生, 从而起到保护模件的作用。
PLC硬件 篇2
随着信息技术的飞速发展, 以PLC为核心、以网络为主干的自动化分布式控制系统成为行业趋势, 并在工厂、物流自动化业务领域得到广泛应用。其中, Profibus是用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线标准, 主要由三个兼容的协议类型组成:Profibus-FMS (现场总线报文规范) 、Profibus-DP (分散化外围设备) 和Profibus-PA (过程自动化) 。Profibus-DP协议是专门为现场级控制系统与分散I/O的高速通信而设计的, 数据传输速率范围在9.6 kbps至12 Mbps之间, 每次可传输的数据量为244个字节, 采用周期通信方式, 响应时间较高, 适合于大多数工业控制场合[1]。
近年来, 随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高, 民用机场建设速度不断加快, 机场自动化行李分拣和处理系统也得到广泛应用。本文针对首都机场T3航站楼行李处理系统中的皮带输送线系统, 结合民用机场对行李分拣和处理系统实际运行方式和控制方式的要求, 通过设计和采用了一套基于S7-400PLC的软硬件控制系统, 实现了设备自动控制、故障报警、自动节能等功能性需求;并通过将第三方的安检设备、ATR条码扫描矩阵设备集成到系统中, 实现了行李的后端安检等机场安全要求和自动分拣要求。
1 行李处理系统工艺简介
民用机场的行李处理系统, 就是要对旅客办理值机手续时交运的托运行李, 进行传输、安检、分拣的系统。行李从旅客办理完值机手续、打印并贴好行李条码后开始, 进入行李处理系统的传输过程。在T3航站楼行李系统中, 行李经由主输送皮带向物流下游传送, 并依次通过ATR行李条码自动扫描矩阵, 一、二级安检机, 分拣机, 三级安检机, 最后到达出港行李集散转盘, 由工作人员装运到专用集装箱中并装进飞机货仓。
2 项目介绍
本文是以首都机场三号航站楼行李处理系统中的主皮带输送线设计开发项目为背景的, 该项目的规模:设计高峰行李处理量为每小时19 200件。系统采用后端安检模式, 行李办理完托运手续、进入系统后, 首先经过主传送带的传送, 主传送带上安装有ATR行李条码自动扫描矩阵、水平摆臂式分流器、安检X光机, 之后导入分拣机进行分拣。从ATR行李条码自动扫描矩阵开始, 行李的位置要求实时跟踪定位, PLC需要记录行李在此位置之后得到的一切信息, 包括从安检X光机得到的安检结果。
3 网络构建
在整个行李系统中, 主皮带输送线共有8条, 每一条除电机台数、长度不同外, 控制系统结构和外部设备种类、数量完全相同, 因此, 以一条主皮带输送线为例, 论述其控制系统硬件的构建、PLC程序设计方案。
主皮带输送线名称:CAK10.DPM008, 总电机台数83台, 输送线总长度392 m, 输送机速度为每秒0.5 m至1.2 m, 电机功率0.75 k W至2.2 k W, 视具体位置和功能而定。根据工艺要求, 系统中集成了ATR条码自动扫描矩阵和X光安检机。项目选用西门子S7-400型PLC, CPU选用414-3型, CP模块采用443-1型, 以实现与高端IT系统的工业以太网连接。整个系统划分为管理层、现场层和执行器层。网络拓扑结构图如图1所示。
3.1 管理层
本系统中, PLC与上位机之间采用工业以太网结构, 符合IEEE802.3标准, 采用标准化数据通讯协议ISO-ON-TCP协议, 通讯速率100 Mbit/s。[2]
3.2 现场层
考虑到现场设备分布比较分散, 外部设备种类比较复杂, 采用导线进行硬链接会产生工作量大、成本高、可扩展性差等问题, 因此, 设计采用开放的、标准化的现场总线来完成设备的集成。自PLC以下采用两层总线结构, PLC与现场设备、外部第三方提供设备之间的数据交换采用Profibus-DP网络, 以可靠、快速地完成控制层与现场层的集成。
系统设计采用1.5 Mbit/s的通讯速率, 考虑到需要连接的设备总长度超过300 m, 因此采用PCF光纤用于主控柜 (PLC) 与分控柜 (DP从站) 之间的连接[3]。
同时, 可以利用Profibus-DP网络的开放性, 将ATR和安检机等第三方设备的GSD文件导入到PLC程序的硬件组态中, 以完成对现场设备的集成。
硬件上, 利用RS232转RS485转换模块, 将ATR主控制器开放出的RS232口转换为支持Profibus-DP的RS458口, 实现对ATR设备的集成。
另外, 硬件上利用ET200S模块的串行通讯模块 (SI模块) 和标准DI、DO模块, 实现对安检机的集成。其中, 标准DI、DO模块用于传递安检机和皮带输送机状态位, 串行通讯模块 (SI模块) 用于传输行李号和安检结果等信息。
ET200S模块作为Profibus-DP网络的从站, 连接到网络中, 实现安检机的集成。
3.3 执行器层
由于同一Profibus-DP总线上最多连接126个站点, 本项目中设备众多, 而每台输送机所需要的控制点数较少, 为节约资源, 本项目采用两层总线结构, 采用DP/ASI Link连接Profibus-DP总线和ASI总线, 采用集成了四输入、四输出点的ASI模块, 将ASI总线数据转换为I/O信号, 用于控制电机和收集现场输送机状态。
采用这种设计后, Profibus-DP总线由总控制柜布线到每一个分控柜, 系统共采用四个分控柜, 每个分控柜内安装两个DP/ASI Link模块, 再对分控柜到现场电机控制盒或I/O控制站之间进行ASI总线布线, 不仅避免了硬接线带来的布线工作量大、维护困难等问题, 还节约了Profibus-DP总线资源, 使系统具有良好的可扩展性[4]。
4 程序设计
4.1 PLC软件程序整体设计
在PLC软件程序中, OB1是循环执行的组织块[5]。其优先级为最低。PLC在运行时将反复循环执行OB1中的程序, 当有优先级较高的事件发生时, CPU将中断当前的任务, 去执行优先级较高的组织块, 执行完成以后, CPU将回到断点处继续执行OB1中的程序, 并反复循环下去, 直到停机或者是下一个中断发生。因此用户主程序写在OB1中。行李系统皮带输送线PLC软件结构就是将用户主程序写在OB1中, 在OB1主循环里调用各个程序块[6]。
OB1中的各功能块主要分为两种, 一是完成现场设备的动作控制, 包括皮带运行、分合流等, 另外就是组织数据, 为IT提供信息, 包括行李条码、安检信息、设备状态、故障信息等。PLC程序内或PLC之间也会有信息状态的读取和交换。程序使PLC能够通过现场传感器或其它第三方设备收集信息数据、从IT下载路由或指令, 然后做逻辑判断和数据整理工作, 实现控制设备运行和为系统提供信息的目的。
4.2 输送机逻辑控制
FB23是实现输送机基本逻辑控制的功能块, 涵盖了各类输送机的控制, 是程序中的重点。根据功能分为几类, 当输送机需要什么功能, 就调用相应的功能块。主要的块有FB150, 控制具有一个传感器的普通输送机;FB152, 控制具有二个传感器的普通输送机;FB70, 控制行李之间的间隔;FB172, 控制从动输送机;FB173, 控制主动输送机;FB169是控制高速水平分流器的功能块。从软件程序的结构上讲, FB23功能的结构调用是根据所需输送机的功能而进行调用。
FB23首先是对于分配给各输送机的临时存储空间进行初始化、归零。然后按照行李流的方向, 依次对于各输送机所需要的功能, 调用不同的功能块。
部分输送机调用了FB70 (Gap Control) , 此功能块是进行行李之间的间隙控制的。在系统中需要控制正常行李间距, 通过传感器来实现此功能。被检测的行李间隙如果小于预设的间隙, 将暂停该输送机, 一直等到检测的行李间隙恢复正常后自动重新启动电机, 使行李运行。该功能块主要有三个作用, 一是根据轴编码器计算行李或者窗口的间隔, 二是计算所需要的间隔, 三是在间隔不够的情况下控制输送机停止。
程序中应用了窗口的概念, 窗口的大小就是行李的长度加上间隔。窗口的大小还与皮带机的运行速度有关。
间隙控制功能块一般在特殊设备前的一段输送机上附加。它的输入量有:本节输送机的传感器B111的信号, 本节输送机的轴编码器B155信号, 下游输送机的轴编码器B155信号, 还有常量参数。
输出BAG_GAP_ON这个BOOL信号, 控制输送机停止一段时间。很多输送机没有轴编码器, 程序用Enc即只要输送机运行, 就产生一个100 ms的脉冲, 模拟轴编码器信号。程序里也是用这个信号来测量行李长度, 测量行李间隙。当B111光电传感器被经过的行李触发时, 开始计数Enc, 记的这个数模拟为行李长度, 当行李离开B111后, 用从行李离开到下个行李再次触发光电传感器之间的、下游输送机的Enc脉冲计数作为测量的实际间隙, 来计算间隙长度, 以保证行李到下游输送机上后实际运动的距离与计算距离相同。
当测量的实际间隙小于设定间隙时, 用设定间隙减去实际间隙, 就是BAG_GAP_ON要输出的Enc数, 即输送机要停止的脉冲数。
整个的控制块附加在一个输送机上, 即控制间隙的输送机, 行李之间的间隙控制程序的流程如图2所示, 其中新行李的出现是根据光电传感器B111来检测的。停止测距输送机的时间是根据下游输送机的脉冲个数来进行测量的。
FB150是控制有一个光电传感器的输送机的基本功能块。这类输送机在系统中占绝大多数。此功能块涉及到输送机的逆向停止、故障停止、节电停止、唤醒启动、光眼堵塞停止等情况。FB151是控制有二个光电传感器 (B111和B112) 的输送机的功能块, 此类输送机数量不多, 功能和FB150相类似涉及到输送机的逆向停止、故障停止、节电停止、唤醒启动、光眼堵塞停止等情况。
在控制输送机的功能块中都包括了逆向停止和行李堵塞的控制逻辑。这些功能是各类输送机所具备的共有基本功能, 下面就针对这两个功能进行说明。
根据工艺要求, 当皮带系统中的某段输送机由于故障原因停止时, 该段输送机的上游输送机在当行李到达该输送机时, 也应当停止, 这种由物流下游到物流上游的依次停止称为逆向停止。从控制逻辑上讲, 当下游的输送机因为某种原因停止而本段输送机的光电传感器被遮挡, 则停止程序将停止本段输送机。当下游输送机启动后, 本段输送机将自动重新启动。输送机重新启动前会有一个短暂的延迟时间, 以确保行李之间有最小间距。图3为逆向停止控制的流程图。
关于堵塞停止的控制要求:除了检查行李超高的光电传感器外, 安装在直行输送机、转弯输送机、汇流输送机的光电传感器都具有检测行李堵塞的功能。当光电传感器被遮挡时间超过预设的时间 (取决于输送机的速度) 时发出行李堵塞信号。如果发生行李堵塞的地点在输送机的后侧, 则该输送机和上游输送机同时停止;如果发生行李堵塞的地点在输送机的首端, 则该输送机和下游输送机同时停止。
5 结束语
通过分析首都机场T3航站楼行李处理系统皮带输送线PLC软硬件设计和开发的过程, 利用当前工业控制行业先进的控制系统、先进的总线技术、先进的网络集成方式, 开发了一套完整、先进、可靠、扩展性强的控制系统, 并且进行了实际测试和安装, 并投入生产运行。通过长时间的实际运行测试, 该系统表现出良好的运行性能, 可靠性高、稳定性强、行李处理效率优。因此, 该系统的硬件设计和软件开发思路在机场行李处理系统和物流自动控制系统中具有很好的推广应用价值。
参考文献
[1]张凤登.现场总线技术与应用[M].北京:科学出版社, 2008.
[2]崔坚.西门子工业网络通信指南[M].北京:机械工业出版社, 2006.
[3]沈世斌.基于PLC自由通信的应用[J].仪表技术与传感器, 2004, 41 (12) :26-28.
[4]崔坚.西门子S7可编程控制器:STEP7编程指南[M].北京:机械工业出版社, 2007.
[5]吴志敏, 阳胜峰.西门子PLC与变频器、触摸屏综合应用教程[M].北京:中国电力出版社, 2009.
PLC硬件 篇3
1 胶带运输系统基本组成及控制系统要求
由于白坪煤矿主井煤炭运输量大, 胶带运输系统由并行安装、独立运行的2条胶带组成。每条运输胶带采用双滚筒四电机驱动, 其基本结构如图1所示。胶带运输系统型号为DTL120/60/4×450S, 胶带输送倾角为20°~27°~25°~19°50', 总长度为1 375 m, 运煤量为600 t/h, 带速为3.15 m/s, 电机功率为4×450 k W (10 k V) 。驱动装置位于输送机头部, 采用750K CST可控软启动技术, 实现强力胶带机软启动、软停止功能[1,2]。
根据白坪矿主井胶带运输系统的结构特点和运行原理, 设计的控制系统应满足以下要求:
(1) 控制功能。为满足日常运行、检修、故障处理等需要, 具备就地、远程和检修3种控制模式。操作人员可采用不同方式控制各条胶带机的启动和停止。 (1) 地面集中控制。该方式下, 操作人员只需在地面控制中心操作键盘或鼠标, 即可控制井下各条胶带机和给煤机的起、停以及故障解除等, 并通过计算机语音系统发出开车提示命令。 (2) 人工就地控制。日常检修、故障处理或特殊需要时, 操作人员可分别在各条胶带机头通过控制分站实现胶带机的启/停。 (3) 控制方式变换。可通过控制分站上的手动/自动切换开关进行转换, 使得2种控制方式互为备用、互相闭锁, 提高系统的可靠性和灵活性。 (4) 根据输送煤量的大小, 各分站能够自动改变CST的输出速度, 实现胶带输送机运行速度的改变, 且保证各电机的功率平衡。 (5) 故障解除。故障处理完毕后, 重新开机时, 需要上位机给出故障解除指令。
(2) 操作界面及其显示功能。 (1) 具有菜单式操作界面, 易于操作; (2) 采用动画、图形、汉字等方式直观显示设备的运行状态、工况参数等; (3) 能够集中显示胶带运输系统各关联设备的工作状态、料仓料位、胶带运行速度、电机电流等参数。
(3) 故障查询及诊断和保护功能。 (1) 具有胶带跑偏保护、速度检测、打滑和超速保护、沿线急停闭锁、堆煤检测、动力设备温度检测、驱动滚筒的表面温度检测、自动洒水灭火、烟雾检测、胶带纵向撕裂保护、电机电流和开关故障检测、胶带张紧力检测、煤仓煤位检测、CST可控驱动装置运行状态检测保护等; (2) 具有胶带上人自动停车保护; (3) 出现停机保护时, 能够显示故障性质、地点, 实现快速定位故障, 便于维修处理。
(4) 其他功能。 (1) 历史数据记录, 图形动态显示、打印, 报表以及数据存储等功能; (2) 支持多个远方客户端的数据浏览以及监控系统主机的远程控制和参数设置功能。
2 控制装置的硬件总体方案
根据该矿主井胶带运输系统的运行工艺与特点及其对控制系统的要求, 设计的多电机驱动矿用胶带运输系统控制装置由控制主站和2个监控分站组成, 控制器选择西门子S7-300系列PLC控制装置 (图2) 。
主站是控制装置的核心, 配有操作面板和显示屏, 通过分站实现对2台胶带输送机的运行参数设置, 对运行状态进行显示以及远方控制功能。同时配有通信接口, 可与总调度室进行通信[3,4]。
分站是控制装置的执行部件, 主要完成输送机、给煤机等设备的开/停, 胶带运行速度调整, 驱动电机之间功率平衡控制以及各种保护等功能。分站安装在各胶带输送机的控制箱附近, 通过通信线与主站相连。每台分站可单独设定地址号作为通信时的目标地址, 分站只与主站进行通信。
2.1 主站设备选型
(1) 工业控制计算机。采用主、从计算机实现双机热备用, 当一台计算机出现故障时, 可自动切换到另一台计算机, 防止数据丢失或控制失控。计算机型号为启天M6300 (Inteli5 2400, 2GDDRIII, 1TB, n VIDIA Ge Force GT420 1G) 。主要实现功能: (1) 远程启动、停止、复位和测试, 并可进行地面远程编程、故障 (保护) 屏蔽及控制方式转换、给煤机点动操作等控制; (2) 实时显示各胶带机、相关设施及所有信号状况, 并能方便地进行多画面切换, 当井下被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变后, 给出语音、文字报警提示; (3) 实时或按时间段打印各胶带机和相关设备的运行参数和运行状态。
(2) 不间断电源。采用MT1000S-pro 1000VA型UPS供电, 防止系统突然断电造成系统数据的丢失以及控制失控, 保证系统不间断运行。
(3) 以太网交换机。型号为CSM377, 实现主站与分站之间通信。
2.2 分站设备选型
每条胶带机机头均设置一个监控分站 (图3) 。主要功能: (1) 完成胶带机启动/停止、检测与保护, 并通过以太环网与监控分站通信, 达到胶带单台、胶带间连锁集控; (2) 驱动本部胶带的所有CST, 实现电机功率平衡控制。
选型情况: (1) PLC的CPU模块型号选择为CPU315-2 DP, 128 KB RAM。 (2) 开关量输入模块 (单台) 。对于单条胶带, 来自现场信号开关量信号有26个, 开关量输入模块选用SM321, 32点输入, 24 V (DC) 。 (3) 开关量输出 (单台) 。由于需要的输出共29个信号, 开关量输出模块选用SM322, 32点输出, 24 V (DC) , 0.5 A。 (4) 模拟量输入模块 (单台) 共7路, 模拟量输入模块 (单台) 选用SM331, 8点输入, 13位分辨率。 (5) 模拟量输出模块 (单台) :CST可控启动传输装置的速度给定信号2路, 模拟量输出模块 (单台) 选用SM332, 4点输出。 (6) 通信模块型号为CP343-1 Lean。用于将PLC连接到工业以太网 (IE) 中。
3 主要传感器选择
多电机驱动矿用胶带运输系统控制装置的传感器布置如图4所示。
(1) 机头设置速度传感器。用于检测胶带速度, 判断是否打滑。若出现打滑现象, 报警或停机。选用GSG6矿用本安型速度传感器。
(2) 机头设置堆煤传感器。堆煤对于胶带运输系统的危害很大, 若发生堆煤现象, 将引起胶带跑偏和胶带表面磨损、甚至造成电机过载烧毁。为此, 选用KG1006堆煤传感器。若出现堆煤现象, 控制分站报警停机。
(3) 滚筒设置温度传感器, 用于对胶带输送机的减速器高速轴、电动机外壳、传动滚筒轴承座表面等处的温度进行检测和保护。选用GW50 (A) 矿用本安型温度传感器。
(4) 机头、机尾以及胶带中部设置跑偏开关, 用于实现胶带跑偏保护。由于白坪矿主井胶带输送机运输距离长, 跑偏发生在头、机尾以及胶带中部。为此, 共设置了3对限位开关, 分别安装在机头、机尾和胶带机中部机架两侧的钢槽上。当胶带跑偏而碰到限位开关, 使其动闭触点闭合, 向PLC控制分站发送一个开关信号, 实现跑偏控制保护。跑偏开关选用KGE28本安型跑偏传感器。
(5) 胶带输送机沿线设置拉绳急停开关。出现紧急情况时, 可人工拉动开关, 由控制分站实现紧急停机, 以保护人员或设备的安全。选用KHJ0.03/12矿用本安型急停开关。
(6) 胶带机头设置烟雾传感器。当胶带输送机的胶带因摩擦发热或其他原因产生烟雾时, 该传感器向PLC控制分站输入一个开关信号, 自动打开洒水电磁阀洒水。
(7) 胶带上方设置物料传感器, 用于监测胶带上所输送煤的厚度。PLC控制分站通过物料传感器送来的煤的厚度信号, 得到输送煤量大小, 通过控制算法改变CST的输出速度, 进而改变胶带输送机的运行速度, 达到节能效果。选用GL3-24矿用隔爆型料流传感器。
(8) 电动机上设置电压电流变送器, 用以监测电动机的运行状态, 并计算其功率输出。用于过流保护和电机的功率平衡控制。电流变送器为KGD5B型;电压变送器为KGD5A型。
(9) 撕裂检测传感器。选用矿用本安型电气设备, 型号为ZSJ01的纵向撕裂传感器。该传感器是一个漏料检测器, 由支点、托盘和平衡锤等组成。由于输送带发生撕裂后, 物料会从裂口落下, 从而触发撕裂传感器, PLC控制分站收到该传感器送来的开关信号, 进行报警停机。由于纵向撕裂大部分发生在装载处, 因此将纵撕检测传感器安装在装载点前10 m处。
(10) 胶带上人检测传感器, 用于胶带上人自动停车保护, 选用GUR5矿用本安型热释红外传感器。在胶带机距离机头30 m处安装2个, 如检测到工人私自乘坐胶带, 提前预警甚至停机。
4 电机功率平衡和输送胶带速度控制原理
4.1 电机控制回路
白坪矿主井胶带输送机采用双滚筒拖动, 每个滚筒由双电机驱动, 共有4台三相异步电动机。三相异步电动机的电气主电路如图5所示。4台三相异步电机分别连接到三相电源上, 通过负荷开关QF、交流接触器KM、热继电器RJ向电机供电。单台电机控制电路原理如图6所示, 可实现控制箱操作和PLC控制分站控制。
4.2 输送胶带速度与电机功率平衡控制
胶带输送机的胶带速度与电机功率平衡控制原理如图7所示。PLC控制分站以胶带运行速度和电动机的消耗功率为控制量, 通过伺服比例阀调节CST可控驱动装置的线性离合器中的油压, 改变动静摩擦片的间隙来调整CST的动静摩擦片之间的油膜剪切力的大小, 实现胶带输送机速度调整与电动机消耗的功率平衡。控制算法采用模糊PID控制模型, 1#CST可控驱动装置和电动机为主动驱动装置, 2#—4#CST可控驱动装置和电动机跟随1#CST可控驱动装置运行。1#电动机消耗的功率作为2#—4#电机给定值。当1#电动机消耗的功率发生变化时, 模糊PID控制算法自动调节2#—4#可控驱动装置的整动静摩擦片之间的油膜剪切力传递力矩, 从而实现胶带运行速度与电动机间消耗的功率平衡。
5 结论
针对白坪矿主井胶带运输系统的结构特点和控制要求, 设计了多电机驱动矿用胶带运输系统控制装置。该系统已经在白坪矿成功运行。应用表明, 该系统完全能够满足现场运行的要求, 实现自动节能运行, 提高了主井胶带运输系统的可靠性和运行安全性。
(1) 针对白坪煤矿主井运输系统煤量变化比较大等问题, 设计了具有煤量自动检测和节能自动控制的PLC控制装置, 其速度和功率的控制误差均在±2%, 并具有完善的安全保护装置, 实现了主井胶带运输系统的高可靠性和安全节能运行。
(2) 该控制系统的使用改善了胶带运输系统的技术性能, 延长了胶带运输系统使用寿命, 减少了维护费用和运行操作人员的劳动强度, 经济效益显著。
摘要:根据白坪矿主井胶带运输系统的结构特点和控制要求, 设计了基于PLC和CST可控驱动装置的多电机驱动矿用胶带运输系统控制装置, 实现了根据运煤量的大小自动改变胶带输送机的运行速度和电机的功率平衡。介绍了控制装置的硬件总体方案、传感器布置与选型、电机功率平衡和胶带运行速度控制原理等。应用表明, 该系统完全能够满足现场运行要求, 实现了自动节能运行, 其速度和功率的控制误差为±2%, 提高了主井胶带运输系统的可靠性和运行安全性。
关键词:矿用胶带运输系统,PLC控制装置,多电机驱动,CST可控驱动装置
参考文献
[1]刘金娃, 于磊.CST可控驱动装置及其性能特点[J].煤矿机械, 2011, 32 (8) :153.
[2]杨振江.CST在胶带输送机上的应用[J].水力采煤与管道运输, 2011 (1) :59-61.
[3]秦永康, 黄和平.PLC集中控制系统在煤矿胶带输送机上的应用[J].工矿自动化, 2011 (2) :98-99.
PLC硬件 篇4
关键词:风力发电,硬件测试,主控系统,自动化,调试
众所周知, 风机主控系统在出厂前, 必须经过全面的测试才能为现场使用提供可靠保障。传统的风机主控系统测试方式多采用人工方式, 而且是几个人配合来完成, 这无疑是人力资源的浪费。而且对于大多数工程师来说, 硬件测试是一个复杂且费时的过程, 因为需要测试的项目有:数字量输入输出硬件回路, 模拟量输入输出硬件回路 (温度信号、压力信号、加速度信号、位置信号和风速信号) 及关键模块 (安全继电器, 测速模块) 等多达几百个。在通常情况下, 花费在测试上的时间长短还取决于工程师的经验和所使用的测试工具, 有时是两三天, 有时多达一个星期甚至更久[1]。
有鉴于此, 如果提供一种风机硬件自动测试系统, 在人极少参与或不参与的情况下, 自动进行量测, 处理数据, 并以适当方式显示或输出测试结果, 将极大缩短待测设备的测试时间。
1 设计
可编程逻辑控制器 (PLC) 是一种广泛应用于工业环境的现代化数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器, 用来在执行逻辑运算、顺序运算、定时计时和算术运算等指令, 并能通过数字式或模拟式的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程[2]。
PLC已被广泛应用于机械制造、电力、造纸、化工、冶金、矿业、轻工等各个领域, 大大推进了机电一体化进程, 被人们称为现代工业控制三大支柱之一[3]。
从控制角度来说, 风电的主控制系统与外界交互的全部信息均来自于IO (输入输出) 和通信接口。如果能够在信息接口之外虚拟出一个和现场类似的环境, 则可以有效测试主控制系统, 包括控制逻辑、控制器软硬件和柜体电气回路[4]。
基于以上思路, 设计了如图1所示系统, 左侧为基于PLC的风电机组调试系统的构成, 右侧为待测试的风电主控系统。自动调试系统利用PLC系统运行调试程序, 将调试数据交互模块与待测设备数据交互模块进行一对一交互, 这样对于待测试的风电主控系统来说, 如同与真实的风电机组连接。
此平台的构建不仅充分考虑了系统的扩充、互联等要求, 还综合考虑到控制性能需要。
采用主从式结构, 即上位机采用工控机, 下位机采用PLC, 这样使系统不仅具有很好的可扩展性、互联能力强、开发工具丰富等优点, 而且具有高实时性、高精度的特点[5]。
2 系统简介
本系统包括PLC主控制器以及可扩展的数据交互模块和图形化调试终端, 数据交互模块与待测设备数据交互模块进行一对一交互, PLC主控制器通过Ether CAT方式快速采集数据交互模块信息, 并基于ADS协议分别与待测设备PLC主控制器和图形化调试终端进行通讯, 实现风机主控系统硬件回路的自动测试。详见图1自动测试系统框图。
Ether CAT是以太网控制自动化技术的简写, 是一种开放性的实时以太网通信协议, 由德国倍福自动化有限公司 (Beckhoff Automation Gmb H) 提出[6]。Ether CAT技术在数据链路层采用了实时调度的软核, 并使用高速双端RAM提高了过程数据传输的速率和主从站之间的数据交换速率, 提高了系统的实时性[7]。Ether CAT网络具有拓扑结构灵活、速度更快、性能更高、系统配置简单、易用性及易实施性、成本较低等特点, 赢得了网络工业设备开发人员的青睐。把Ether CAT技术引入到实时数据传输系统有利于减少成本、减少占用空间、提高数据传输速率, 并且支持分布时钟功能, 可以实现从站间有效的同步[8]。
3 系统分析
3.1 系统概述
本系统为一种风机硬件自动测试系统, 在人极少参与或不参与的情况下, 自动进行量测, 处理数据, 并以适当方式显示或输出测试结果, 缩短待测设备的测试时间。
3.2 系统详细分析
如图1所示, 系统包括PLC主控制器 (CPU) , 数字量输入模块 (DI) , 数字量输出模块 (DO) , 模拟量输入输出模块 (AI、AO) , 安全链测试模块, 风轮超速测试模块, 图形化调试终端。下面将分模块详细进行分析。
3.2.1 PLC主控制器 (CPU)
用来接收并发送测试指令, 并收集测试状态, 通过相应处理后将结果输出, 供调试终端图形化显示。
3.2.2 数字量输入模块 (DI)
用来测试待测设备的所有数字量输出回路。自动测试系统PLC主控制器基于ADS协议通讯向待测设备发出测试命令, 待测设备收到命令后, 相应的待测数字量输出模块输出高电平, 该回路中的继电器得电, 将继电器节点通过电缆接入到测试系统的数字量输入端口, 测试系统的PLC主控制器比对收到的命令和之前输出的测试命令, 若相同则待测系统的该硬件输出回路正常, 反之异常, 测试完毕, 自动进入下一条测试。
3.2.3 数字量输出模块 (DO)
用来测试待测设备的所有数字量输入回路。
自动测试系统PLC主控制器接收基于ADS协议的调试终端输出测试命令, 并通过Ether CAT通讯传输到相应的数字量输出端口, 该回路中的继电器得电, 将继电器节点通过电缆连接至待测设备的数字量输入模块的输入端, 待测设备将收到的命令基于ADS协议通讯传输到自动测试系统的PLC主控制器, 该PLC主控制器判断收到的命令和发出的测试命令, 相同则待测数字量输入回路正常, 反之异常, 测试完毕, 自动进入下一条测试。
3.2.4 模拟量输入输出模块 (AI、AO)
模拟量输入输出模块的主要功能是模拟现场采集量, 比如温度、压力、位置、加速度及风速信号, 然后分别输入到待测设备相应的信号采集输入端口, 进行待测设备的模拟量输入回路测试。
温度信号:
用来模拟外界温度信号, 测试待测设备的温度测量系统。具体步骤为:自动测试系统控制继电器得电, 用此继电器来调节电阻值的大小, 模拟PT100测温的电阻值, 将这个电阻值电缆连接到待测设备的电阻变送器输入端口, 这样温度值通过Ether CAT传输到待测设备的PLC主控制器, 基于ADS协议通讯传输到测试系统PLC主控制器, 测试系统PLC主控制器将发出的温度信号命令值和收到的测试值进行比较, 在偏差内即为正常, 反之异常, 自动进入下一个信号测试。
压力信号:
现场压力信号经过压力传感器后转换为电流信号, 因此自动测试系统为待测系统提供电流信号, 模拟压力信号进行测试。测试系统依次输出几组对应压力信号范围的电流值, 通过电缆连接至待测设备的电流信号输入模块, 通过Ether CAT数据传输到待测PLC主控制器, 待测PLC主控制器基于ADS协议通讯将测量值传输到测试系统PLC主控制器, 测试系统比对测量值和实际值, 在偏差内即为正常, 反之异常, 自动进入下一个信号测试。
位置信号, 加速度信号:
位置信号和加速度信号经传感器后转变为电流信号, 此电流信号由自动测试系统提供, 模拟位置信号和加速度信号, 测试方法与压力信号测试相同。
风速信号:
模拟风速传感器的输出频率信号。由自动测试系统模拟量输出端口输出电压信号, 经压频变送器转换为频率信号, 用电缆连接到待测设备的频率变送器, 转换为电流信号传输至模拟量输入端口, 然后通过Ether CAT通讯传输到待测设备PLC主控制器, 待测设备PLC主控制器基于ADS协议通讯将测量值传输到自动测试系统PLC主控制器, 测试系统比对测量值和实际值, 在偏差内即为正常, 反之异常, 自动进入下一个测试。
3.2.5 安全链测试模块
可以单独测试安全继电器的功能和性能, 同时还可以进行安全链功能的教学演示。
本模块以菲尼克斯的安全继电器为核心器件, 还包括急停按钮、复位按钮、供电电源及继电器。将风电主控系统的关键信号 (急停、复位、监控、过流、欠压、振动、超速等) 和安全链正常继电器 (标志安全链是否正常) 串入安全继电器, 安全链正常继电器的节点通过电缆接入自动测试系统的数字量输入端口。
通过自动测试系统的数字量输出模块逐个触发安全链路的各信号, 控制安全链正常继电器的得电和失电, 得到安全链是否正常的信号再传输至测试系统PLC主控制器, 在调试终端显示测试结果。通过该模块可以很好的演示安全链正常与断开的过程, 有利于对安全链这一重要功能的理解。
3.2.6 风轮超速测试模块
可以单独测试风轮超速继电器的功能和性能, 同时还可以进行风机超速实验的教学演示。本模块以易福门的速度监视仪为核心器件, 通过电压输出模块提供电压输出, 经频率变送器提供频率信号模拟现场风机的低速轴的转速, 提供给速度监视仪, 速度监视仪将频率信号转化成电流信号传给模拟量输入模块, 实现转速在调试终端上的显示。
同时速度监视仪的辅助触点将风轮超速的状态反映到测试系统PLC主控制器上, 在调试终端上可以显示当前是否超速。通过该模块可以很好的演示风轮超速的整个过程, 清楚地观察到恢复时的转速和超速时的转速。更换风轮超速继电器的型号可以很好的对其功能进行全方面的检测。
3.2.7 可扩展预留部分
不同项目的主控机组采用不同的结构, 当结构发生改变时, 将会有新的待测的功能添加。
本测试系统的PLC主控制器和数据交互模块之间采用Ether CAT通讯, 可以任意添加采用Ether CAT通讯的其他产品, 具有较高的可扩展性, 方便自动测试系统的升级。
3.2.8 图形化调试终端
该调试终端包括电脑和在电脑上运行的图形化调试软件及待测硬件系统的配置信息, 调试软件基于ADS协议与自动测试系统PLC主控制器通讯实现风机主控硬件自动测试, 测试结束后保存测试记录。
4 实验测试及结果
实验选取了本公司不同型号的2种主控柜与本文阐述的自动测试系统进行联调测试, 测试前的准备及测试在本文不赘述。
对2台不通型号主控柜体的DI/DO/模拟量等测试的结果表明:
1) 功能是符合最初设计目的;
2) 系统性能是稳定可靠的;
3) 很大程度上提高了调试效率。
5 小结
本文阐述了一种基于可靠的Ether CAT通讯设计的PLC的自动调试系统系统的组成及其功能。利用PLC的优越性能及基于Ether CAT的实时通讯技术设计出的本系统具有良好的可靠性, 实用性, 可扩展性。
本系统对两种不同类型的某风机主控柜进行测试, 测试结果表明, 该系统功能是符合最初设计目的, 性能是稳定可靠的, 使用维护方便, 适用性强、重复利用率高, 并极大的减少了调试花费的时间。
参考文献
[1]蔡国洋, 王长宝, 邵宜祥, 杨燕吉等.一种基于PLC的风机主控硬件自动测试系统及测试方法[P].中国:CN103235593A, 2013.
[2]谭威.基于PLC的工业控制系统的设计与实现[D].武汉:华中科技大学, 2007.
[3]胡涛, 苏建良, 石剑锋.PLC技术与应用及其发展分析[J].机床与液压, 2005.
[4]师毓佳, 王斌, 沙玉婷, 秦成虎, 杨卫民.基于PLC的风电机组仿真系统[J].中国电力, 2012.
[5]库德强.基于工控机和PLC的监控系统的研究[D].沈阳:沈阳工业大学, 2006.
[6]范振军.基于EtherCAT协议的多从站实时数据传输系统设计[D].西安:西安电子科技大学, 2012.
[7]Beckhoff Automation GmbH.EtherCAT Slave Controller Register Description.V1.8.2010.
PLC硬件 篇5
由于传统闸门控制系统的单元工作站与集中控制工作站相距甚远, 导致闸门控制系统运行成本高、可靠性低、维护和管理困难。随着PLC技术在自动控制系统的应用日益成熟, 基于该技术的闸门监控系统也广泛用于水电站, 在水运调度方面发挥了重要作用。基于PLC技术的小水电站闸门自动化管理系统, 融合了PLC技术、计算机技术和自动控制技术, 成为一种新型的全分布式网络结构闸门监控系统, 顺应了控制系统的网络化、集成化和智能化发展趋势, 可实现对不同类型闸门的自动控制。
本文以土房水电站为例, 结合PLC和网络技术, 设计了一种新型的分布式网络结构闸门监控系统, 该系统有效地提高了实时监控能力和效率, 同时具有可靠性高、成本低、使用维护方便等优点, 可以实现闸门的远程监控[1~4]。
1 土房水电站概况
土房水电站 (如图1表示) 坝址位于合作市大夏河流域, 电站距合作市60千米, 安装2台单机70千瓦机组, 总容量为150千瓦, 年平均发电量为67.5万千瓦时, 年利用小时数为4500小时, 可供上网电量为61万千瓦时, 以发电为主, 是大夏河流域的重要水电站。大夏河流经甘肃夏河后在康家湾注入刘家峡水库, 全长为203千米, 流域面积为7152平方千米, 其主要支流有咯河、铁龙沟、大滩河。大夏河共有两处水源, 北源出自青海同仁县后进入甘肃夏河县, 西源出自夏河县西部的加威也喀东南侧, 两源头在夏河县桑科汇合后汇入刘家峡水库。
2 PLC技术原理及闸门监控系统结构
按照《农村水电技术现代化指导意见》的要求, 为了提高电站运行的可靠性, 对于闸门的监测应采用自动化监控手段。因此, 本文以PLC (Programmable Logical Controller) 技术为载体, 以土房水电站为实例来探讨小水电闸门监控系统的硬件设计。
PLC (Programmable Logical Controller) 综合了PC技术、自动控制技术和通信技术[5], 以可编程存储器为重要手段, 来执行定时、计数与逻辑运算等用户的指令, 并通过internet技术来控制生产过程。因此, 将PLC技术用于闸门监控系统的硬件管理有助于提高电站的运行效率。
基于PLC技术的闸门监控系统集成了远程控制与实地控制相合的控制网络, 该系统由监控中心工作站、网络通信设备和视频系统组成。PLC监控系统集合了信息采集、网络通信、远程控制技术, 为实现闸门的自动控制提供了智能化技术平台。土房水电站闸门的PLC监控系统由分层结构控制 (如图2所示) , 该系统的硬件包括两部分:监控中心工作站和现场控制单元LCU (Local Control Unit) , 现场控制单元则主要监控水位闸位和电器开关。
视频监视系统主要由摄像设备、视频矩阵切换器和无线通讯等硬件设备构成, 该系统通过对闸门运行情况、上下游水流情况的实时监测, 来完成对闸门运行中重要工位的管理, 以确保闸门安全运行。现场控制单元 (LCU) 由PLC控制装置、电器控制柜、工业检测装置等组成。LCU的下端由继电器控制, 上端主要由PC主机组成的监控中心单元控制[6]。LCU技术的应用可以带来许多优势, 使得传感器、传动装置、旋转编码器可轻松实现互联互通。
土房水电站的LCU技术的工作原理是将现场采集到的数据通过internet技术传送至中心监控站的PC主机, PC主机则以直观的数字、图形等形式实时显示闸门运行情况。每一个LCU构成一个独立的控制回路, 也就是说, 若某一个LCU损坏不会影响其他LCU的正常工作, 这充分体现了分布式LCU的优势。
3 闸门监控系统的硬件设计
土房水电站共四扇闸门, 本文基于PLC技术可以实现四扇闸门的全程开关控制。闸门的PLC自动控制装置具有完备的接口设计, 可在监控室通过视频监控实现远程控制, 同时可实现闸门的开度、水位值的自动监测并在面板上予以显示[7]。
基于PLC技术的土房水电站闸门监控系统的硬件设计, 其核心技术在于水位传感器、尾水水位传感器以及LCU仪器设备的选择。对于其中的仪器设备及其参数分别简述如下:
3.1 水位传感器
在闸门的PLC监控系统中, 对闸门实时控制的成败与上下游水位密切相关, 需要利用传感器对闸门和压力池水位分别进行实时动态测量, 因此选择一个精度高、抗干扰能力强的水位传感器对闸门监控系统显得尤为重要[8]。
在土房水电站闸门PLC技术监控系统中, 其压力池水位传感器采用北京浩远电子公司生产的HY-2型液位传感器。该传感器采用光电式系列编码器, 由浮子、防浪锤、重锤、精密变速机构、线轮等部件构成。由于HY-2型传感器具有分辨率高、抗干扰能力强和断电记忆功能, 因此我们将其用于液位测量, 以期保证监测结果的可靠, 其主要技术参数如表1所示。
土房水电站闸门PLC技术监控系统的尾水水位传感器则采用南京远方传感技术公司生产的YF-A型投入式静压液位变送器。该仪器的工作原理为利用扩散硅敏感元件的压阻效应, 将静压力信号转换为电信号, 再经过线性修正, 转化成4~20m A的标准信号后输出。其主要技术参数如表2所示。
3.2 LCU仪器设备
由于LCU系统采用多功能模块设计, 可轻松实现修改或扩展, 还能高效省时地对基于输送器系统配备智能自动化技术。其内置可编程微处理器, 通过编程, 实现零点、满量程、开关报警的设定, 而无需通过电位器调整。鉴于此, 在土房水电站闸门PLC技术监控系统中选择福州昌辉公司生产的SWP系列智能LCU现场控制器, 其菜单清晰明了, 能及时反映实际测量的百分比, 并有数字化功能[9~10]。
4 结论
本文基于PLC技术的土房水电站闸门自动监控系统, 其硬件核心部分为闸门监控中心工作站和现场控制单元, 运行实践表明该系统可靠性高、性价比好, 较好地实现了水电站“无人值守”运行管理模式。通过对该系统硬件设计的初步研究, 得出如下结论:
(1) 根据水电站闸门监控系统的要求, 本文提出了基于PLC技术的分层式的闸门监控系统。 (2) 在PLC技术的闸门监控系统中, 对闸门前后和压力池分别选用HY-2型传感器、YF-A型静压液位变送器和SWP系列智能LCU现场控制器。 (3) 将PLC技术应用于闸门监控系统, 不仅实现了闸门的实时监控, 有助于水电站自动化管理水平的提高, 而且可以实现无人值守模式, 最大程度发挥水电站的经济效益。
参考文献
[1]巩星明, 段秋红, 李淑英.工业计算机控制系统的基本分类及发展趋势[J].西山科技, 2001 (5) :34~36.
[2]秦茂国.水电厂"无人值守 (少人值守) "的运行管理[J].四川水力发电, 2008, 27 (S3) :121~123.
[3]郭际康, 付方明, 周国胜, 等.探索中小型水电站"无人值班、少人值守"运行模式[J].湖北水力发电, 2006 (1) :69~73.
[4]黄国祯.积极探索无人值班水电厂运行管理模式[J].水电自动化与大坝监测, 2005, 29 (01) :4~7.
[5]程夏蕾, 潘大庆, 俞振凯, 经济实用的小水电自动化技术[J].小水电, 2003 (4) :23~25.
[6]徐爱钧, 彭秀华.Keil cx51 v7.0单片机高级语言编程应用实践[M].北京:电子工业出版社, 2004
[7]湖南水电局.农村水电站 (上册) [M].北京:水利电力出版社, 2008.
[8]湖南水电局.农村水电站 (下册) [M].北京:水利电力出版社, 2008.
[9]沈祖治.潮汐电站[M].北京:中国电力出版社, 2012.
PLC硬件 篇6
近几十年来, 机械制造行业飞速发展, 工业机械手的研究也取得了巨大进步, 作为一种高新技术产品, 它代替人们在各种复杂恶劣的环境下工作, 并且准确高效。工业机械手模仿人手动作来代替人的工作, 是工业机器人的一个分支。
按照预先设定好的程序, 工业机械手可以自动对对象进行处理和操作。工业机械手最突出的特点就是用机械操作代替人手的操作, 对人手的动作进行模仿, 利用计算机编程制作出基于PLC的控制系统来实现预期的目标。工业机械手不仅具有机器的优点, 而且也具备人的某些优点, 不仅能够改善工人的工作环境, 而且还能带来工业生产率的提高。
1 工业机械手的原理
基于PLC的工业机械手模型的控制系统主要由两部分构成:硬件部分和软件部分。机械部分由滑杆、气夹、气缸等组成, 电气部分由传感器、直流电机、开关电源等组成, 总体来说, 机械手模型控制系统是PLC技术、气动技术、位置控制技术的有机结合。为了有效实现工业机械手的自动或手动运转, 以及保证自动或手动运行的安全可靠性, 必须使用限位开关, 这些限位开关可以向相应的电磁阀传递融通或断开信息, 以确保工业机械手能够有效运行。
图1为工业机械手的结构示意图, 采用气压传动方式, 在控制定位方面采用多点位控制, 手指、手臂都是模仿人手的功能, 具有夹紧、放松、伸缩的功能。
工业机械手的动作过程是周期性的, 首先机械手在初始位置下降、后退、逆时针运动到底部, 此时工业机械手处于释放状态, 在按下控制按钮后, 机械手开始依次执行伸出、夹紧、缩回、转动、伸出、松开、缩回、反转等动作, 然后回到初始位置。
2 机械手的软件设计
SWOPC-FXGP/WIN-C是一种基于PLC的编程软件, 可以在Windows的环境下运行, 可用于FX系列。在这种基于PLC的编程软件中可以编写各种指令程序, 而且注释数据和寄存器数据都可以设置, 这些指令程序及数据都可以通过SFC符号、列表语言、线路符号等实现。
工业机械手控制系统由4个模块组成, 分别为回原位程序模块、手动程序模块、自动程序模块、公用程序模块。执行不同的程序模块, 可以运行不同的工作模式。当执行自动程序模块时, 系统就处于自动模式;当执行手动程序模块时, 系统就处于手动模式。PLC的输入/输出分配表如表1所示。
为了简化工业机械手的软件程序并强化软件的功能, 采用结构化模式来设计工业机械手的软件系统。使用PLC的控制程序使得工业机械手的设计变得简单可靠, PLC控制程序本身具有简单易控制、可读性好、容易调试、易于扩充等特点, 进一步为工业机械手的安全可靠提供了保障。在进行工业机械手的程序设计时也应考虑PLC的选型及I/O地址的分配。
机械手的控制系统应设计成单级式, 便于对工业机械手器件的控制。系统可以选用三菱微型PLC, 编程指令程序可以采用STL指令的编程方法。STL指令也叫步进梯形指令, 是专门用于顺序控制的指令, 由三菱厂家专门设计。使用STL指令编程代码较短, 便于编程过程中的调试和维护, 顺序控制的编制变得非常方便。由于PLC在停电后具有来电后自动运行的特点, 出于安全考虑, 我们应设计一个外部接触器来控制PLC的电源, 以确保PLC运行中的安全。
3 机械手的硬件设计
在选择工业机械手的硬件时, 我们需要考虑各种因素, 包括指令条数、内存容量、扫描速度、输入与输出点数、功能模块等, 除了上述需要考虑的因素外, 我们还应考虑工人具体的工作环境, 根据不同的环境选择适合在该条件下使用的机械手硬件。因此, 我们应该综合具体情况选择适合的硬件, 一般应尽可能选择性价比较高的产品。在综合分析上述各种影响因素后, 我们选择了FX系列的PLC, 它是一种比较小型的PLC, 是目前工业机械手设计中使用最为广泛、最具特色的PLC产品。
机械手的全部动作都由气缸驱动, 气缸是工业机械手最主要的组成部分, 而电磁阀可以控制所有的气缸动作, 保证气缸动作的顺利进行。为了实现手动和自动运行等机械手的基本功能, 并保证机械手安全运行, 必须选用限位开关、相应的电磁阀传递通、断信息等, 这些硬件产品构成了机械手的基本组成部分。
4 结语
本文主要研究了基于PLC的工业机械手模型控制系统的软硬件设计, 希望通过对机械手基本原理的分析, 对机械手软件设计和硬件设计的研究, 设计出一种安全可靠、自动化程度高、稳定的基于PLC的工业机械手模型控制系统, 为在恶劣环境下工作的人们提供安全保障, 并极大地提高工业生产率。
摘要:在工业或其他领域内, 由于工作性质的要求, 人们可能会受到有毒气体、高温等恶劣环境的威胁, 劳动风险加大。现对基于PLC的工业机械手模型控制系统的软硬件设计进行研究, 希望研制出可靠稳定、自动化程度较高的PLC控制系统, 从而为人们的劳动带来安全保障。
关键词:工业机械手,模型,PLC,控制系统,软硬件
参考文献
[1]李允文.工业机械手设计[M].北京:机械工业出版社, 1996.
[2]陆鑫盛, 周洪.气动自动化系统的优化设计[M].上海:上海科学技术文献出版社, 2000.
[3]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].3版.北京:机械工业出版社, 2006.