西门子PLC自动化生产线

  【摘 要】BA-AT-03型自动化生产线教学、训练、鉴定平台是加工、组装的一套结合工业案例,按工业标准设计,集成主流、常用工业控制设备的教学仪器。该实训设备采用西门子最新应用于制造行业中的SIMATIC S7-1200为核心,配合工业总线通讯接口,集成变频器、人机界面、通信网络、多种传感器(压力、流量、温度控制等),实现自动化技术相关专业中PLC应用技术教学、训练和考核。设备包含:自动送料功能模块、传送带功能模块、自动检测功能模块、气动、电动机械手功能模块、PLC与变频器控制系统、直流调速模块、步进驱动模块、液体PID控制系统、报警功能模块、人机界面PLC网络通讯系统、气动控制系统等,构成自动分拣与姿势调整的主从工作站。

  【关键词】BA-AT-03;西门子;PLC;自动化生产线

  随着PLC的深入运用,以及现代社会的需要,人们尝试着用了三菱PLC或者其他品牌的可编程控制器研发了一些简单的自动分拣料系统。但是这些材料分拣系统相对的都比较的简单,功能简易。随着社会的发展,我们不仅要利用PLC来研制新一代的材料分拣自动化生产设备,还要我们所研制的这一个系统能灵活地与其他物流设备无缝连接,实现对物料实物液、物料信息液的分配和管理。所以以往的简单的自动化分拣系统已不再满足需求,因为原先的那些系统之间的通信采用的是RS-485通信,所以要实现远程控制相对比较困难。而西门子最新的PLC产品S7-1200采用的是工业以太网通信,还有程序的下载也是采用了以太网,这样就可以通过以太网来进行远程控制了,而且还可以通过互联网来对整个自动化分拣系统的控制,更符合了现代生产生活的需要。

  一、认知BA-AT-03型自动化生产线

  BA-AT-03型自动化生产线训练系列可编程控制系统训练、考核平台由安装在铝合金导轨式实训台上的供料加工单元、输送单元、分拣单元、机械手翻转单元4个单元组成。BA-AT-03型自动化生产线实训考核设备是一种典型的自动线的机械平台,系统各机构采用了气动驱动、变频器驱动和步进电机位置控制技术。体现了“核心技术一体化”教学模式,在教学内容上对核心技术进行了扩充、深化和丰富,可以激发学生的学习兴趣和钻研精神,让学生在实例的导向下,综合各种不同的课程,不同的实验实训以及各个不同学习阶段的学习内容,全面了解和掌握核心技术及其应用,并提高核心技术的综合应用能力,开拓学生的专业思路,对其技术创新能力的培养起到了潜移默化的作用。

  二、S7-1200的外形结构

  西门子S7-1200具有集成 PROFINET 接口、强大的集成工艺功能和灵活的可扩展性等特点,为各种工艺任务提供了简单的通讯和有效的解决方案,尤其满足多种应用中完全不同的自动化需求;集成的PROFINET接口用于编程、HMI通讯和 PLC 间的通讯。此外它还通过开放的以太网协议支持与第三方设备的通讯。该接口带一个具有自动交叉网线(auto-cross-over)功能的RJ45连接器,提供10/100Mbit/s 的数据传输速率,它支持最多16个以太网连接以及下列协议:TCP/IP native、ISO-on-TCP 和S7通讯,还能够与下列系统和设备进行无缝通讯:SIMATIC STEP 7 Basic 工程组态系统(用于编程);SIMATIC HMI精简系列面板(用于可视化);其它控制器(用于PLC之间的通讯);第三方设备(高级选件集成)。西门子S7-1200 控制器系列的设计具有高度的灵活性,能够最大化满足完全不同的机器需求。

  用户可根据自身需求定制控制器系统,后续的系统扩展也十分便捷。S7-1200 CPU最多可以添加三个通讯模块。RS485和RS232通讯模块为点到点的串行通讯提供连接。对该通讯的组态和编程采用了扩展指令或库功能、USS驱动协议、Modbus RTU主站和从站协议,它们都包含在SIMATIC STEP 7 Basic工程组态系统中。

  西门子S7-1200有50KB的共用指令和数据工作内存。同时还提供了2MB的集成装载内存和 2KB的掉电保持内存。西门子S7-1200 控制器带有6个高速计数器。其中3个输入为 100kHz,3个输入为30kHz用于计数和测量;集成了两个100kHz 的高速脉冲输出,用于步进电机或伺服驱动器的速度和位置控制。这两个输出都可以输出脉宽调制信号来控制电机速度、阀位置或加热元件的占空比。S7-1200的CPU可以根据系统需要进行扩展,信号模块安装在CPU模块的右边,扩展数字量或模拟量I/O的点数,1214C可以连接8个信号模块,CPU左侧最多装3个通信模块。图2-1所示为S7-1200系列PLC模块的外形结构图。

  三、西门子PLC和三菱PLC的比较

  三菱采用的GX编程软件直观易懂,操作时速度快,虽然指令多,但学习起来会比较轻松,可以脱机仿真操作。而西门子指令比较抽象,学习难度较大,但指令较少,必修连机仿真操作,西门子采用的STEP 7 Basic编程软件容量较大,在使用时速度比较缓慢,但操作直观、上手容易、使用简单,是用户能够对项目进行快速而简单的组态。由于具有通用的项目视图、用于图形化工程组态的最新用户接口技术、智能的拖放功能及共享的数据处理等,有效地保证了项目的质量。

  三菱的优势在于离散控制和运动控制,三菱的指令丰富,有专用的定位指令,控制伺服和步进容易实现,要实现某些复杂的动作控制也是三菱的强项,而西门子在这块就较弱,没有专用的指令,做伺服或步进定位控制不是不能实现,而是程序复杂,控制精度不高。

  过程控制与通信控制西门子是强项,西门子的模拟量模块价格便宜,程序简单,而三菱的模拟量模块价格昂贵,程序复杂,西门子做通信也容易,程序简单,三菱在这块功能较弱。

  所以针对不同的设备不同的控制方式,我们要合理的选用PLC,用其长处,避其短处。   例如某设备只是些动作控制,如机械手,可选择三菱的PLC,某设备有伺服或步进要进行定位控制,也选三菱的PLC;像中央空调,污水处理,温度控制等这类有很多模拟量要处理的就要选西门子的PLC比较合适,某设备现场有很多仪表的数据要用通信进行采集,选西门子的好控制。

  目前我们考虑到西门子S7-1200是新一代小型PLC,它具有集成的PROFINET接口、强大的集成工艺功能和灵活的可扩展性等特点,为各种工艺任务提供了简单的通信和有效解决方案,能够满足完全不同的自动化需要,安装了2个西门子S7-1200系列的可编程逻辑控制器PLC来控制,就像人的大脑一样,思考每一个动作,每一招每一式,指挥自动化生产线上的机械手、气缸按程序动作,是自动化生产线的核心部件。所以我们组装这套教学设备让学生深入了解和使用西门子S7-1200。

  四、自动化生产线各单元

  (一)供料单元

  为了准确模拟现实生活中的自动生产线,BA-AT-03型自动化生产线有供料单元,它是生产线中的起始单元,向系统中的其他单元提供原料,相当于实际生产线中的自动上料系统。其主要由大工件装料管(料仓)、送料气缸、磁感应接近开关、光纤传感器组成,从而完成该功能。

  供料单元基本功能:是按照需要将放置在料仓中的工件自动送出到传送带上,以便输送单元的皮带传动装置将工件运送往下一个工作单元。工作过程:工件垂直叠放在料仓中,送料缸处于料仓的底层并且其气缸的挡板可以挡住工件掉下送料槽中,经过料仓光纤传感器检测到送料槽中有工件之后,发送信号给PLC,PLC经过处理后就可以发送送料的信号,驱动送料缸推出工件到传送带上供下一个工作单元工作。供料单元的推料槽中装有光纤传感器的光纤头用来检测料仓中是否有工件,并向系统发送有无工件的信号。图5-1所示为供料单元的I/O接线图。

  (二)机械手翻转单元

  机械手翻转单元的基本功能是:按照需要将传送带上姿势摆放不正确的工件通过机械手夹取并翻转进行工件姿势的矫正,然后将他们重新放到传送带上。工作过程:工件在传送带上经检测到工件的信号之后,主站发送信号到从站,从站对此做出相应的操作。其薄型气缸 下降使得气动手指降下将工件夹紧然后薄型气缸带动气动手指和工件上升,上升到上限位之后,PLC控制直流电机正转或者反转,从而达到矫正工件的目的。

  (三)输送单元

  输送单元的基本功能是:按照需要将静置在传送带上的工件自动送往其他工作单元,并对传送带上的工件进行材质、颜色以及工件的摆放姿势的判别从而分辨工件的信息以供分拣单元对工件进行分拣和机械手翻转单元对工件摆放姿势的矫正。

  (四)分拣单元

  分拣单元是自动化生产线的最后一个单元,这个单元是完成对上一个单元送来的已经经过姿势矫正以及检测部分的传感器已经做出判别的工件,按照不同的存储要求进行不同仓储分拣。使它们存放在指定的立体料仓上。当送料单元送来的工件抵达皮带的后端,后端传感器接通后,就启动步进电动机,使吸盘气缸移动至传送带上方,然后执行吸取工件的操作并分拣不同的工件到指定的立体仓储上。

  五、结语

  BA-AT-03型自动化生产线实训考核设备是一种典型的自动线的机械平台,系统各机构采用了气动驱动、变频器驱动和步进电机位置控制技术。体现了“核心技术一体化”教学模式,在教学内容上对核心技术进行了扩充、深化和丰富,可以激发学生的学习兴趣和钻研精神,让学生在实例的导向下,综合各种不同的课程,不同的实验实训以及各个不同学习阶段的学习内容,全面了解和掌握核心技术及其应用,并提高核心技术的综合的综合应用能力,开拓学生的专业思路,对其技术创新能力的培养起到了潜移默化的作用。

  参考文献

  [1] 吕景泉.自动化生产线安装与调试[M].中国铁道出版社,2009.

  [2] 汪晓光,孙晓英.可编程控制器原理及应用[M].机械工业出版社,2001.

  [3] 向晓汉.西门子PLC S7-200/300/400/1200应用案例精讲[M].化学工业出版社,2011.

  [4] 余雷声.电气控制与PLC应用[M].机械工业出版社,1998.

  作者简介:王思婷(1986- ),女,广东兴宁人,本科,广东水利电力职业技术学院,助理实验师,主要从事电气及其自动化专业研究方面工作。


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