基于西门子S7-300PLC自动上梗电控系统的设计.docx

基于西门子S7300PLC自动上梗电控系统的设计 侯加文+郑玉忠摘要：文章所探讨的控制系统采用的S7-300PLC是德国西门子公司可编程控制器的主流产品，PLC是该系统的控制中枢子站采用西门子ET200S，通过Profibus-DP总线将现场设备连接到控制装置，代替过去繁杂的电缆连接系统投入使用后，实现了洗梗工序根据所需物料量的多少对烟梗自动拆包、上梗和启停，提高了产品质量，降低了现场操作人员劳动量关键词：西门子；S7-300PLC；自动上梗系统；Profibus-DP总线：TP278 ：A ：1009-2374（2014）25-0005-021 存在的问题烟草制梗丝所用的烟梗由现场操作工抬到皮带输送机上，然后经风力送到洗梗喂料机处按每天计划投料10000kg烟梗，每包50kg计算，每班操作工需要抬200多包，劳动强度大由于上梗机与洗梗设备相距100m，主要靠两地操作人员巡查联系，生产中联系不及时就会出现上梗量过大，烟梗堵塞在风送管道中造成生产中断，影响在制梗丝切丝质量和水分稳定性2 技术方案（1）设计自动上梗机，实现对烟梗的自动吊装、运输和上梗，由人工抬包实现为机械输送，以减少现场操作人员劳动强度。

2）设计自动拆包卸梗机，实现对烟梗的自动拆包，消除割包时操作人员易割伤手安全隐患3）电气控制系统的设计在上梗生产现场安装两个电控柜，一个用于安装PLC、各种控制模块；另一个用于安装控制现场各电机的馈电器及本地开关4）通过PLC实现对风送烟梗根据洗梗工序所需物料量的多少自动停止和启动5）在PLC中设计运行控制程序，具备自动、手动、联机、网络诊断和报警功能3 方案实施3.1 设计制作自动上梗机设计的自动上梗机由“工”字型钢轨道和电动葫芦两部分组成3.1.1 钢轨道的选型根据现场空间和吊装输送的要求，“工”字型钢轨道选用150mm“工”字型钢，上面焊接16mm钢筋用以加固轨道，两端焊接限位块，起到安全限位作用工”字型钢轨道的长度贯穿整个烟梗存放区，以便对远距离的烟梗进行输送，达到自动上梗的目的3.1.2 电动葫芦的选型根据投料烟梗50kg/包的情况，以每次吊起3包共150kg为限，考虑安全系数选择载重为0.5吨电动葫芦3.1.3 上梗机工作原理控制手柄上装有上下、前后、停止按钮，按下“上下”按钮，钢钩挂着物料可上下运行；按下“前后”按钮，钢钩挂着物料沿着钢辊道可前后运行3.2 设计制作自动拆包卸梗机设计的自动拆包卸梗机由三条传送带传送梗包，中间是一条350mm宽的输送带，两边为300mm1700mm的输送带，中间的输送带和两边的输送带之间有一空隙，安装有切割刀。

整个设备的运行由PLC通过光电开关进行控制当烟梗包放在输送带上遮挡着光电开关时，皮带在电机减速机的驱动下开始向前运行，旋转的切刀对梗包进行切割；当皮带机上无物料时，设备自动停止运行为避免安全事故的发生，在切割机构上装有安全保护装置，以消除安全隐患3.3 电气控制系统的设计安装3.3.1 控制系统的配置本控制系统由以下几个部分组成：（1）主站PLC由于系统的控制规模不大，选用西门子公司的S7-300PLC，该系列PLC是西门子公司的主流产品，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造中的应用S7-300PLC基于模块化、无风扇结构设计，采用DIN标准导轨安装，配置灵活、安装简单、维护容易、扩展方便，各种模块可以进行广泛的组合和扩展S7-300PLC用背板总线将除电源模块之外的模块连接起来背板总线集成在模块上，模块通过总线连接器相连，每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后安装时先将总线连接器插在CPU模块上，并固定在导轨上，然后依次装入各个模块2）分布式I/O选用模块化的ET200S从站，带DP接口模块ET200S模块是分布式的I/O系统，特别适用于需要电动机启动器和安装装置的开关柜，一个站最多可连接64个子模块，输入和输出最大均为128字节，I/O模块能以任何方式组合，最高数据传输率可达到12Mbt/s。

3）采用Profibus-DP现场总线Profibus是一种国际化的开放式现场总线标准，亦称RS-485总线段，在一个总线段上最多可连接32个子站该总线主要用于现场级的高速数据传输，在这一级，控制器PLC通过高速串行线同分散的现场设备如I/O、传感器交换数据由于Profibus是一种成熟的总线技术，目前世界上许多自动化技术厂家都为它们生产提供Profibus接口4）变频器选用丹弗斯VLT2800变频器，带Profibus-DP总线接口5）传动设备异步电动机及减速箱6）主要I/O设备电磁阀、开关按钮、指示灯、传感器等7）人机界面采用西门子公司的MP377触摸屏，PLC通过MPI电缆与其相连人机界面划分为两个区域，一个为画面显示区域，另外一个为操作区域其中画面显示区域由多个不同层的画面窗口叠加而成，操作区则由多个按钮组成3.3.2 硬件安装在上梗生产现场安装两个电控柜，一个用于安装PLC、输入、输出模块、现场操作人机界面、电源开关、变频器、急停开关等；另一个用于安装控制现场各电机的馈电器及本地开关馈电器控制不需要调速的电机，变频器控制需要调速的电机3.3.3 硬件组态在硬件中组态电源、CPU、输入、输出模块、变频器、ET200S子站，CPU通过Profibus-DP总线与变频器、子站进行通信（见图1）。

3.3.4 通过PLC实现远程自动控制由于上梗机与洗梗地点相距100m，主要靠两地操作人员巡查联系，当洗梗工序发现喂料机料满时，通知上梗工序停止上梗，上梗工序接到信息后才停止上梗，此间的时间间隔易出现上梗量过多，造成风送烟梗堵塞管道内为此，我们结合两工序设备现状，通过对光电控制开关的应用，以西门子S7-300PLC实现对风送烟梗根据洗梗工序所需物料量的多少自动停止和启动在洗梗工序喂料机上安装上下两个光电开关，当喂料机内物料达到一定量，同时遮挡着两个光电开关时，喂料机将料满信号传送至上梗工序，使风送烟梗自动停止进料；当洗梗工序喂料机内物料量减少至下光电开关位置时，光电开关将料空信号传送至上梗工序，使上梗设备自动启动，开始风送烟梗，自动控制示意图见图2：3.3.5 控制程序编写在PLC中编写控制设备运行程序块，程序块包含有基本组织块OB1、设备运行块FC1、网络诊断块FC2、报警信息块FC3及变频器数据块DB1，具备自动、手动和联机功能3.3.6 设计设备运行画面及网络诊断画面，便于现场操工观察设备运行状态、操作及参数设置发生故障时在人机界面上显示报警信息，便于维修人员快速排除故障4 应用效果自动上梗机系统使用后，上梗堵料次数由4次/月下降至1次/月；小停机时间由65分钟/月降至5分钟/月；切梗丝后水分标准偏差由0.35降至0.26；切梗丝厚度标准偏差由0.047降至0.033，保障了梗流量连续、均匀、稳定、受控，同时现场操作人员的劳动强度也得到大幅度降低。

参考文献[1] 吴宗泽.机械设计实用手册[M].北京：化学工业出版社，2005.[2] 刘美俊.西门子S7-300/400PLC应用案例解析[M].北京：电子工业出版社，2009.[3] 郑风翼，张继研.图解西门子S7-300/400系列PLC入门[M].北京：电子工业出版社，2009. -全文完-。