西门子（SIEMENS）自动化控制系统的设计与运用

沈维伟

摘要：西门子PLC自动控制系统包括生产过程控制系统、测量系统、防雷和接地系统等部分。通过现有的总线技术、PLC、监测仪表、执行设备和PC监测设备，形成一个高效、实时和可靠的网络自动化操作系统。文章对西门子自动化控制系统的设计与应用进行了探讨。

关键词：西门子；自动化控制系统；生产过程控制系统；测量系统；防雷系统 文献标识码：A

中图分类号：TP392 文章编号：1009-2374（2016）22-0019-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.010

1 概述

随着计算机的发明以及IT计算的迅速发展，工业控制计算机自动控制系统已广泛应用于饮料行业，它可以保证稳定可靠的生产，质量改进，增加产量，减少能源消耗，提高劳动生产率。在现代工业生产中，由于分工的精细程度高，使生产过程极为复杂，通过西门子自动控制系统，可以及时向操作设备传达操作命令，准确地监控设备运行状态，并及时调整数据参数，统筹协调各个生产部分，保证整个系统的稳定运行，提高生产效率。现今市场竞争的不断加剧，使得企业必须提高生产效率才能生存下去，因此先进的生产管理、准确无误的自动化控制系统是企业在激烈竞争中的法宝。

PLC的英文全名是可编程逻辑控制器，是一种对生产过程控制的电子控制设备，与传统继电控制系统不同，PLC包括逻辑运算、顺序控制、定时、数量和算术程序。用一串指令形式在内存中，然后根据存储的控制内容，模拟数字输入和输出组件，对生产设备、生产过程进行控制，其特点是操作方便、灵活，价格低廉，可靠性高。它方便的构成能对复杂的工业生产过程进行精准的控制，是现代工业发展的新型控制器。

2 自动控制统的功能分析与设计

2.1 西门子（SIEMENS）自动化控制系统的组成

2.1.1 电源。通常在日常使用ac电压波动范围为-10%～+10%，不能采取任何措施或通过任何形式直接使用日常交流电网。PLC电源模块（PS）的输入电压一般为AC220V电源或电源DC24V，电源模块的作用是将日常交流电网的输入电压转换为稳定的电压，DC24V时使用的其他模块输入。

2.1.2 中央处理单元（CPU）。PLC作为中央和主要控制中心，根据PLC的系统程序，中央处理单元（CPU）的主要功能包括诊断错误的语法、包含在用户程序可以接收和存储的数据输入PLC编程、相关的PLC程序以及语法，并对电源、I/O、内存和警告定时器实时状态进行检查。

2.1.3 存储器。硬盘是PLC的储存中心，用来存储程序和数据。PLC内存包括用户程序内存和系统程序存储器的访问两种，分别为存储和存储用户程序和程序

系统。

2.1.4 输入输出接口电路。与PLC控制接口界面的输入通道，通过PLC控制现场的通道组件对应的控制信号时，它被称为路和中断请求电路和一系列的电路

集成。

2.1.5 功能模块。PLC制造商根据目前市场的不同需求，开发出各种功能模块（FM），针对不同需求的特殊控制功能，加强PLC的功能扩展，拓宽应用领域，完成不同功能，不同领域的特殊控制它们主要用于实现一些高要求以及对存储容量的控制任务，如高速计数器、闭环控制和位置控制功能模块。

2.1.6 通信模块。通信模块的处理器简称CP，主要用于实现PLC与PLC之间，远程I/O、PLC和计算机与其他智能设备之间的相互通信。通信接口包括工业以太网，MPI，ROFIBUS-DP-O，点对点通信，etc.Generally，CPU模块与MPI集成在一起的界面，一些CPU与其他通信接口模块集成。

2.2 自动控制系统的功能设计

手动模式：控制系统提供手动操作功能，手动模式能发送的命令也较为简单，仅能实现人工电机反转、向前、开始、停止等操作，手动模式主要用于现场设备的维护和调试以及突发情况的处理。

2.2.1 自动模式：在这种方式，计算机系统处于离线状态，能进行电机启动，停止，运输设备的操作，自动控制执行机构的动作是由人工输入指令。

2.2.2 在线模式：通过这种方式中，电机启动、停止、运输设备，如运动的传动装置自动控制系统由计算机命令实现，物流自动传输和数据流，最后以满足需求的过程。

2.2.3 预警系统：操作模块出现故障时，控制系统自动诊断和相应的声、光报警信号，控制设备就能及时做出判断及输出相关停止命令。

2.2.4 网站运营商终端：是提供人机界面的操作，可以用于监控设备状态查询和故障指示器等，手工操作和维护设备、物流信息参数也可以选择系统控制

模式。

2.2.5 应急处理：当网络中断或出现其他突发情况时，如停电、地震等，应急处理系统可以将控制模式设置为手动模式，由操作员输入终端和起始地址，再输入目标地址的代码来实现各种运输设备的手动控制，当突然停电时，控制系统自动运行预先存储在主控制器上的数据，在恢复电力前使系统可以继续运行。

3 自动控制系统在立体仓库系统控制中的实际运用

3.1 自动化控制流程实施

包含11个区域：自动化立体仓库存储区域（完整的空气/固体容器存储，出站函数），包装到水库（完整的单元，即烟草包装重量、外观和后续的检测、信息输入函数），出站放电区域（完整的空盒子出站卸载单元信息函数），自动清洗区域完成图像识别后剩余的边角料处理（容器），空集装箱运输线路（完整的单元，即输送和缓存函数），固体盒输送线（完整箱单元输送和缓存功能），隧道干燥打桩（单深单货叉），1套货架（10×19×2列×5层，共1900）将装卸输送系统，1套（包括摆动链板输送机、链板输送机系列输送机、链式起重机输送机、提升输送机等；清洁机器人1；双盒机），1套容器处理系统（包括水平步机、振动输送机、电子称、图像识别、电子标签读写等）。

系统可以根据货物的特点自动开始进行仓储，仓库货物运输过程主要是货物的输入和输出和盒体的处理过程。通过自动化控制，对控制指令处理细分，如此复杂的过程可以分为多个步骤来完成。能根据用户的技术要求，自动控制过程可设计分为初始化空集装箱入站和出站，空料箱入库、出库空料箱返库、实料箱入库、空料箱补充出库、实料箱出库、实料尾料箱出库、实料箱出库计划和出库完成信号下达、抽检出库、抽检返库、计算机装箱计划和电控装箱完成信号下达十大功能流程，分别进行设计控制。

3.2 自动控制系统的编程

在完整的立体仓库货物装卸控制过程中，PLC梯形图编程实现控制过程。梯形图的准备过程，本质是PLC控制器的自动控制过程中信号传输接口和功能接口的对接。在信号传输的过程中，信号必须有统一的规范，以确保操作模块能接受控制指令并做出相应的动作。

3.2.1 项目。实时检测整个立体仓库系统的电源、突然停止，PLC运行状态，每个区域的负荷。当检测到故障时，报警提示。没有失败，立体仓库系统可以自动启动。

3.2.2 渠道的交叉问题的实现程序。该系统采用自由竞争的方式，通过去建立一个竞争的情况下，而不是争夺联锁装置的位置，使其不能运行。它有利于通道实现交叉问题。十字路口交通控制的有效实施。

3.2.3 数据统计。根据自动化物流系统的设计要求和工艺流程来设计完成的。充分利用了分散控制与集中管理两种管理方式，巧妙的采用先进的软硬件相结合的设计模式，充分发挥传感器技术、PLC控制、无线通讯、网络、条码、图象识别系统等若干快速发展的新技术的长处和优点。该系统以立库仓库的工艺控制和管理要求为基础，既能达到工艺精确控制的目的，又能满足现代化管理需求。

4 结语

从西门子自动化控制系统发明，并在生产过程中不断的改进，目前已达到系统运行状况良好，有可靠性和安全性，在今后的生产实践中，应继续重视整个系统的操作和控制的提高，确保生产设备的高效运行，将此系统推广到更多的市场及领域中，根据生产管理的需求，不断改进和完善自动化系统，进一步促进生产的优化和协调。

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（责任编辑：黄银芳）