基于西门子PLC技术的机械设备控制系统

房 健杭州水处理技术研究开发中心有限公司



基于西门子PLC技术的机械设备控制系统

房 健
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PLC通过计算机编程实现机械设备的自动化操控，具有高可靠性、稳定性，同时随着相关技术发展，通过PLC技术还可实现故障监控以及诊断等控制功能，由此可见，通过PLC技术的应用，能够有效提升设备的自动化操控性能，并保证系统的安全性、稳定性。以下本文就以西门子系列PLC系统为例，对PLC在机械设备控制系统中的应用展开探讨，具体如下。

西门子PLC系统

西门子PLC系统概述

目前市面常见西门子PLC系统包括S7-200（微型PLC系统）、S7-300（小规模高性能型）以及S7-400（高性能型）等，西门子研发的PLC系统具有结构体积小、运行速度快、反应迅速等优势，并具有网络通讯等拓展功能，在机械设备控制系统中应用时，还可与通过网络通信、视频远程监控等实现功能扩展，进一步增强机械设备的运行效能。

工作原理

一套完整的PLC系统通常由CPU、输入及输出模块、接触器、传输装置、按钮开关、电气电路以及外界拓展设备等所构成。首先由编程人员在计算机通过PLC软件编辑程序，设置操作与控制方案，CPU是PLC系统的核心，系统cpu根据程序指令，进行机械设备的自动化运行，如电机、传感器、输送装置等都可以通过PLC系统实现自动控制。此外西门子系统还可与远程监控装置进行通信，实现远程监控，并通过现场收集系统收集运行中的相关参数，通过运行参数分析故障的成因，从而在自动控制的基础上通过功能拓展，提升

了故障维修效率，强化了系统的安全性。

西门子plc技术在机械设备控制系统中的应用

在开关量控制方面的应用

开关量的控制是PLC技术在机械设备控制中的基本应用功能，通过所编写的程序，实现开关量控制，此外还能够根据程序实现可靠的顺序控制。最初的PLC系统只能对某台设备进行单独的开关量启动、停止控制。随着技术的不断完善，西门子PLC系统已经能够实现同时对多台系统进行连续同步控制。

在控制参数方面的应用

机械设备在实际运行中，需要时常关注运行 过程中的温度、湿度以及压力等相关参数，如果这些参数偏离正常范围，那么将可对生产质量带来一系列影响，并可引发安全事故，因此机械设备在运行过程中，需要严格控制相关运行参数。Plc技术在这方面的作用十分显著，除了通过现场信息采集、分析、数据传输等可快速监测当前的相关运行参数，但此种方式主要是在出现参数异常后，才能检测出运行故障，即便传输速度再快，也会产生一定损失。针对这一问题，Plc还可根据程序进行模拟运算，预先计算出得出相关参数的模拟值及变化范围，根据模拟结果分析程序的可靠性，如果参数模拟值偏离正常范围，就可在没有正式操作前修改程序，直至模拟结果满足运行要求为止。

在集中控制与分布控制方面的应用

通过PLC技术科实现机械设备的集中控制，主要实现方式是将一个配置较强的PLC系统作为主系统，由这一系统同时控制多个设备，这些设备的运行状态、运作轨迹具有较强联系，才可实现集中控制。此种控制模式成本较低，但因为集中控制系统中的各个下级设备其运作都存在较大联系，因此一旦其中一台发生故障，将会造成范围小影响，并需要停止中央PLC系统，这也是此种模式较为显著的缺陷。针对此种问题，一些单位采用分布式控制模式，此种模式的主要特点是每台设备都有专管的PLC系统，各PLC系统单独对各自负责的设备进行管控，如果在运行过程中某台设备出现故障，也不会对别的设备造成影响。

图1 基于西门子PLC系统的抓取运送机械设备结构示意图

基于西门子PLC技术的机械设备系统实例研究

案例概述

本文列举的案例为生产线物料抓取运送设备，其结构包括气动抓取器、气缸以及电磁阀等，见图1。其运作流程主要是当物料通过传送到传到抓取部位后，抓取器下降，并夹住物料，夹紧后，上升并旋转到预先设定的物料箱位置上方，之后下降松夹，完成抓取放料过程后，上升并旋转回传送带的方向，等下一个物料到达抓取位置，以此固定流程循环操作。

设备中的磁性传感器主要是用来检测气缸及物料的位置信息，当气缸及物料到达设定位置后，传感器会向PLC系统发送到位信号，PLC系统收到信号后，会立即执行操作夹取操作程序，使导杆气缸、气动手爪、旋转气缸根据预先设定进行操作。

西门子PLC在机械设备中的设计及应用

PLC作为设备的核心控制装置，除基本的变成功能外，还会在控制过程中，通过输入与输出模块，接受位置信号，下达控制指令，整个控制过程，本设计选用S7-200型西门子PLC系统，CPU电压24V，结构见下图。

图2 基于西门子PLC技术的机械设备控制系统控制回路结构图

系统采用西门子S7-200型号的PLC系统，因本设备的主要操作都是通过气缸带动的，所以PLC系统的设计核心是与气缸形成控制回路，通过传感器进行位置感应，由PLC程序实现气缸的逻辑控制，如气缸伸出、缩回等操作，并由传感器检测气缸的位置情况，看其是否达到设计位置，如果达到指定位置，则会由传感器向plc系统发送信号，收到信号后，进行下一环节的逻辑控制。抓取器手爪是由电器阀操控，当电磁阀通电后，手爪夹紧，断电后，手爪张开，针对手爪的PLC控制，即使通过程序控制手爪电磁阀的通电开关，实现夹紧或张开操作。

以往该单位生产线抓取工作主要为人工操作，单位需要投入大量人力成本，且工作强度大，生产人员在运作过程中，时常出现人为操作失误，影响生产效率。针对此类问题，该单位通过结合西门子PLC技术对设备进行技术改造，大大提升了生产效率，解放人力，缩减投入，实现自动化生产，并避免了人为操作失误等因素，取得效益提升，值得推广与借鉴。

结束语

通过PLC技术的应用，能够有效提升设备的自动化操控效率。综上所述，本文首先对西门子PLC系统进行概述，探讨了其基本运作原理，之后分别从开关量控制、参数控制、集中控制、分布控制探讨了PLC在机械设备中的应用，最后结合实际案例，对基于西门子PLC技术的机械设备系统的设计与应用展开探讨，希望能为相关人士提供些许参考。

10.3969/j.issn.101- 8972.2016.12.008