运用PLC与变频器实现小车自动装卸料
【摘要】： 本文运用PLC与变频器实现小车装卸料，可实现生产自动化，在实际应用中，根据实际情况编写程序，以适应不同场合的控制要求。该系统具有投资少、技术成熟的特点，现已得到广泛应用。采用自动化控制系统可保证产品的质量和提高工作效率，以实现效益的最大化。
【关键词】： PLC 变频器 传感器
1 概述
工厂车间传统设备人工呼叫小车运行方式，所使用的行程开关在长时间使用后会出现许多问题，在实际应用中行程开关时常会发生开关失灵的现象，导致小车制动时发生的“溜车”现象，引发安全事故。当今社会工业自动化已逐步形成，传统设备已渐渐被替代。所以本文运用PLC与变频器实现小车自动装卸料（变频器是将固定频率的交流电变成频率可调的交流电），完成生产自动化。可编程控制器是以自动控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前它以被广泛应用于各个领域。可编程逻辑控制器，简称PLC。文中所用PLC为西门子SIEMENS S7-200型。
2 工作方案
本文为工厂车间装卸料小车生产自动化改造设计。当各生产工位制造出物料时，工位上物检传感器检测到并发出呼车信号，信号传给PLC，PLC控制变频器以45Hz频率运行，到达呼车的工位前的减速传感器时，小车以20 Hz频率减速运行，到达呼车的限位压力传感器时小车停止，推板机开始推料。如果小车此时就在呼车的工位上，则推板机直接推料，2s后推料完成，等待下一工位呼车。若三个工位同时呼车，PLC根据扫描周期，先执行前面的程序，待前面的程序执行好后再执行后面的程序。当物料为10个时，运料小车料斗装满暂不响应工位呼车，小车以45Hz频率右行，到达装料站限位压力传感器停止，判断装料小车是否到达指定地点，即是否到达压力传感器。如果到达指定地点，则皮带轮以35Hz频率正转，运料车卸料电磁阀打开，慢慢地向皮带轮上卸料，10s内卸料完毕。皮带轮上物检传感器检测到2个物料时，将皮带轮停下，皮带轮上的推板机开始推料，计数器记数一次，当记满5次时，等皮带轮上的推板机工作完毕，将全部计数器清零，进入下一次循环。如果装料小车未到达指定地点，则报警蜂鸣器报警，20s内装料小车还未到，则让系统断电。经改装后结构布置图如图1。














图1 结构布置图
3 硬件部分
小车到达目标工位的判断是基于工作台上几个限位压力传感器得到的。当小车经过工位处的接近开关或限位开关时，限位开关处的传感器感应到信号，将信号传送给PLC，PLC控制变频器，再由变频器控制小车的运停和速度变化，实行各工位运料卸料的一体化。接近开关又称无触点位置开关是传感器的一种，它与运动部件无机械接触而能准确操作的位置开关。按工作原理来分，接近开关有高频振荡型、感应电桥形、霍尔效应型、光电型、永磁及磁敏元件型、电容型和超声波型等多种类型，其中以高频振荡型最为常用。高频振荡型接近开关的工作原理：当有金属物体靠近一个以一定频率稳定振荡的高频振荡器的感应头附近时，由于感应作用，该物体内部会产生涡流及磁滞损耗，以致振荡回路因电阻增大、能耗增加而使振荡减弱，直至停止振荡。检测电路根据振荡器的工作状态控制输出电路的工作，输出信号去控制继电器或其它电器，以达到控制目的。其电路结构如图2所示。

图2 接近开关原理方框图
系统由电源、传感器、变频器、PLC及皮带轮传输机组成。位置传感器发送信号给PLC，再由PLC结合变频器调频调压改变其转速控制。小车由异步电动机控制。输送线由轨道、安装在轨道上的电排和沿线的感应传感器组成。对小车的控制是通过在每个工位上安装的限位压力传感器，利用其提供的几个点的位置信号在专门的操作室内进行远程控制，最方便的控制是使用PLC软件自动控制，不需要操作人员观测小车是否准确到达工位；是否到达合理的地方卸料；是否满足生产个数，主控室不需要有人时刻监视。而人工操作必须有人时刻监视以确定卸料情况和物料个数，才能掌握生产情况，这样给整体作业带来了大量的不便。操作人员在操作卸料小车时，作业环境较差，又有可能存在安全隐患，不适宜工人直接在现场操作。
PLC与变频器的三种连接方法：利用PLC的模拟量输出模块控制变频器、PLC通过485通信接口控制变频器、利用PLC的开关量输入/输出模块控制变频器。PLC控制系统与其它普通输送系统相比，自动化运行小车能根据要求在不同的位置实现以不同的输送速度运行，在不同的工作位置实现对所输送的物件进行装卸料，以满足生产位置要求。PLC控制变频器调速性能好，调速范围宽静态特性好，运行效率高等优点以被广泛认知。该系统中还有许多注意事项：（1）确保系统可靠性（2）确保产品质量和生产效益（3）要节约资源（4）提高工作效率和生产管理水平（5）硬件设备要先进实用，设备维护要量小。
变频器接线图见图3














图3 变频器接线图
4 软件部分
系统的工作以PLC为核心，其工作的信号由外部传输给它，PLC每一个输出点都有不同的功能。
4.1 I/O分配表如表1所示
表1 I/O分配表
输入 输出
作用 标号 作用 标号
I0.0 启动按钮 SB1 Q0.0 总电源接触器 KM
I0.1 一号工位限位压力传感器 KP1 Q0.1 运料电机左行（正转） KM1
I0.2 二号工位限位压力传感器 KP2 Q0.2 运料电机右行（反转） KM2
I0.3 三号工位限位压力传感器 KP3 Q0.3 一号工位推板机电磁阀 YV1
I0.4 装料站限位压力传感器 KP4 Q0.4 二号工位推板机电磁阀 YV3
I0.5 皮带轮物检传感器 SQ1 Q0.5 三号工位推板机电磁阀 YV4
I0.6 装料小车到位压力传感器 SQ2 Q0.6 运料车卸料电磁阀 YV2
I0.7 一号工位减速传感器 SQ3 Q0.7 皮带轮电机（正转） KM3
I1.0 二号工位右行减速传感器 SQ4 Q1.0 皮带轮推板机电磁阀 YV5
I1.1 二号工位左行减速传感器 SQ5 Q1.1 运料电机减速接触器 KM5
I1.2 三号工位右行减速传感器 SQ6 Q1.2 控制报警蜂鸣器继电器 KM6
I1.3 三号工位左行减速传感器 SQ7 Q1.3 运料电机主接触器 KM4
I1.4 运料站减速传感器 SQ10
I1.5 运料车左极限位开关 SQ11
I1.6 运料车右极限位开关 SQ12
I1.7 一号工位的物检传感器 SQ13
I2.0 二号工位的物检传感器 SQ14
I2.1 三号工位的物检传感器 SQ15
I2.2 停止按钮 SB2
I2.3 急停按钮 SB3
I2.4 运料车电机过载保护 FR1
I2.5 皮带轮电机过载保护 FR2
4.2 变频器在出厂时参数以设定，根据需要设定所需参数即可。变频器参数设定值如表2所示
表2 变频器参数设定值
参数号 设定值 功能
Pr4 45Hz 多段速度设定（高速）
Pr6 20Hz 多段速度设定（低速）
Pr7 3s 加速时间
Pr8 3s 减速时间
Pr26 35Hz 多段速度设定（速度6）
Pr79 3 操作模式选择
4.3 PLC外部接线图如图3所示












图3 PLC外部接线图
4.4 梯形图如图4所示



图 4 PLC梯形图
5 系统特点
（1）系统有短路、过载等保护，可实现自动循环，按下停止按钮后，完成一个工作周期后才能停止。在急停或过载时，系统立即断电。
（2）自动化连续生产过程中有可能因为急停或过载等原因被打断，再重新上电后不需要派人到现场确认小车停止的位置。而传统设备有时必须派人到现场观察，这就无端耗费了大量工作时间。本文PLC软件程