使用SIEMENS7-200可编程逻辑控制器的自动输送带驱动和分拣外文翻译资料

 2022-03-12 15:41:20

Automatic Conveyor Belt Driving and Sorting Using SIEMENS Step 7-200

Programmable Logic Controller

George Alexandru, Faculty of Electrical Engineering, University POLITEHNICA of Bucharest, Romania

Abstract- The purpose of this paper is to present an example application based on a programmable logic controller module used for the operation and the control of a industrial unmanned system, namely a two conveyors and a pneumatic crane. The methodology applied during the design of the systems is also presented.

Keywords: programmable logic controllers, PLC, pneumatics, conveyor

I. INTRODUCTION

With the increasing volume of transferred goods, fabricated products and commercialized items, comes the need for automatic fabrication, handling, processing, sorting, packaging and shipping. To achieve such a goal, certain improvements had to be made regarding the size and complexity of automatic control systems and drivers. In the industrial world, fabrication as a technological process is preferred as less 'hands-on' as possible. For instance, the environment necessary for manufacturing pharmaceutical products, alimentation byproducts, metal treatment and chemical disposal services, high complexity integrated circuits and microprocessors, is either completely sterile, vacuumed, or severely poisonous. Unmanned automatic processing plants exclude the human factor as much as possible, offering economical advantage and profit, and reducing worksite accidents.

II. THE CONVEYOR ASSEMBLY

The assembly contains two conveyors, each controlled with a single-phase AC motor, and a control unit. Fig. 1 shows the back side of the first conveyor unit, the electrical control board provided with electrical terminals for connection to PLC via the presented 4 mm cables, the silk screen bakelite panel illustrating the symbols of the used electro-pneumatic components and related electrical connections, alongside the 5 piece set of monostable solenoid valves used for controlling the pneumatic actuators [1]. Fig. 2 illustrates the machining part of the first conveyor assembly, together with Plexiglas cylindrical magazine for the vertical pieces, pneumatic piece pushing cylinder consisting of a single-effect cylinder, support for capacitive and inductive sensors, capacitive and inductive sensors (24 VDC-output), “Pick and Place” mobile unit composed of a vacuum unit and a simple-effect lifting cylinder, double-effect rod-less cylinder for carrying the “Pick and Place” unit, and 3 magnetic limit switches type reed set on the conveyor cylinder for detecting the position of the 'Pick and Place' unit.

Fig. 1. Conveyor unit 1, back side.

Fig. 2. Conveyor unit 1, front side.

Fig. 3 shows the back portion of the second conveyor assembly containing the electrical control board provided with 4 mm connectors for PLC connection and the silk screen

Bakelite panel, two piece set of solenoid valves for controlling the pneumatic actuators, capacitive and inductive probes and pneumatic pushing cylinders assigned to each probe.

Fig. 4 illustrates the operating side of the second conveyor, alongside the support for capacitive and inductive probes and the built-in chute offering two ways for two different types of pieces. The sorting procedure is established by the two probes present on the second conveyor. The experiment utilizes two types of semi fabricated items. Both types of pieces are manufactured from strong composite polyethylene, in addition, type “A” pieces are covered with an aluminum film on one side.

By understanding the machining procedure of each conveyor system, the optimal processing steps can be traced and established, according to the order in which the events have to be finalized.

Fig. 3. Conveyor unit 2, back side.

Fig. 4. Conveyor unit 2, front side.

III. THE PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER

The conveyor units are driven by a SIEMENS Step 7-200programmable logic controller (PLC). For ease of access, troubleshooting and educational purposes, the PLC is embedded into a training module, that allows for rapid connections and diagnostics.

Fig. 5 illustrates the training module equipped with 14 digital standard inputs with 3 state switch for simulating inputs, 18 digital transistor outputs, 4 analog inputs, 1 analog output, 2x24VDC / 3A power supplies. The SIEMENS Step 7-200 PLC has an add-on extension module in order to increase the number of digital outputs from 8 defaults to a total of 16 digital outputs. There is also present an extension module for analog inputs (4) and analog outputs (1). For PC programming the PLC is equipped with an RS-232 interface and a converter cable RS-232/USB.

IV. PROGRAMMING, OPERATIONS AND SEQUENCE

In the following, for each device, are shown the programmed steps within the PLC.

A. Conveyor 1 Machining Sequence

1) The conveyor belt is initiated, carried by the single-phased AC motor.

2) After 3 bursts of acoustic signal (approximately three seconds), the machining pieces are ejected by the cylinder onto the belt and conveyed.

3) The capacitive sensor will detect any type of pieces traveling on the belt, calling the “Pick and Place” unit.

4) The mobile “Pick and Place” unit lowers the vacuum chamber provided with suction cup on top of the piece, thus grabbing hold of the piece and lifting it.

5) The rod-less cylinder moves the mobile “Pick and Place” unit to the furthest position fixed by the REED switch. At this point the piece is released on top of the second conveyor unit.

B. Conveyor 2 Machining Sequence

1) The conveyor unit is initiated, carrying the received piece towards the sorting chute.

2) The machining piece is transp

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使用SIEMENS7-200可编程逻辑控制器的自动输送带驱动和分拣

乔治亚历山德鲁-罗马尼亚布加勒斯特大学POLITEHNICA电子工程学院

摘要：本文旨在举例说明基于可编程逻辑控制器模块的应用程序用于工业无人操作和控制系统，即两台输送机和一台气动起重机，并提及设计系统时所应用方法。

关键词：可编程控制器；PLC；气动；输送带

1、引言

随着转移货物数量、制成品和商品化产品数量的增加，自动制造，处理，加工，分类，包装和运输等需求益增。为实现这一目标，必须对自动控制系统和驱动程序的规模和复杂性做出某些改进。在工业时代中，制造是一种优选且较少的“实际操作”技术过程。例如，制造药物产品，营养副产品，金属处理和化学品处理服务，高度复杂的集成电路和微处理器所需的环境要么是完全无菌的，要么是真空的，要么是严重有毒的。无人自动加工厂尽可能地排除人为因素，提供经济优势和利润，并减少工地事故。

2、传送装置

该组件包含两个传送带，每个传送带都由一个单相交流电机控制，还有一个控制单元。图1为第一输送单元的背面，电控板设置通过所提供的4mm电缆连接到PLC的电端子，丝网电木面板显示了所使用的电-气动部件和相关电气的符号连接，以及用于控制气动执行机构的5套单稳态电磁阀。图2为第一个输送机组件的加工部分，以及用于垂直件的有机玻璃圆柱形料仓，其为单效圆柱体组成的气动件推动缸，用于电容式和电感式传感器的支架，电容式和电感式传感器（24 VDC-输出），“Pick and Place”移动单元由真空单元和简单效果提升油缸组成，双效无杆无柱油缸用于承载“Pick and Place”单元，以及3个磁限位开关类型的簧片组输送机滚筒，用于检测“拾放”单元的位置。

图1. 传送带单元1，背面

图2.传送带单元1，正面

图3为第二输送机组件的后部，其包含用于PLC连接和丝网的4mm连接器的电控制板电木面板，两套用于控制气动执行器的电磁阀，电容式探头和电感式探头以及分配给每个气动推杆的气缸探测。

图4为第二输送机的操作侧，旁边是用于电容式和电感式探针的支撑件以及为两种不同类型的部件提供两种方式的内置滑槽。分拣程序由第二台传送带上的两个探头建立。该实验使用两种半成品，两种类型的零件都是用强力复合聚乙烯制造的。另外，类型“A”片用铝膜覆盖在一边。

通过了解每个输送机系统的加工过程，可以根据事件必须完成的顺序来追踪和建立最佳加工步骤。

图3.传送带单元2，背面

图4 传送带单元2，正面

3、可编程逻辑控制器

输送单元由SIEMENS Step 7-200可编程逻辑控制器（PLC）驱动，为了便于访问和排除故障，PLC被嵌入到一个培训模块中，以实现快速连接和诊断。

图5显示了配备14个数字标准输入的训练模块，带有3个用于模拟输入的状态开关，18个数字晶体管输出，4个模拟输入，1个模拟输出，2x24VDC / 3A电源。 SIEMENS Step 7-200 PLC有一个附加扩展模块，用于将数字量输出从8个默认值增加到16个数字量输出。还有一个用于模拟量输入（4）和模拟量输出（1）的扩展模块。对于PC编程，PLC配有一个RS-232接口和一个转换器电缆RS-232 / USB。

4、编程操作和序列

在下文中，针对每个设备，描述了PLC的编程步骤。

4.1传送带1加工顺序

1）传送带由单相交流电机启动；

2）声音信号3次（大约3秒）后，加工件被圆柱体弹出到皮带上并传送；

3）电容式传感器将检测在皮带上行进的任何类型的零件，称为“拾放”单元；

4）移动的“拾取和放置”装置将带有吸盘的真空室降低到该片的顶部，从而抓取该片并将其提起；

5）无杆缸将移动的“拾放”单元移动到由REED开关固定的最远位置。 此时，该部件将释放到第二个输送装置的顶部。

4.2传送带2加工顺序

1）启动输送装置，将接收到的物件朝分拣滑槽运送；

2）加工件在2个传感器下运输：

- 感应传感器检测到A型碎片，触发附近的活塞，将碎片推向第一个狭缝；

- 电容式传感器检测到类型“B”的碎片，触发附近的活塞，将碎片推向第二个狭缝；

3）因此加工循环完成，并且来自输送机1的起动活塞在额外的3秒钟之后弹出新的零件。

4.3控制单元功能

控制单元由两个N.O. （常开）按钮配备绿色信号灯，两个配有红色信号灯的N.C.（常闭）按钮和一个紧急N.C.红色锁定按钮。所有这些项目如图6所示。

控制单元的操作如下：

1）按下绿色的S1按钮，传送单元号码1启动，信号灯开始闪烁；

2）按下红色S2按钮，传送带单元停止，信号灯闪烁；

3）按下绿色的S3按钮，传送器单元号码2启动，信号灯开始闪烁；

4）按下红色S4按钮，传送器单元编号2停止，信号灯开始闪烁；

5）如果同时按下了S1和S3按钮，PLC将在声音信号（约三秒）后开始加工过程。按下S2或S4红色按钮中的任何一个，即可停止倒计时；

6）通过按下锁定按钮S0，所有过程停止并且传感器被禁用。任何进一步的处理都要求S0解锁。在解锁之前，紧急声音信号也被激活。

（4）PLC的输入/输出指定

在对装配进行全面分析后，确定了必要的输入，从而设置了PLC所需的受控输出数量。表I描述了PLC的每个输入的指定以及用于在系统运行期间从系统收集数据的物理指示。

在建立了PLC的每个输入之后，控制器内部的程序根据收到的输入顺序改变输出。程序的每一步都是由某个输入或一组连续的输入启动的。例如，传送带的单元编号一个启动活塞只有在两条传送带都没有碎屑时才会弹出一个新的工件，并且之前的一个工件被完全处理和分类。

表II显示了编程到PLC中的完整输出组的名称，这是组装所需的，以实现最佳效率。

A.初始化和开始

当PLC通电时，程序进入“RUN”模式。 两个红色指示灯H2和H4同步闪烁，表示系统处于待机状态。

第一个传送带单元启动，因此“传送带1加工顺序”被激活。

在这种状态下，仅通过按压将接合皮带驱动表I马达的按钮S1和S3（即AC单相马达）来启动系统。 灯H1和H3开始同步闪烁，表示自动加工循环开始。

B.末端件控制

当刀库中的工件完成后，系统停止并触发声音信号。

C.停止状态控制

在加工循环中按下S2或S4（或两者）按钮，系统触发“停止”状态。“Pick and Place”移动单元返回停车位置，由REED S14传感器固定，然后释放该部件。 被按下的按钮内部的红色灯开始闪烁，表示传送装置的“停止”状态。

D.紧急状态控制

按下紧急按钮S0，系统完全冻结。 四只灯H1，H2，H3和H4开始一起闪烁。所有传感器和阀门都被禁用，压缩空气随着组件（输送装置）的电力被切断。此时，系统必须清除任何故障，紧急钥匙（S0）必须断开，系统必须重新启动以启动另一个加工循环。

5、加工周期说明

该程序执行一个自动加工循环，分为以下顺序和阶段：

（1）顺序1：启动自动加工循环，马达（继电器K2和K1）启动并运输输送带单元；

（2）序列2：在电机启动后三秒钟后，声音信号播放期间，第一传送单元的弹出气缸（电磁阀Y4）将传送到感应器的传送带上的第一片S10和电容式S11传感器进行检测；

（3）序列3：电容式传感器S11检测到存在的物体（注意它是B型），并调用移动的“拾放”单元（电磁阀Y6）；

（4）顺序4：移动单元到达零件顶部一秒钟后，提升装置下降（电磁阀Y7）以接触零件；rsquo;

（5）序列5：一秒钟后，真空单元（电磁阀Y8）被激活，以取出并提起它；

（6）序列6：在提起一秒钟之后，由双效圆筒（电磁阀Y5）移动的“拾放”单元将片材运送到输送单元2；

（7）序列7：限位开关REED传感器S14检测到移动单元的存在，因此提升单元降低第二输送单元顶部的工件；

（8）序列8：将真空装置分离，将其落在二号传送装置上进行分类；

（9）序列9：由电容传感器识别的“B”型部件被相关气缸（电磁阀Y3）推到滑槽的相关路线“B”；

（10）顺序10：电感式传感器检测到的“A”型部件被相关气缸（电磁阀Y2）推到滑槽的“A”方向；

（11）顺序11：与单个加工件有关的加工循环停止，循环在序列1的三秒钟后重新开始，并带有一个新的部件。

VI. MACHINING CYCLE DIAGRAM

6、加工周期图

该系统的一个重要缺陷是，当“拾放”单元经历工件交付过程时，它倾向于使S12 REED开关的位置固定得太快，从而将该工件落在两个输送单元之间。

为了解决这个问题，应用了一个简单的修复。当输送单元1的传感器检测到加工件时，移动单元被调用以拾取该件。在停留在S12位置（由REED开关固定）期间，通过持续为电磁阀Y6供电，无杆活塞缸室2处于压力状态。在这一点上，在提起部件之后，由于第二室中的累积空气压力，移动单元使输送过程更慢。

表III列出了加工过程中输入和输出状态的概述。

7、结论

本文介绍了一种使用可编程逻辑控制器控制的输送机单元应用。在操作期间，由于可能出现的各种事件，这样的系统不断地改变其状态。 对于设计工程师来说，识别系统的所有可能状态非常重要，以便正确编程系统的行为，从而最大限度地缩短恢复操作所需的时间。为了实现这个目标，本文提供了一个详细的设计涉及可编程逻辑控制器应用的方法。

参考文献

[1] B.S. Elliott, Compressed air operations. McGraw-Hill Professional,New York, 2006.

[2] SIEMENS, SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual, Siemens AG, Bereich Automation and Drives, Edition 05/2003.

[3] H. Berger, Automating with STEP 7 in LAD and FBD, Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, 2001.

全自动玻璃切割机的设计与制造

T.R.Veena, R.S.Kadadevaramath, P.M.Nagaraj, S V Madhusudhan

摘要：本文介绍了自动玻璃/镜面切割机的设计与制造。为了提高切割精度和生产率，本项目旨在开发利用可编程逻辑控制器(PLC)控制输送机运动及控制气动回路的自动机械装置，减少因手工切割镜面或玻璃而造成的生产时间和事故。在所提及机器中，操作者的工作是加载和卸载镜子。这台机器使用的刀具是硬质合金车轮，其切削刃为v型。PLC控制气动气缸和在玻璃上执行刀具，形成一个裂缝层，在裂缝层下方形成一个标志，并在肋骨下方形成裂纹。采用CATIA V5R20和气动回路设计的机械元件，采用FESTO流体模拟软件设计。

关键词：PLC；气动；伺服电机；输送机

1、简介

镜子是通过将反射涂层涂在合适的衬底上产生的。最广为人知的底物是玻璃，因为它具有透明度、制造方便、硬度、硬度和光洁度等特性。通常在玻璃的后表面涂上反光表面，这样涂层的反射面就不会受到腐蚀和意外损伤。玻璃镜最常用的反光涂层为：氯化锡(II)、银或铝、铜。

1.1自动化

自动化是一种无需人工协助就能完成过程或过程的技术。它是通过使用一组指令和一个执行指令的控制系统相结合来实现的，为了实现过程本身的自动化和运行程序和控制系统，需要自动化一个过程能力。虽然自动化可以应用于广泛的领域，但它通常与制造业相关。1946年，福特汽车公司(Ford Motor Company)的一位工程经理创造了这个术语，用来描述福特生产工厂中安装的各种自动转移装置和饲料机械。具有讽刺意味的是，几乎所有现代自动化应用都是由计算机技术控制的。

自动化制造系统可分为三种基本类型。

(1)固定自动化。(2)可编程自动化(3)柔性自动化。

其中，固定自动化指的是使用定制工程(特殊用途)设备来自动化固定的加工或装配操作序列。这也称为硬自动化。主要的缺点是对设备的初期投入巨大，相对缺乏灵活性。该项目基本上是一种固定类型的自动化，在这个过程中，工序的顺序只用于切割玻璃。

图1 PLC系统框图

1.2可编程逻辑控制器(PLC)

通过控制电路、电气、液压和气动的使用，制造过程一实现自动化。当控制过程发生变化时，整个系统需要重新配置。为了克服这个问题，微型计算机被研制使用。由于这一发展，人们发现，如果这个过程改变了系统，不需要重新接线，只需对计算机进行重新编程就可以做出改变，从而开发出了PLC。

PLC是一种自动化的工具，它是一种数字操作的电子系统，它使用编程存储器来存储指令的内部存储，用于实现特定的功能，如逻辑、顺序、计时、计数和算术，通过数字或模拟模块、各种类型的机器或过程来控制。PLC的主要优点是，基于应用程序，输入和输出可以混合。

PLC的优点：

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