摘 要：本文基于PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)陶瓷杯生產(chǎn)機(jī)械化系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)集成控制模塊、執(zhí)行模塊和傳感器模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)陶瓷杯生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制和監(jiān)控。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性及穩(wěn)定性。通過(guò)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，陶瓷杯生產(chǎn)過(guò)程得到了有效的自動(dòng)化控制和監(jiān)控，提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：PLC；電氣控制；程序編寫及調(diào)試

1前言

陶瓷杯作為日常生活中常見(jiàn)的容器，其生產(chǎn)工藝一直以來(lái)都依賴于傳統(tǒng)的手工制作方式。然而，傳統(tǒng)的陶瓷杯生產(chǎn)工藝存在著生產(chǎn)效率低、人工操作多、產(chǎn)品多樣性有限等局限性。為了提高生產(chǎn)效率、降低成本并滿足不斷變化的市場(chǎng)需求，機(jī)械化生產(chǎn)方式逐漸成為陶瓷杯生產(chǎn)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在機(jī)械化生產(chǎn)中，PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)作為一種先進(jìn)的數(shù)字計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，具備靈活性、可編程性和實(shí)時(shí)性等優(yōu)勢(shì)。PLC技術(shù)通過(guò)編寫程序和邏輯運(yùn)算，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種工業(yè)設(shè)備和過(guò)程的自動(dòng)化控制，極大地提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性。

2陶瓷杯生產(chǎn)機(jī)械化的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)陶瓷杯生產(chǎn)工藝存在一些局限性，包括生產(chǎn)效率低、人工操作多、產(chǎn)品多樣性有限、能源消耗高、質(zhì)量控制難度大和環(huán)境污染問(wèn)題。為了克服這些局限性，可以考慮引入現(xiàn)代化的生產(chǎn)技術(shù)和自動(dòng)化設(shè)備，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制水平。機(jī)械化生產(chǎn)具有提高效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)多樣化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，但也面臨技術(shù)投入、適應(yīng)性、運(yùn)維和安全性等方面的挑戰(zhàn)。通過(guò)合理規(guī)劃和管理，可以最大程度地發(fā)揮機(jī)械化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，并應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。PLC技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中具有廣泛的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備和系統(tǒng)的控制和監(jiān)測(cè)，提高生產(chǎn)效率、質(zhì)量和安全性。

3基于PLC的陶瓷杯生產(chǎn)機(jī)械化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件由控制模塊、執(zhí)行模塊和傳感器模塊組成?？刂颇K使用PLC（可編程邏輯控制器）作為控制器。PLC是一個(gè)專門用于工業(yè)自動(dòng)化控制的電子設(shè)備，它能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯條件和輸入信號(hào)來(lái)控制執(zhí)行模塊的操作；執(zhí)行模塊主要由繼電器和接觸器組成。繼電器用于控制電路的開(kāi)關(guān)操作，接觸器用于控制較大電流的開(kāi)關(guān)操作。執(zhí)行模塊根據(jù)PLC的指令來(lái)控制各種設(shè)備和動(dòng)作，如電磁閥、電機(jī)等；傳感器模塊包括溫濕度傳感器、熱點(diǎn)偶傳感器和光照傳感器等。溫濕度傳感器用于檢測(cè)環(huán)境中的溫度和濕度信息，熱點(diǎn)偶傳感器用于測(cè)量溫度變化，光照傳感器用于檢測(cè)環(huán)境中的光照強(qiáng)度?？刂葡到y(tǒng)硬件組成見(jiàn)圖1。

控制模塊的核心采用了CPU224XP CN，該核心部分分別具有14個(gè)和10個(gè)的數(shù)字量輸入及輸出，和2個(gè)及1個(gè)的模擬量輸入及輸出，還擴(kuò)展了4個(gè)EM231模擬量輸入模塊。觸摸屏采用SMART 1000IEV3型號(hào)觸摸屏，該觸摸屏可以與CPU進(jìn)行良好的通信，并提供直觀友好的人機(jī)界面，方便操作人員監(jiān)控和控制系統(tǒng)。傳感器采用RS-WS-120型號(hào)的溫濕度一體變送器。熱電偶測(cè)量范圍為0-180℃，光照變送器為RS-GZ-120-2，測(cè)量范圍為0-20萬(wàn)Lux。系統(tǒng)中傳感器輸出的電流信號(hào)均為4-20mA，滿足模擬量輸入模塊的需求[1]。

控制系統(tǒng)的核心部分為PLC，其具有8個(gè)輸入信號(hào)和10個(gè)輸出信號(hào)。輸入信號(hào)主要由傳感器和限位開(kāi)關(guān)信號(hào)組成，輸出信號(hào)由電路間繼電器組成。在控制相應(yīng)電機(jī)的接觸器和PLC的輸出之間增加了一個(gè)中間繼電器。這樣的設(shè)計(jì)可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)減少對(duì)PLC輸出端的負(fù)載。本文控制系統(tǒng)基于STEP7 Micro-WIN和WinCC flexible進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。STEP7 Micro-WIN是西門子的一款用于編程西門子S7-200系列PLC的軟件。它提供了一個(gè)直觀的編程界面，可以方便地進(jìn)行邏輯控制、數(shù)據(jù)處理和通信配置等操作。WinCC flexible是西門子的一款人機(jī)界面軟件，用于開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)觸摸屏界面。它提供了豐富的圖形化界面元素和功能，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)輸入、報(bào)警處理等操作。

3.2電氣控制線路設(shè)計(jì)

PLC與各種開(kāi)關(guān)量相連，為控制系統(tǒng)的核心。其通過(guò)輸入端接收來(lái)自傳感器和其他輸入設(shè)備的信號(hào)。同時(shí)，PLC的輸出端與控制對(duì)象（如電磁閥、繼電器和指示燈）相連。PLC負(fù)責(zé)控制和實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作[2]。通過(guò)編程，PLC可以根據(jù)輸入信號(hào)和預(yù)設(shè)的邏輯條件來(lái)控制切割機(jī)的運(yùn)行。PLC的使用可以提高控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和靈活性。它能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯條件和輸入信號(hào)來(lái)自動(dòng)執(zhí)行各種控制操作，并實(shí)時(shí)顯示加工過(guò)程的狀態(tài)。這樣的控制系統(tǒng)可以提高生產(chǎn)效率和精度，并減少人工操作的需求。為了方便操作和監(jiān)控，加工過(guò)程可以實(shí)時(shí)在觸摸屏上進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。

4基于PLC的陶瓷杯生產(chǎn)機(jī)械化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在進(jìn)行仿真時(shí)，確保計(jì)算機(jī)上安裝了一塊TCP/IP接口卡，并正確配置網(wǎng)絡(luò)連接，以便與PLC控制器進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。具體步驟如下：

（1）打開(kāi)Concept軟件，創(chuàng)建一個(gè)新的項(xiàng)目。在項(xiàng)目瀏覽器中選擇要仿真的PLC型號(hào)。將所選的I/O模塊與PLC進(jìn)行連接，并在Concept軟件中進(jìn)行相應(yīng)的配置。根據(jù)控制需求和邏輯關(guān)系，使用符合標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言編寫控制程序。根據(jù)需要，可以使用不同的編程語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。

（2）啟動(dòng)Concept軟件，并打開(kāi)需要進(jìn)行仿真的項(xiàng)目。在Concept軟件中，選擇Online菜單，然后選擇Connect命令，以建立與仿真控制器的連接。在彈出的連接PLC對(duì)話框中，選擇Protocol type（協(xié)議類型）為IEC Simulator（32-bit）。輸入仿真控制器的IP地址。如果仿真控制器安裝在本機(jī)上，則輸入本機(jī)的IP地址。如果仿真控制器安裝在網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)上，則輸入該計(jì)算機(jī)的IP地址。點(diǎn)擊OK按鈕，完成連接操作。此時(shí)，Concept軟件與仿真控制器成功建立了連接[3]。

（3）打開(kāi)Concept軟件，選中Online菜單。在Online選項(xiàng)中，單擊Download命令。在加載進(jìn)程中，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)加載進(jìn)程的信息。當(dāng)加載完后，系統(tǒng)就會(huì)顯示程序編譯的錯(cuò)誤信息，和如何開(kāi)始PLC。若出現(xiàn)一般程度的編譯錯(cuò)誤警告，即可進(jìn)行仿真控制器的重啟。在重啟后，可以通過(guò)仿真控制器的控制面板進(jìn)行離散量I/O狀態(tài)的強(qiáng)制和模擬量I/O數(shù)值的調(diào)整。同時(shí)觀察程序運(yùn)行后的輸出結(jié)果。檢查各模塊的運(yùn)行情況和網(wǎng)絡(luò)連接情況，確保系統(tǒng)正常工作[4]。

5系統(tǒng)評(píng)估

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可靠性，以魯棒性為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，魯棒性是指系統(tǒng)在超負(fù)載運(yùn)行的情況下，不出現(xiàn)死機(jī)及崩潰等現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)分為八組，第一組系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)72 h ，其余每組在前一組運(yùn)行的基礎(chǔ)上增加12 h，控制命令增加 5.5%，網(wǎng)絡(luò)過(guò)載增加10%，然后記錄 8h 之內(nèi)系統(tǒng)死機(jī)時(shí)間，如果死機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，說(shuō)明系統(tǒng)魯棒性能較差，反之則說(shuō)明系統(tǒng)魯棒性能較好，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

對(duì)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)能夠看出，設(shè)計(jì)系統(tǒng)死機(jī)時(shí)間最長(zhǎng)為1.42s，時(shí)間較短，而傳統(tǒng)系統(tǒng)的死機(jī)時(shí)間最長(zhǎng)為24.15s，最短也需要15.36s，大大高于設(shè)計(jì)系統(tǒng)的死機(jī)時(shí)間。分析結(jié)果表明，設(shè)計(jì)系統(tǒng)在超負(fù)載運(yùn)行下能夠保持穩(wěn)定，并且具有較低的死機(jī)時(shí)間，表現(xiàn)出良好的魯棒性。這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行和保持穩(wěn)定性的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是非常重要的。

6結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于PLC的陶瓷杯生產(chǎn)機(jī)械化系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)硬件和軟件的詳細(xì)描述和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)陶瓷杯生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制和監(jiān)控。在硬件方面，選擇了適合的控制模塊、執(zhí)行模塊和傳感器模塊，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在軟件方面，基于西門子的STEP7 Micro-WIN和WinCC flexible平臺(tái)進(jìn)行了軟件開(kāi)發(fā)。通過(guò)編程設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)陶瓷杯生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)加熱、除濕、太陽(yáng)能拓展集熱板和防雨布的自動(dòng)展開(kāi)和回收等動(dòng)作。通過(guò)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，陶瓷杯生產(chǎn)過(guò)程得到了有效的自動(dòng)化控制和監(jiān)控，提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性。同時(shí)，減少了人工操作的依賴，降低了人力成本和操作風(fēng)險(xiǎn)。在未來(lái)的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，基于PLC的控制系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1]李慶哲，梁秀滿，唐穎，等.基于PLC的陶瓷坯體干燥房控制系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 2013，（5）：23-24.

[2]翁小祥，劉靜，奚小波，等.基于PLC的食用菌多能互補(bǔ)烘干房控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2021，8：101-108.

[3]張鴻強(qiáng)，吳明亮，吳明永.基于PLC的消失模白區(qū)烘干控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].特種鑄造及有色合金， 2014，（11）：4：1182-1185.

[4]郭峻嘉.基于PLC的空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技， 2016（18）：244-245.