论文部分内容阅读
摘要：本文设计一种基于PLC的管材分类与计数控制系统，通过分析其基本要求，对其进行硬件设计、软件设计及功能实现进行介绍。
关键词：管材分类;管材计数;PLC;控制系统;设计
1.引言
当代我国工业生产取得了突飞猛进的发展，市场需求在向精益化、敏捷化且能够对生产中的每一个细节进行有效的生产管理的方向迅速发展。无论是在钢管生产加工、运输和存储过程中，都需要对钢管进行计数。人工计数法比较繁琐，消耗时间长、劳动强度大、效率低且准确度受到计数人员自身状况影响。因此，一种适用于不同环境高效准确的计数方法成了当前的迫切需要。
2.设计的基本要求
基于PLC的管材分类与计数控制系统是通过西门子PLC控制系统控制直流电动机和异步电动机从而完成钢管的分类与计数。
分类：按照钢管重量、长度、直径分类。钢管称重，采用两点称重法。选择两个合适的布置点，两个称重传感器所测质量之和即为钢管的总质量。钢管支撑v型块与导向杆连成一体，通过压球将钢管质量垂直压在称重传感器上。两个称重传感器通过专用接线盒连接到称重显示仪上。经标定以后称重显示仪所显示值即为钢管的整体质量。钢管长度采用激光测长。前挡板到位，后挡板到位，开始激光测长。钢管的长度=L0-L1-L2±Δx。其中L0为激光測距仪所测得的长度，L1和L2为接近开关的直径，Δx为测量偏差。钢管直径采用激光测直径。左侧挡板到位，右侧挡板到位，开始激光测直径。测量结束，电动机反转，称重气缸下降到极限位置，不合格的钢管会有机械手带走放到指定位置按照重量、长度、直径分开存放。
计数：钢管经过传感器，生成的脉冲信号发给CPU，保存。计数器采用对射式，一个发射头在上，一个接收头在下，当钢管经过时遮挡光线，产生一个脉冲便会触发一次计数电路。
3.硬件设计
（1）PLC的选型：根据输入输出点数，选用选用型号为CPU224S7- 200PLC。
（2）传感器的选型：参考光电开关的性能参数，本设计采用红外光对射型光电开关，型号为RE200B，NPN三线常开，检测距离为30cm。
参考电气设备使用手册确定电感式接近开关，型号为SN04-N，NPN三线常开，检测距离为4mm。
（3）电动机选型：链传动电动机的选型考虑到基于PLC的管材分类与计数控制系统对于电动机的要求，选择型号为CH32-1500-20-S的电动机，起降气缸电动机选择型号为ZYT80-24-120-18/5GN10K的电动机。
4 .软件设计
4.1I/0端口分配
I/O端口分配是编写PLC程序首先要做的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。结合基于PLC的管材分类与计数控制系统的控制要求，完成I/O端口分配。I/O端口分配表如表1所示。
4.2程序设计
防爆程序。启动按钮有两种操作方式：（1）按下启动按钮，设备运行。（2）长按启动按钮，设备停止。接入计时器T43，开始计数5秒。如果长按启动按钮SB1超过5秒，辅助触点M0.3得电，下面网络中M0.3的常闭触电断开，从而整个程序全部失去电压，设备停止运转。如果停止按钮SB2不起作用，可以通过长按启动按钮停止程序。
急停程序。遇到突发状况，可以通过急停按钮SB3来停止程序。
计数辅助程序。电动机1线圈KM1得电，电动机1的常开触点Q0.0闭合，辅助继电器M0.1得电，辅助继电器M0.1常开触点闭合，形成自锁。接入计数器T38的常开触点。
计数程序。电动机1启动，辅助继电器M0.1得电，其辅助常开触点闭合，T38开始计数20秒，20秒后计时器T38的常闭触点断开。
辅助计数程序。网络7中辅助线圈得电，网络8中的辅助常开触点M0.0闭合，计时器T40开始计时5秒。
钢管计数程序。当光电传感器感应到钢管，开始计数器C20计数10000次，此数值可调。因仿真需要，此处设置为计数两次。此处添加一个计数显示屏幕，显示计数值。
5.结束语
本设计研究了基于PLC的管材分类与计数控制系统的设计原理与实现方法，包括硬件设计与软件设计，其在理论上可实施，并拥有一定的实用性，比传统的分类与统计控制系统更智能化、更快速，可以在20秒内完成一根钢管的分类与计数。通过仿真，基于PLC的管材分类与计数控制系统基本达到了理论上的要求，并实现设计的各种功能。
参考文献
[1]蓝若岚，谢清连.基于PLC的工业电子秤设计[J].装备制造技术，2020， 1（04）：15-18.
[2]吴建平，彭颖.传感器原理及应用[M].第三版.北京：机械工业出版社， 2015：56-58.
[3]郑春禄.PLC与单片机技术选用策略[J].湖北农机化，2018，（11）：59-61.
[4]张万全，边振伟.PLC技术在电气自动化控制中的应用[J].集成电路应用，2020，37（12）：144-148.
[5]汤宇.基于单片机的多功能乒乓球颠球计数器的设计[J].数字技术与应用，2017，41（09）：283-288.
关键词：管材分类;管材计数;PLC;控制系统;设计
1.引言
当代我国工业生产取得了突飞猛进的发展，市场需求在向精益化、敏捷化且能够对生产中的每一个细节进行有效的生产管理的方向迅速发展。无论是在钢管生产加工、运输和存储过程中，都需要对钢管进行计数。人工计数法比较繁琐，消耗时间长、劳动强度大、效率低且准确度受到计数人员自身状况影响。因此，一种适用于不同环境高效准确的计数方法成了当前的迫切需要。
2.设计的基本要求
基于PLC的管材分类与计数控制系统是通过西门子PLC控制系统控制直流电动机和异步电动机从而完成钢管的分类与计数。
分类：按照钢管重量、长度、直径分类。钢管称重，采用两点称重法。选择两个合适的布置点，两个称重传感器所测质量之和即为钢管的总质量。钢管支撑v型块与导向杆连成一体，通过压球将钢管质量垂直压在称重传感器上。两个称重传感器通过专用接线盒连接到称重显示仪上。经标定以后称重显示仪所显示值即为钢管的整体质量。钢管长度采用激光测长。前挡板到位，后挡板到位，开始激光测长。钢管的长度=L0-L1-L2±Δx。其中L0为激光測距仪所测得的长度，L1和L2为接近开关的直径，Δx为测量偏差。钢管直径采用激光测直径。左侧挡板到位，右侧挡板到位，开始激光测直径。测量结束，电动机反转，称重气缸下降到极限位置，不合格的钢管会有机械手带走放到指定位置按照重量、长度、直径分开存放。
计数：钢管经过传感器，生成的脉冲信号发给CPU，保存。计数器采用对射式，一个发射头在上，一个接收头在下，当钢管经过时遮挡光线，产生一个脉冲便会触发一次计数电路。
3.硬件设计
（1）PLC的选型：根据输入输出点数，选用选用型号为CPU224S7- 200PLC。
（2）传感器的选型：参考光电开关的性能参数，本设计采用红外光对射型光电开关，型号为RE200B，NPN三线常开，检测距离为30cm。
参考电气设备使用手册确定电感式接近开关，型号为SN04-N，NPN三线常开，检测距离为4mm。
（3）电动机选型：链传动电动机的选型考虑到基于PLC的管材分类与计数控制系统对于电动机的要求，选择型号为CH32-1500-20-S的电动机，起降气缸电动机选择型号为ZYT80-24-120-18/5GN10K的电动机。
4 .软件设计
4.1I/0端口分配
I/O端口分配是编写PLC程序首先要做的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。结合基于PLC的管材分类与计数控制系统的控制要求，完成I/O端口分配。I/O端口分配表如表1所示。
4.2程序设计
防爆程序。启动按钮有两种操作方式：（1）按下启动按钮，设备运行。（2）长按启动按钮，设备停止。接入计时器T43，开始计数5秒。如果长按启动按钮SB1超过5秒，辅助触点M0.3得电，下面网络中M0.3的常闭触电断开，从而整个程序全部失去电压，设备停止运转。如果停止按钮SB2不起作用，可以通过长按启动按钮停止程序。
急停程序。遇到突发状况，可以通过急停按钮SB3来停止程序。
计数辅助程序。电动机1线圈KM1得电，电动机1的常开触点Q0.0闭合，辅助继电器M0.1得电，辅助继电器M0.1常开触点闭合，形成自锁。接入计数器T38的常开触点。
计数程序。电动机1启动，辅助继电器M0.1得电，其辅助常开触点闭合，T38开始计数20秒，20秒后计时器T38的常闭触点断开。
辅助计数程序。网络7中辅助线圈得电，网络8中的辅助常开触点M0.0闭合，计时器T40开始计时5秒。
钢管计数程序。当光电传感器感应到钢管，开始计数器C20计数10000次，此数值可调。因仿真需要，此处设置为计数两次。此处添加一个计数显示屏幕，显示计数值。
5.结束语
本设计研究了基于PLC的管材分类与计数控制系统的设计原理与实现方法，包括硬件设计与软件设计，其在理论上可实施，并拥有一定的实用性，比传统的分类与统计控制系统更智能化、更快速，可以在20秒内完成一根钢管的分类与计数。通过仿真，基于PLC的管材分类与计数控制系统基本达到了理论上的要求，并实现设计的各种功能。
参考文献
[1]蓝若岚，谢清连.基于PLC的工业电子秤设计[J].装备制造技术，2020， 1（04）：15-18.
[2]吴建平，彭颖.传感器原理及应用[M].第三版.北京：机械工业出版社， 2015：56-58.
[3]郑春禄.PLC与单片机技术选用策略[J].湖北农机化，2018，（11）：59-61.
[4]张万全，边振伟.PLC技术在电气自动化控制中的应用[J].集成电路应用，2020，37（12）：144-148.
[5]汤宇.基于单片机的多功能乒乓球颠球计数器的设计[J].数字技术与应用，2017，41（09）：283-288.