全自动钢管表面除锈机仿真系统设计

全自动钢管表面除锈机仿真系统设计

【摘要】本文介绍了全自动钢管表面除锈机的仿真。下位机采用PLC对整个系统的上料、除锈、下料、吸尘的过程进行控制，上位机采用WinCC组态软件对整个系统进行实时监控。通过下位机与上位机之间的通讯可以实现对整个全自动钢管表面除锈机的自动控制。

【关键词】WinCC;PLC;表面除锈机

引言

传统的手工除锈发现不仅工作效率低，而且对环境和工作人员的身体都有很大的危害。全自动钢管表面除锈机的问世，解决了工作效率、对环境和工作人员的身体危害的弊端。本系统中下位机采用西门子S7-300可编程控制器（PLC）对除锈机上料、接料、除锈、下料、除尘等过程进行控制，上位机采用WinCC 组态软件对上述过程实施监控，对整个过程的数据进行采集、分析、整理、保存以及处理。上位机与下位机的通讯连接，就能够实现对系统的实时控制。

1.总体设计

全自动钢管表面除锈机的程序流程如图1所示。钢管送到工作位后，通过主轴电动机带动其转动。工作台上的钢刷通过电机前后运动摩擦掉钢管表面的锈迹，通过纵向电机使钢刷的工作台纵向从右向左移动将整个钢管表面的锈迹去除干净。当工作台移动至最左边时，纵向电机停止，工作台的钢刷电机也停止，钢管由工作位被送走。纵向电机转动将工作台移动至最右端的工作准备位置。

图1 程序流程图

2.下位机设计

PLC实质是一种专用于工业控制的控制器，其硬件结构基本上与微型计算机相同。中

央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

2.1 PLC选型

根据全自动钢管表面除锈机的系统控制的要求，以及实际情况和性价比方面考虑。由于全自动钢管表面除锈机的控制系统涉及比较多的输入、输出口，控制过程比较复杂，控制和操作以及保护信号太多，选择S7-300系列的标准型PLC-CPU315-2DP。该PLC能够满足34个近控高灵敏度的接近开关作为行程监控、保护位置、工序转步的检测元件，配以各种输入主令开关及输出控制上。

2.2 I/O模块及电源模块选型

数字I/O模块包括用于S7-300的数字输入和输出，通过这些模块，可将数字传感器和执行单元与S7-300相连，它具有优化配合和连接过程灵活的优势。模块安装在DIN标准导轨上，通过总线连接器与相邻的模块相连，没有插槽规则，其地址由插槽决定。根据实际情况确定控制输入变量的个数为16个，输出的变量个数为18个。所以这里选择两片16点DI输入模块就完全可以满足系统要求。输出选用一片16 点就满足系统要求。

外部低压器件选择外接24直流电源供电，电源模块只需负责CPU模块和DI模块的供电，所以PS 307 10A电源模块满足系统要求，确定订货号为6ES7 307-1KA01-0AA0。

2.3 硬件配置

首先，按要求在中创建一个新的项目，在SIMATIC Manager 界面中选择新建向导，逐步建立任务所要求的项目。创建项目完成后，根据系统要求配置硬件。选择生成的站，双击硬件图标，在硬件组态工具HW Config中插入一条导轨。在导轨上插入电源模块，CPU模块和输入输出模块，其中电源模块置于第一个插槽，CPU置于第二个插槽，因为没有通信模块所以第三个插槽为空。硬件配置完毕后，在S7程序中选择符号图标，创建符号表，分配系统资源。根据STEP7向导一步步进行项目的建立，最后得到的除锈机资源分配如图2所示。

图2 除锈机的控制资源分配

3.上位机设计

如果想要使设备和机器最优化运行，如果想要最大程度地提高工厂的可用性和生产效率，WinCC便当是上乘之选。它的多功能，通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案;多语言支持，全球通用;可以集成到所有自动化解决方案内;内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态;可基于Web持续延展，采用开放性标准，集成简便;集成的Historian 系统作为IT 和商务集成的平台;可用选件和附加件进行扩展;“全集成自动化” 的组成部分，适用于所有工业和技术领域的解决方案。WinCC集生产自动化和过程自动化于一体，实现了相互之间的整合，这在大量应用和各种工业领域的应用实例中业已证明。

4.结论

本文主要阐述了基于WinCC的全自动钢管表面除锈机的设计，实现了利用PLC对系统的上料、除锈、下料、吸尘的控制，利用WinCC组态软件对系统进行实时监控。本系统实现了除锈机的自动化管理，可根据现场的异常情况进行相应的报警，从而全面实现了所需的各项指标和技术要求。本系统能显示系统工作状态和参数，能对系统运行进行实时操作，具有实时报警、报警记录和历史报警查询等功能。

参考文献

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