S7-200 SMART 在混凝土輸送泵車上的應(yīng)用
發(fā)布日期：2022-04-27 點(diǎn)擊率：113
摘要：
根據(jù)混凝土輸送泵車的工藝流程及控制要求，設(shè)計(jì)了一套基于S7-200 SMART 的控制系統(tǒng)；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)控制工藝需求，分析了硬件配置以及軟件控制流程；經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，該控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，高效，滿足工藝需求。
1、項(xiàng)目簡(jiǎn)介
隨著建筑行業(yè)的智能化程度越來越高，很多建筑機(jī)械已經(jīng)代替了人工作業(yè)，大大的提高了工作效率，降低了人力成本的支出。混凝土輸送泵，又稱混凝土泵，由泵體和輸送管組成。它是一種利用壓力，將混凝土沿管道連續(xù)輸送的機(jī)械，主要應(yīng)用于房建、橋梁及隧道施工。目前主要分為閘板閥混凝土輸送泵和S閥混凝土輸送泵。為了提高輸送泵的移動(dòng)性，一般將泵體裝在汽車底盤上，再裝備可伸縮或屈折的布料桿，構(gòu)成輸送泵車。
●主要結(jié)構(gòu)及泵送原理
以下以中谷電氣通常配套的混凝土輸送泵為例，介紹其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與泵送原理：
結(jié)構(gòu)： WF型混凝土輸送泵由料斗、泵送系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、電機(jī)、行走底盤等組成。
泵送機(jī)構(gòu)由兩只主缸水箱、換向裝置、兩只混凝土缸、兩只混凝土活料斗、分配閥(S形閥)、擺臂、兩只擺動(dòng)油缸和出料口組成。
原理： 混凝土活塞分別與主油缸活塞桿連接，在主油缸液壓油作用下，作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一缸前進(jìn)，則另一缸后退；混凝土缸出口與料斗連通，分配閥一端接出料口，另一端能過花鍵軸與擺臂連接，在擺動(dòng)油缸作用下，可以左右擺動(dòng)。
泵送混凝土料時(shí)，在主油缸作用下，混凝土活塞前進(jìn)，混凝土活塞后退，同時(shí)在擺動(dòng)油缸作用下，分配閥與混凝土缸連通，混凝土缸與料斗連通。這樣混凝土活塞后退，便將料斗內(nèi)的混凝土吸入混凝土缸，混凝土活塞前進(jìn)，將混凝土缸內(nèi)混凝土料送入分配閥泵出。
當(dāng)混凝土活塞后退至行程終端時(shí)，觸發(fā)水箱中的換向裝置，主油缸1換向，同時(shí)擺動(dòng)油缸換向，使分配閥與混凝土缸連通，混凝土缸與料斗連通，這時(shí)活塞后退前進(jìn)依次循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)泵送。
反泵時(shí)，通過反泵操作，使處在吸入行程的混凝土缸與分配閥連通，處在推送行程的混凝土缸與料斗連通，從而將管路中的混凝土抽回料斗。
泵送系統(tǒng)通過分配閥的轉(zhuǎn)換完成混凝土的吸入與排出動(dòng)作，因此分配閥是混凝土泵中的關(guān)鍵部件，其型式會(huì)直接影響到混凝土泵的性能。
●技術(shù)參數(shù)
整機(jī)性能：
分配閥形式：S管閥
最大理論輸送量（常規(guī)/高壓）：65/105M3/h
出口壓力（常規(guī)/高壓）：13/21Mpa
水平泵送（常規(guī)/高壓）：1000/1800m
垂直泵送（常規(guī)/高壓）：180/320m
混凝土管徑：?125/?150mm
塔羅度允許范圍外：8-23cm
料斗容積：0.7 M3
上料高度：<1460mm
拖行速度：≤8 km/h
總質(zhì)量：8000kg
外形尺寸：長(zhǎng)6750*寬2200*高2300（mm）
液壓系統(tǒng)：
形式：開式油路
泵送油壓：32 Mpa
攪拌油壓：14 Mpa
攪拌轉(zhuǎn)速：20-30 r/min
液壓油箱容積：680L
動(dòng)力系統(tǒng)：
電機(jī)額定功率：110+110=220Kw
工作電壓：AC380V
電機(jī)轉(zhuǎn)速：1480 r/min
啟動(dòng)方式：Y-△/軟啟動(dòng)（選用）
2、方案確定
隨著公司發(fā)展壯大，許多產(chǎn)品開始銷往海外，為了進(jìn)一步的開拓市場(chǎng)，占有市場(chǎng)份額，要求設(shè)備本身具有較高的穩(wěn)定性，可靠性，電氣元件也需選擇知名度較高，穩(wěn)定性可靠的品牌，而西門子是全球最大的電子和電氣公司之一，在工業(yè)，能源，醫(yī)療和城市基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域世界領(lǐng)先。同時(shí)混凝土輸送泵車要求設(shè)備CPU要有較高的運(yùn)算速度，S7-200 SMART 的布爾指令運(yùn)算速度僅為0.15us，與S7-200 相比提高了近1/3；同時(shí)S7-200 SMART 以太網(wǎng)口及MicroSD卡的使用也解決了賣出設(shè)備的升級(jí)時(shí)程序更新的不便。綜合各方面的考慮將原先使用的OMRON CP1E系列 PLC的控制系統(tǒng)替換為西門子S7-200 SMART PLC SR20的控制系統(tǒng)。
方案1、控制器選用西門子S7-200 SMART CPU SR20，屬于 S7-200 SMART標(biāo)準(zhǔn)型CPU，繼電器輸出，220V供電，12輸入/8輸出，恰巧滿足現(xiàn)有需求。
方案2、控制器選用西門子S7-200CN 6ES7214-1BD23-0XB8 ，屬于 S7-200 CN標(biāo)準(zhǔn)型CPU，繼電器輸出，220V供電，14輸入/10輸出，輸入點(diǎn)超出2點(diǎn)，輸出點(diǎn)也超出兩點(diǎn)，完全滿足現(xiàn)有需求。
綜合考慮一下，無論是產(chǎn)品性能，價(jià)格，還是軟件易用性等其它方面，S7-200 SMART PLC都具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，最終決定選擇方案一
3、產(chǎn)品硬件配置
電氣控制產(chǎn)品硬件配置
原設(shè)備所需的控制點(diǎn)數(shù)為數(shù)字量輸入12點(diǎn)，數(shù)字量輸出8點(diǎn)，恰巧貼合西門子SMART PLC SR20的12DI/8DO點(diǎn)數(shù)，輸入輸出的主要點(diǎn)為正泵、反泵、遠(yuǎn)控/近控、主缸進(jìn)/退、擺缸進(jìn)/退、高壓/低壓、電機(jī)啟動(dòng)/停止、接近開關(guān)*2、電磁閥*4、指示燈運(yùn)行指示。
PLC選型配置表：
序號(hào) 型號(hào) 描述 訂貨號(hào) 數(shù)量
1 CPU SR20 S7-200 SMART標(biāo)準(zhǔn)型CPU，繼電器輸出，220V供電，12輸入/8輸出 6ES7 288-1SR20-0AA0 1
設(shè)備的I/O點(diǎn)表:
輸入地址 符號(hào)定義 輸出地址 符號(hào)定義
I0.0 電機(jī)啟動(dòng)按鈕 Q0.0 電機(jī)啟動(dòng)
I0.1 高低壓轉(zhuǎn)換 Q0.1 電機(jī)運(yùn)行
I0.2 正泵（近控/遠(yuǎn)控） Q0.2 正泵（泵送指示）
I0.3 反泵（近控/遠(yuǎn)控） Q0.3 反泵（泵送指示）
I0.4 左缸（擺缸） Q0.4 DT1(泵送電磁閥）
I0.5 右缸（擺缸） Q0.5 DT2(泵送電磁閥）
I0.6 前進(jìn)（主油缸） Q0.6 DT3(泵送電磁閥）
I0.7 后退（主油缸） Q0.7 DT4(泵送電磁閥）
I1.0 接近開關(guān)SQ1
I1.1 接近開關(guān)SQ2
I1.2 遠(yuǎn)/近控轉(zhuǎn)換
I1.3 緊急停車
S7-200 SMART CPU 模塊本體標(biāo)配以太網(wǎng)接口，集成了強(qiáng)大的以太網(wǎng)通信功能。一根普通的網(wǎng)線即可將程序下載到PLC 中，方便快捷，省去了專用編程電纜。通過以太網(wǎng)接口還可與其它CPU 模塊、觸摸屏、計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，輕松組網(wǎng)。
S7-200 SMART具備SD卡讀寫功能，集成Micro SD 卡插槽，使用市面上通用的Micro SD 卡即可實(shí)現(xiàn)程序的更新和PLC 固件升級(jí)。只需將程序?qū)懭?/font>SD卡，插入PLC后上電，即可完成程序的寫入，無需電腦及編程線的使用。客戶的程序很多臺(tái)機(jī)器都相同，使用此功能有兩方面優(yōu)勢(shì)，一是不用帶PC機(jī)即可下載PLC程序，二是大大節(jié)省了工程師下載程序所用時(shí)間。
4、軟件設(shè)計(jì)
4.1 PLC 程序設(shè)計(jì)
1、S7-200 SMART PLC的程序開發(fā)主要包括電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)程序、運(yùn)行指示，接近開關(guān)功能等。
1） 電機(jī)啟動(dòng)：
這是電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)停止的程序，I0.0為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，通過檢測(cè)脈沖信號(hào)即讓M0.0置位，然后進(jìn)行星型啟動(dòng)，同時(shí)定時(shí)器T37運(yùn)行，8S后由星型啟動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿切螁?dòng)，至此電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成。
2） 運(yùn)行指示：
這是正泵，反泵的運(yùn)行指示，M3.0是遠(yuǎn)近空正泵觸發(fā)中間標(biāo)志位，驅(qū)動(dòng)Q0.2正泵指示；M3.1是遠(yuǎn)近空反泵觸發(fā)中間標(biāo)志位，驅(qū)動(dòng)Q0.3正泵指示
3）接近開關(guān)實(shí)現(xiàn)正反泵：
該部分是通過兩個(gè)傳感器（接近開關(guān)）I1.0，I1.1檢測(cè)主油缸開到位，關(guān)到位，并實(shí)現(xiàn)正反泵的交替運(yùn)行（主油缸由兩套液壓缸及兩套物料缸組成，主要工作原理為：1號(hào)液壓缸帶動(dòng)1號(hào)物料缸正泵運(yùn)行時(shí)從料斗中吸料，當(dāng)傳感器檢測(cè)到主油缸開到位后，通過程序控制擺缸擺到1號(hào)物料缸，然后1號(hào)液壓缸帶動(dòng)1號(hào)物料缸反泵運(yùn)行，將1號(hào)物料缸中的料進(jìn)行物料泵送）
5、應(yīng)用體會(huì)
S7-200 SMART的運(yùn)算速度較三菱或歐姆龍同檔次產(chǎn)品速度更快，對(duì)設(shè)備運(yùn)行效率有一定程度的提升，本機(jī)集成以太網(wǎng)口，節(jié)省編程電纜費(fèi)用，以太網(wǎng)通訊速率快，易于上位機(jī)與PLC或PLC與觸摸屏的通訊。S7-200 SMART在小型自動(dòng)化應(yīng)用中已是非常多的數(shù)量，極大地降低了設(shè)備成本。
此設(shè)備是西門子小型自動(dòng)化產(chǎn)品整體解決方案的典型應(yīng)用。相比于之前多品牌電氣元件并存，統(tǒng)一的西門子解決方案在有效控制成本的前提下，提升了設(shè)備的性能和品牌，操作也更加簡(jiǎn)便，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中更具優(yōu)勢(shì)，客戶非常滿意。
6、參考文獻(xiàn)
[1] S7-200 SMART 選型手冊(cè)，系統(tǒng)手冊(cè)
[2]混凝土輸送泵車設(shè)備使用說明書
[3] 深入淺出S7-200PLC（北京航空航天大學(xué)出版社）
