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[摘 要]文章采用PLC技术作为玻璃清洗机的自动化控制系统，进而实现玻璃清洗机的升级。在本次研究设计的玻璃清洗机中，不仅能适应各种玻璃的清洗，还能够完成清洗以后的风干任务。同时使用PC机对整个过程进行控制，实现玻璃清洗机的手动及自动控制，同时设置了多种传感器，检测水温和液位，并按照相应程序进行水温加热和液位调整。本设计项目中介绍的PLC控制系统，具有網络化、通信方便、自动化程度高的良好特征。
[关键词]PLC;玻璃清洗机控制系统;设计方法
[中图分类号]TP273 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）05–00–02
The Design Method of the Control System of Glass Cleaner Based on PLC
Yin Yu-mei
[Abstract]This paper uses PLC technology as the automatic control system of glass cleaner， and then realizes the research and upgrading of glass cleaner. In this research， the glass cleaning machine can not only adapt to the cleaning of various glass， but also complete the air drying task after cleaning. At the same time， PC is used to control the whole process， and the manual and automatic control of glass washer is realized. At the same time， a variety of sensors are set to detect water temperature and liquid level， and the water temperature and level adjustment are carried out according to the corresponding procedures. PLC control system introduced in this design project has good characteristics of network， convenient communication and high automation. It is discussed in detail in the following.
[Keywords]PLC; control system of glass washer; design method
目前，一种新兴技术、可编程控制器（PLC）技术被逐渐开发和完善，这项技术在自动化领域有着不容小觑的作用，其能够用作自动化设备的核心控制器，大幅提高产品设备的自动化程度。 同时，其本身操作简单、稳定可靠，也赋予了这项技术庞大的应用空间。本文便基于PLC技术，进行新型玻璃清洗机控制系统的研究。旨在把这项技术与玻璃清洗机结合起来，研制出自动化程度较高的玻璃清洗机。
1 基于PLC的玻璃清洗机控制系统的硬件设计
1.1 PLC的选型
PLC是玻璃清洗机设备控制系统的核心部件，PLC的准确选型、有效编程和合理设计，关系到整个设备能否正常、安全运转，是设备开发研究的重点。
PLC控制器，即可编程、可存储的控制器。该控制器广泛应用于各种工业环境下所使用的设备、仪器等。这种控制器本质上就是一个电子装置，可以进行数字的快速、准确运算。PLC能够依据使用情况的不同进行编程，因此能够适用于大多数状态下的工业设备的操作。就玻璃清洗机的研究而言，如果使用PLC控制器，也应该进行程序编程，同时要存储一部分水温、水压、风力等数据，在使用时能够对所存储的数据进行顺序运算、逻辑运算，进而控制在玻璃清洗机使用过程中的清洁剂、水量水温等多项指标，使得玻璃产品清洁中各种材料使用量更加精确，更加节约。另一方面，PLC控制系统与继电器控制系统相比较来说，能够灵活编程，就赋予了控制系统更大的灵活性。可以说，PLC系统是专门为现阶段复杂的工业产品需求而制定的。PLC控制器能够通过多点接口与编程器、计算机相连接，具有网络化、正常通信的的独特功能，能够直接进行数据的模拟测试。所以本项目研究，目的就是能够使用PLC控制器具有兼容性和强大灵活编程、网络、通信功能，进行产品的研发。
通过对市场上西门子、松下、三菱等多家知名企的PLC的分析，最终确定在本研究中选择小型PLC。在满足系统可靠性的前提下，通过对性价比的进一步分析，以及易用性、可扩展性、售后服务等比较后，最终选择了西门子公司S7-200系列PLC。S7系列PLC由于其高性能、小型化的特性，成为目前我国使用广泛的一类产品，也是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。其具有以下特点。
（1）CPU芯片己升级到Inte180486，或采用Pentium处理器。
（2）整个PLC系统采取模块化的设计理念，按照不同功能的需求程度进行系统配置，灵活多样。
（3）有极快的处理速度，如S7-200和S7-300的处理速度是0.37 μs/指令。
（4）具有网络化的强大功能，整个控制系统好比是一个缩小的工业网络。同时借助网络化的功能还可以实现点对点的准确通信。
（5）该控制系统能够容纳网络通信的软件，编程时可以使用网络数据，使编程更加灵活、更加开放。 1.2 执行元件的选型
（1）电动机的选型。依据生产用电的技术要求和设备开发的功能指引，需要在三相异步电动机型号中进行选择。由于设备在运行过程中。需要根据生产机械的功率确定电动机的容量。所以本项目初步提出电动机容量应比机械功率大10%的指标要求。
（2）风机的选型。风机主要提供吹干玻璃的风力和风量，是清洗机的关键部件之一。同时为保证玻璃清洗后能快速風干、确保清洗质量，必须采取功率较大的风机。
（3）水泵的选型。水泵设置两台， 第一台设置在清洗剂室， 用于给喷头提供压力，清洗剂喷淋需要的水压不大， 所以选用一台功率为0.75 kW的水泵。第二台设置在清洗室，给高压水枪提供压力，加大高压水枪的扬程，
1.3 变频器的选型
变频器具有高效的驱动性能和良好的控制特性，在工业自动化应用技术领域中发挥的作用是其他控制设备不能替代的。本项目玻璃清洗机的研究主要是以PLC为主控制器进行设计。所以只有安装变频器才能实现各检测器件的协调配合，进而完成任务。而且变频器上的检测信号也能接入PLC系统，共同完成报警和速度控制。
2 玻璃清洗机控制系统的软件设计
2.1 玻璃清洗机的软件设计基础
SIMATIC编程语言是西门子公司为了实现自己产品的最佳命令指示而专门研制。该语言的指令集具体可以通过顺序功能图（SFC-Sequential Function Chart）、梯形图（LAD-Ladder Diagram）、语句表（STL-Statement List）、功能块图（FBD-Function Block Diagram）四方面实现。
（1）顺序功能图（SFC-Sequential Function Chart）。顺序功能图主要通过一定的图示，表示设备运转的流程。该功能图简洁明了、指示明确，是最好理解的一种编程语言。在顺序功能图中，可以把程序运作的每一项动作、每一个条件清晰的表示出来。是在顺序功能图编写时， 可采用顺序信号与软元件地址号。同时系统的运作监视可用电路显示的状态来体现出来。
（2）梯形图（LAD- Ladder Diagram）。这类编程语言简单易懂，适合数字逻辑控制。触点代表逻辑输入条件、线圈代表逻辑输出结果，用方框表示功能块等指令构成。梯形图适用于有电气基础的人员。
（3）语句表（STL-Statement List）。采取语句表的形式理解编程语言的指令集，比较抽象、枯燥难懂。但是语句表也有其特征和优势，能够实现其他方式不能实现的功能。
（4）功能块图（FBD-Function Block Diagram）。功能块图通过一些图形符号、逻辑符号来进行控制。使用这一编程语言需要工作人员具有相应的数字电路基础。在这种编程语言中，方框的左侧、右侧分别代表输入变量和输出变量，可以用“导线”把方框联系在一起，信号自左向右传输。
2.2 玻璃清洗机的程序设计
S7-200系列PLC控制程序主要由三部分组成，分别是主程序、子程序、中断程序。这三大程序各有各的作用、各自发挥各自的功能，互相协调工作，最终实现玻璃清洗机的有效运转。主程序（OB1）是控制程序的核心部分和关键要素，每次进行命令语言的运算、工作，都需要经过主程序的严格控制。而子程序是只有在主程序工作时，才会随之运作、执行命令。所以说子程序是一部分指令的集合。 中断程序与子程序相似，也是一部分指令的集合。中断程序的运作有一定的前提条件，那就是在设备工作时发生中断事件后，中段程序可以在任一命令处选择执行。
另一方面，为了使程序更加方便调试或者设计，就可以将总体的控制内容进行拆分，分解为如手动控制、自动控制、水量水温控制、故障预警等若干个子程序。这样整个程序的设计就会清晰合理，各功能的实现具体明确，无论是对机器设备的操作，还是遇到故障时的修理，或是对某一部分进行特别需求改造，都会带来极大的便利。
2.2.1 主程序
OB1为主程序块：主要通过各子程序的功能调控，实现对各子程序的协调控制。根据在实际中不同玻璃清洗的不同需求，PLC程序控制系统可以灵活调整，可以在手动控制和自动控制中灵活切换。OB1程序共分为三部分：自动模式、手动模式和报警。OB1程序结构如图1所示。
2.2.2 子程序
本项目中，手动模式仅在设备进行修整调试时使用，正常情况下系统以自动模式进行工作，因此需要设置一个自动/手动转换程序，方便电气工作人员进行操作。玻璃清洗机控制系统的自动/手动转换程序的梯形图如图2所示。
3 结语
随着玻璃材料在各项工业活动中的广泛应用，玻璃清洗机已经成为玻璃材料加工的必要设备。但是由于目前玻璃清洗机的设置还不够科学，很容易对玻璃造成污染，所以为确保玻璃成品的质量，玻璃清洗是必不可少的一个环节。但是传统的人工清洗，很难保证清洗的质量。本文便着手于这样的现状，希望通过PLC程序实现性能良好的玻璃清洗机的设计生产。在本次设计中，采取用西门子S7-200系列PLC，结合该系统先进的自动控制技术，进行产品研发。旨在提高玻璃清洗的质量，降低能耗，提高工业生产效率。
参考文献
[1] 高维月，许坤.基于PLC的玻璃清洗机控制系统设计[J].南方农机，2019，50（4）：119.
[2] 徐宏海，董金星.基于S7-300PLC与触摸屏的玻璃清洗机控制系统设计[J].制造业自动化，2012，34（5）：40-42.
[3] 刘丽华，李笑.基于PLC与触摸屏的玻璃清洗机控制系统设计[J].制造业自动化，2008，30（6）：58-61.
[关键词]PLC;玻璃清洗机控制系统;设计方法
[中图分类号]TP273 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）05–00–02
The Design Method of the Control System of Glass Cleaner Based on PLC
Yin Yu-mei
[Abstract]This paper uses PLC technology as the automatic control system of glass cleaner， and then realizes the research and upgrading of glass cleaner. In this research， the glass cleaning machine can not only adapt to the cleaning of various glass， but also complete the air drying task after cleaning. At the same time， PC is used to control the whole process， and the manual and automatic control of glass washer is realized. At the same time， a variety of sensors are set to detect water temperature and liquid level， and the water temperature and level adjustment are carried out according to the corresponding procedures. PLC control system introduced in this design project has good characteristics of network， convenient communication and high automation. It is discussed in detail in the following.
[Keywords]PLC; control system of glass washer; design method
目前，一种新兴技术、可编程控制器（PLC）技术被逐渐开发和完善，这项技术在自动化领域有着不容小觑的作用，其能够用作自动化设备的核心控制器，大幅提高产品设备的自动化程度。 同时，其本身操作简单、稳定可靠，也赋予了这项技术庞大的应用空间。本文便基于PLC技术，进行新型玻璃清洗机控制系统的研究。旨在把这项技术与玻璃清洗机结合起来，研制出自动化程度较高的玻璃清洗机。
1 基于PLC的玻璃清洗机控制系统的硬件设计
1.1 PLC的选型
PLC是玻璃清洗机设备控制系统的核心部件，PLC的准确选型、有效编程和合理设计，关系到整个设备能否正常、安全运转，是设备开发研究的重点。
PLC控制器，即可编程、可存储的控制器。该控制器广泛应用于各种工业环境下所使用的设备、仪器等。这种控制器本质上就是一个电子装置，可以进行数字的快速、准确运算。PLC能够依据使用情况的不同进行编程，因此能够适用于大多数状态下的工业设备的操作。就玻璃清洗机的研究而言，如果使用PLC控制器，也应该进行程序编程，同时要存储一部分水温、水压、风力等数据，在使用时能够对所存储的数据进行顺序运算、逻辑运算，进而控制在玻璃清洗机使用过程中的清洁剂、水量水温等多项指标，使得玻璃产品清洁中各种材料使用量更加精确，更加节约。另一方面，PLC控制系统与继电器控制系统相比较来说，能够灵活编程，就赋予了控制系统更大的灵活性。可以说，PLC系统是专门为现阶段复杂的工业产品需求而制定的。PLC控制器能够通过多点接口与编程器、计算机相连接，具有网络化、正常通信的的独特功能，能够直接进行数据的模拟测试。所以本项目研究，目的就是能够使用PLC控制器具有兼容性和强大灵活编程、网络、通信功能，进行产品的研发。
通过对市场上西门子、松下、三菱等多家知名企的PLC的分析，最终确定在本研究中选择小型PLC。在满足系统可靠性的前提下，通过对性价比的进一步分析，以及易用性、可扩展性、售后服务等比较后，最终选择了西门子公司S7-200系列PLC。S7系列PLC由于其高性能、小型化的特性，成为目前我国使用广泛的一类产品，也是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。其具有以下特点。
（1）CPU芯片己升级到Inte180486，或采用Pentium处理器。
（2）整个PLC系统采取模块化的设计理念，按照不同功能的需求程度进行系统配置，灵活多样。
（3）有极快的处理速度，如S7-200和S7-300的处理速度是0.37 μs/指令。
（4）具有网络化的强大功能，整个控制系统好比是一个缩小的工业网络。同时借助网络化的功能还可以实现点对点的准确通信。
（5）该控制系统能够容纳网络通信的软件，编程时可以使用网络数据，使编程更加灵活、更加开放。 1.2 执行元件的选型
（1）电动机的选型。依据生产用电的技术要求和设备开发的功能指引，需要在三相异步电动机型号中进行选择。由于设备在运行过程中。需要根据生产机械的功率确定电动机的容量。所以本项目初步提出电动机容量应比机械功率大10%的指标要求。
（2）风机的选型。风机主要提供吹干玻璃的风力和风量，是清洗机的关键部件之一。同时为保证玻璃清洗后能快速風干、确保清洗质量，必须采取功率较大的风机。
（3）水泵的选型。水泵设置两台， 第一台设置在清洗剂室， 用于给喷头提供压力，清洗剂喷淋需要的水压不大， 所以选用一台功率为0.75 kW的水泵。第二台设置在清洗室，给高压水枪提供压力，加大高压水枪的扬程，
1.3 变频器的选型
变频器具有高效的驱动性能和良好的控制特性，在工业自动化应用技术领域中发挥的作用是其他控制设备不能替代的。本项目玻璃清洗机的研究主要是以PLC为主控制器进行设计。所以只有安装变频器才能实现各检测器件的协调配合，进而完成任务。而且变频器上的检测信号也能接入PLC系统，共同完成报警和速度控制。
2 玻璃清洗机控制系统的软件设计
2.1 玻璃清洗机的软件设计基础
SIMATIC编程语言是西门子公司为了实现自己产品的最佳命令指示而专门研制。该语言的指令集具体可以通过顺序功能图（SFC-Sequential Function Chart）、梯形图（LAD-Ladder Diagram）、语句表（STL-Statement List）、功能块图（FBD-Function Block Diagram）四方面实现。
（1）顺序功能图（SFC-Sequential Function Chart）。顺序功能图主要通过一定的图示，表示设备运转的流程。该功能图简洁明了、指示明确，是最好理解的一种编程语言。在顺序功能图中，可以把程序运作的每一项动作、每一个条件清晰的表示出来。是在顺序功能图编写时， 可采用顺序信号与软元件地址号。同时系统的运作监视可用电路显示的状态来体现出来。
（2）梯形图（LAD- Ladder Diagram）。这类编程语言简单易懂，适合数字逻辑控制。触点代表逻辑输入条件、线圈代表逻辑输出结果，用方框表示功能块等指令构成。梯形图适用于有电气基础的人员。
（3）语句表（STL-Statement List）。采取语句表的形式理解编程语言的指令集，比较抽象、枯燥难懂。但是语句表也有其特征和优势，能够实现其他方式不能实现的功能。
（4）功能块图（FBD-Function Block Diagram）。功能块图通过一些图形符号、逻辑符号来进行控制。使用这一编程语言需要工作人员具有相应的数字电路基础。在这种编程语言中，方框的左侧、右侧分别代表输入变量和输出变量，可以用“导线”把方框联系在一起，信号自左向右传输。
2.2 玻璃清洗机的程序设计
S7-200系列PLC控制程序主要由三部分组成，分别是主程序、子程序、中断程序。这三大程序各有各的作用、各自发挥各自的功能，互相协调工作，最终实现玻璃清洗机的有效运转。主程序（OB1）是控制程序的核心部分和关键要素，每次进行命令语言的运算、工作，都需要经过主程序的严格控制。而子程序是只有在主程序工作时，才会随之运作、执行命令。所以说子程序是一部分指令的集合。 中断程序与子程序相似，也是一部分指令的集合。中断程序的运作有一定的前提条件，那就是在设备工作时发生中断事件后，中段程序可以在任一命令处选择执行。
另一方面，为了使程序更加方便调试或者设计，就可以将总体的控制内容进行拆分，分解为如手动控制、自动控制、水量水温控制、故障预警等若干个子程序。这样整个程序的设计就会清晰合理，各功能的实现具体明确，无论是对机器设备的操作，还是遇到故障时的修理，或是对某一部分进行特别需求改造，都会带来极大的便利。
2.2.1 主程序
OB1为主程序块：主要通过各子程序的功能调控，实现对各子程序的协调控制。根据在实际中不同玻璃清洗的不同需求，PLC程序控制系统可以灵活调整，可以在手动控制和自动控制中灵活切换。OB1程序共分为三部分：自动模式、手动模式和报警。OB1程序结构如图1所示。
2.2.2 子程序
本项目中，手动模式仅在设备进行修整调试时使用，正常情况下系统以自动模式进行工作，因此需要设置一个自动/手动转换程序，方便电气工作人员进行操作。玻璃清洗机控制系统的自动/手动转换程序的梯形图如图2所示。
3 结语
随着玻璃材料在各项工业活动中的广泛应用，玻璃清洗机已经成为玻璃材料加工的必要设备。但是由于目前玻璃清洗机的设置还不够科学，很容易对玻璃造成污染，所以为确保玻璃成品的质量，玻璃清洗是必不可少的一个环节。但是传统的人工清洗，很难保证清洗的质量。本文便着手于这样的现状，希望通过PLC程序实现性能良好的玻璃清洗机的设计生产。在本次设计中，采取用西门子S7-200系列PLC，结合该系统先进的自动控制技术，进行产品研发。旨在提高玻璃清洗的质量，降低能耗，提高工业生产效率。
参考文献
[1] 高维月，许坤.基于PLC的玻璃清洗机控制系统设计[J].南方农机，2019，50（4）：119.
[2] 徐宏海，董金星.基于S7-300PLC与触摸屏的玻璃清洗机控制系统设计[J].制造业自动化，2012，34（5）：40-42.
[3] 刘丽华，李笑.基于PLC与触摸屏的玻璃清洗机控制系统设计[J].制造业自动化，2008，30（6）：58-61.