西门子模块6ES212-1AB23-0XB8原装代理

六面**压机的对控制装置的要求 

六面**压机为人造金刚石合成的关键性设备，它具有多规范、自动化程度较高的特点，过去采用继电器-接触器方式进行控制，其逻辑关系繁琐，所用继电器数量较多（四十多个），因而鼓胀率较高，常由于继电器动作失灵导致压块撞碎，甚至损坏**锤，增加了原辅材料消耗，影响到设备正常运行。另外，六面**压机对六只压缸的定位精度及同步性能也有一定的要求，过去的继电器-接触器控制方式存在着响应速度慢、动作迟缓、衔铁粘滞、接触不良等现象、使得六缸定位及同步性能变差，增加了硬质和金**锤损坏的机会。所以，六面**压机对控制装置提出了这样的要求：

1、可靠性要高

2、六缸定位及同步控制性要好

针对以上二个基本要求，结合六面**压机的工艺特点，我们利用PLC控制压机使之按以下的程序工作（如右图所示）：

PLC机型选择 

PLC机型选择的着眼点不外乎有这样几个方面：1、确定控制规模，即I/O点数；2、价格；3、售后服务是否有**，我们经过充分调研，以及考虑日后维修上的便利后，较终确定选用中外合资无锡华光电子有限公司生产的SR-21PLC,这是一种性能价格比较高的小型PLC，较大I/O点数达168点，较大容量达1.7K~3.7K指令字，模块化结构，配置灵活，有多种I/O模块和特殊功能模块。该PLC指令丰富，有数据处理功能，能和上位机连接，组成工业局部网。与之相配套的外围设备也基本上能满足用户要求，有打印机接口、EPROM写入器，可接磁带录音机。

控制装置的配置

根据压机工艺特点和对控制装置的基本要求以及整个装置的成本所确立的配置原则，我们决定采用I/O点数80点这一规模的PLC,为了便于今后操作使用，还配置了编程器及打印机接口单元。

电路设计

我们将122~127六个定义号接上接近开关输入信号，分别作为右、前、上三缸活塞空程前进时是否越位以及充液时六缸（此时包括左、右、下三缸活塞）是否同时运行（即同步动作）的监测，其余的I/O接按钮，行程开关，外设时间继电器、接触器、220V交流电磁阀、指示灯等电气元件。在实际安装过程中，为了防止电磁干扰，所有输入线与强电导线严格分开；接近开关输入信号线用双绞线；PLC电源侧加装隔离变压器；所有电磁阀及接触器线圈两端并接R-C吸收器。由于考虑到成本及PLC对来自电源干扰抑制器。

软件设计及数据处理功能的应用

1、 软件设计：

为了叙述方便和节省篇幅起见，我们这里仅列出自动工程流程图。

分段工作程序与自动工作程序基本相同，只是在保压结束后不会立即自动卸压，需操作者掀压增压器卸压（即分段卸压）按钮后才卸压，然后直至程序结束。调整程序主要用于手动调整六缸活塞的位置。

2、 数据处理功能的应用

由于篇幅，我们这里仅举例说明SR-21数据处理指令在六缸同步监测及调整时防止多个按钮同时操作的用法，下面逐一说明。

（1） 监测程序模块

左图为监测程序模块的框图，框图中的延时是根据具体设备中六缸活塞运动响应快慢来设定的，时间短要求六缸活塞在充液时基本上要求同时开始运动，时间长则允许六缸活塞在充液瞬间是不会同时开始运动的，由于液压系统的调整、高压油路的长短，活塞的摩擦阻力，流量的大小等因素均可能影响到每只缸活塞响应速度的快慢，总会有少数缸的活塞运动出现滞缓运动的现象，当这种现象比较严重时，就可能会产生六缸**压时六只**锤不在中心线上的现象，从而导致故障发生。同步监测的目的就在于：当滞缓现象较严重时，能发出不同步报警信号，同时停止六缸活塞运动，让操作者及时做出相应的处理。

（2） 同步监测梯形图

梯形图如图所示，它是上面程序框图的具体应用。值得提出的事，梯形图中用772、773、774标志继电器作为compare（比较）的结果，当六缸活塞同步时，与常数63（BCD数）比较结果相等，标志继电器773建立，否则772获774间里，不同步报警。

（3） 调整防误操程序框图

这部分框图见下图。需要说明的事，这仅为上、前、右、下四缸活塞手动调整时的程序，其它一些调整动作属不同组，原理相似。这种防误操程序能有效的防止操作者在按某个按钮，也有防止其它组的按钮误按而造成设备故障。

    （4）防误操作梯形图

结束语   

实践证明，PLC在六面**压机改造中的应用是卓有成效的，所采用的数据处理功能使设计的监测及防误操作程序达到了预期的要求，PLC能在工况较恶劣的环境中使用，而不多考虑电压波动、电磁干扰，环境温度和湿度对它的影响，整个控制装置能稳定可靠的运行。

在新开发的产品中有一个型号为Q7的长条铝基台，要在上面加工两个φ3.7×1.65的平底盲孔，由于要求精度高，批量大，故无法用传统的钻模在钻床上加工，也很难在传统铣床上面加工，即使能加工效率也很低，并且设备损耗和电力损耗也很大。此工件的加工有着非常广泛的代表性，生产的很多产品有着类似的要求，为此，我们设计制做了一台用于此类产品加工的设备——通用型数控钻铣床。

一、系统概述

控制部分采用PLC，并配以人机界面进行程序参数修改、设定，以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。三轴均为全数字交流伺服系统，各轴伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠，以移动配有直线导轨的工作台和主轴铣头，其定位准确，速度快。主轴铣头由变频器控制，根据及工件和进给量，来设置主轴合理的转速，并在程序中设定它的启动停止。各轴均设二端极限传感器和原点传感器，冷却和润滑也都有异常检测，在报和人机界面处显示报警信息。为便于调试和检修，各项操作均设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及润滑开关等。此机床整体虽为半闭环控制，只要选件、装配、程序编制及操作合理，精度和稳定性还是能满足使用要求的。

二、硬件配置

PLC选用永宏的FBS-40MCT，该型机具有较高的性价比，体积小，功能强，24点输入，其中有16点高速计数器，频率可达120K，16点输出，其中有4轴步进或伺服输出整合在里面，输出频率可达120K，使应用起来非常方便，接线简捷。编程软件WinProladder有梯形图之称，易学易用且功能强大，编辑、监视、除错等操作非常顺手，按键、鼠标并用及在线即时指令功能查询与操作指引，使编辑、输入效率倍增。

接点分配：取各轴伺服电机的Z相信号作原点开关，要分接在几个高速输入点上，用中断进行机床原点复归，其余限位开关、操作开关、液位检知等常规接点可按顺序依次接入。X、Y、Z三轴伺服电机连在前3轴伺服输出点，主轴高低速、冷却、报警等接在其余输出点上。

X、Y、Z3轴伺服系统均选用相同的，和利时的ES系列全数字交流伺服驱动器0040E-CBCEE-02，和60系列小惯量的伺服电机60CB040C-2DE6E。该伺服系统功能比较完善，如能耗制动、电子齿轮、自动加减速等，具备多种脉冲串输入，保护功能也比较完备，有欠压、过压、过流、过载、堵转、失速、位置**差、编码器异常等。在此设备中按集电极开路驱动方式连接至PLC，较高脉冲输入频率为200K,伺服ON、Z相信号等也做相应连接。

变频器选用富凌的DZB70B0015L2A，规格为单相1500W，400Hz，有多步速供编辑使用。由于正常使用时不频繁变速，故速度调节设定不引出，只在变频器操作面板上调节，设定两个速度，高速用于加工，低速用于对。调节相关参数与主轴匹配，如基频、基压、运行频率上限、载频等，并改动相应跳线。

主轴没有采用传统方式，而是根据加工需要，采用了雕刻机用的电主轴，安阳莱必泰的ADX80-24Z/1型，其体积小、噪音低，直径只有80mm,这样使整个主轴箱便于整体密封，可有效地防止加工中的碎屑飞溅到Z轴的丝杠和导轨上造成损害，也使主轴箱外表显得美观。它的较高转速为24000转/分，使正常工作转速6000-14000转有一个合适的余量范围。　　人机界面选用人机电子的通用可编程文本显示器MD204L，它可以以文字或指示灯等形式监视、修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态。

三、软件设计

开机后先检测手动开关是否有效，若手动开关有效即利用各手动控制开关执行手动操作的项目。若手动开关无效，则启动原点复归程序，各轴进行机床原点复归，先回Z轴再回其它两轴，当所有轴都原点复归成功后才能进行到下一步。若和工装夹具、工件程序均没有变动，可复位到加工预备状态而不进行对，若需对，则打开对开关启动对程序，3轴分别对，即找工件原点，利用手动各轴移动开关快慢移动各轴，使工件的三个面分别碰触低速旋转的，刚好碰上为止。对好后，按对OK确认，再输入补，经过程序处理，即形成工件原点也就是编程0点，编程时根据此0点按照图纸计算路径，可使操作者思路清晰，编辑运算简单。操作者编辑的是用户程序，可以编辑轨迹，就是各轴移动坐标，还有移动速度、循环加工时的循环次数等。编好程序后或使用当前程序时，即复位到预备状态：各轴移动到初始位—一个合适的位置，装卸工件方便、不易碰触时，装上工件，按启动即可开始加工，主轴运转，冷却液开，各轴按程序设定坐标移动。当加工结束时，机床复位，即各轴又移动到初始位，主轴停，冷却关，这时可卸下工件，完成加工过程。

以Q7产品为例，胎具上一次装夹15只工件，那么就有30个φ3.7的平底盲孔需要加工，选用φ3.7的2刃钨钢立铣，钻削加工，钻削深度1.65mm。在预备状态时紧靠工作台上的定位固定好胎具，按启动后，主轴旋转，待主轴即将达到额定转速时，X、Y轴同时运转到**加工工位，也就是**个孔的X、Y工件坐标值，此时冷却液打开、Z轴快速下降到加工区，即铣端面即将触及工件加工面，迅速变用缓慢的工进速度开始钻削加工。当加工深度到达设定深度（1.65mm）时，Z轴带动铣迅速抬起，抬起的高度为铣端面水平方向上碰触不到工件及胎具为准。计数器加1后程序进行比较运算，判断加工是否完了，如否，则X、Y轴继续运转到下一加工工位，再重复Z轴下降加工动作。如加工完了，产量计数器加数、主轴停转、冷却液关闭，同时发出5s声光报讯，用以提醒操作者，各轴移动到初始位：Z轴到上端；X轴到左端；Y轴到外端。卸下胎具后，一个加工周期完成，装上胎具再按启动即开始进行下一轮加工。

四、一些着重的电气措施

1.主回路加装漏电断路器，相应回路都安装合适的断路器。

2.PLC和伺服系统的电源处都分别加有电源滤波器。

3.各直流继电器线圈都并接反峰二极管，交流接触器线圈并接阻容吸收回路。

4.润滑、主轴冷却都设液位低报警器。

5.伺服控制线、人机界面通讯线等使用屏蔽线，并远离电源线。

6.在拖链内走线，使用耐折的柔性电缆，并尽量增大拖链的弯曲半径。　 

7.变频器与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。

移动机器人由于具有优越的机动性和灵活性而备受青睐,在许多场合投入实际应用,如核工业检测,消防、火场检测,有毒、易燃、易爆气体场所探测,采矿、星球探测及无人战场等。为了适应不同环境下的应用,移动机器人控制系统的硬件和软件结构也不相同。本文涉及到的移动机器人是应用在防爆系统中,控制系统要求高稳定性、可靠性和实时性,采用西门子的S7-200系列的PLC作为控制器对其进行控制是一种既经济又能充分满足设计要求的有效方法。 

1 移动机器人控制系统的硬件设计 

1.1 控制系统组成及PLC控制原理 

    一般的控制系统采用工控机控制整个系统的工作,工控机工作可靠、控制准确、使用方便。防爆机器人一般工作在室外环境和野外环境,工作环境恶劣。作为移动机器人,整个控制系统要求尽量轻便,这时若采用工控机则整个系统不够方便、灵活。PLC具有良好的稳定性、结构轻巧,采用两个PLC作为上、下位机,则系统轻巧灵活。根据操作和控制要求,控制系统选用西门子公司的S7-200系列的PLC,该PLC可以满足多种多样的自动化控制需要。由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大功能的指令,使得整个控制系统的性价比大大提高,操作也简单易行;同时,系统的可靠性、稳定性和控制的准确性也得到了保证。

 此防爆机器人的控制系统主要由上、下位机两部分组成。上位机PLC(CPU224)用于整个系统的启停控制,控制台上为一系列控制按钮,控制台将希望的机器人的动作传到上位机的PLC和上位I扩展模块(EM221)里,操纵杆将电位器的位置通过PLC的扩展A/D模块(EM231)将模拟量转化为数字量,通过上位PLC和下位PLC(CPU224)的通讯,将这些到下位PLC。同时,上位机接收来自下位机的温度、位置、角度等状态信息。为了将这些数据显示,选用性价比较高的数码管与上位PLC进行相应的连接,然后将这些数据准确地显示出来。防爆机器人机体上的摄像头将机器人工作现场的画面传送到控制台的显示器上,在显示器上实时反映机器人的工作状态,便于操作者根据实际情况控制排爆机器人的动作。 

    下位机的PLC一方面接收上位机传过来的指令,并和O扩展模块(EM222)一起通过继电器组对直流电机驱动器进行控制而对相应的直流电机动作进行控制,完成操作者希望的机器人的动作;另一方面,从工作现场采集到温度、位置、角度等模拟信号,通过模拟量扩展模块(EM231)将其模拟量转换为数字量。通过与上位机PLC的通讯,将这些数据传送到上位PLC上。 

1.2 数据信号传输媒介 

    数据信号传输媒介多用光缆和电缆,光缆传输容量大,传输距离长,抗电磁干扰能力强,但是对安装技术要求高,并且价格相对昂贵。电缆作为信号传输媒介,价格便宜,安装方便,准确、快速,但是有线通讯有许多局限性,例如整个系统由于电缆的存在而不够灵活。 

    在实际使用过程中,为了解决有线通讯的局限性,采用无线数传模块进行数据信号的传输。无线数传模块体积小、使用方便,但是的误码率比较高,易受电磁干扰。这里采用的TDX-1000无线通信模块包括无线接收、发射、FSK调制方式,并采用前向纠错信道编码技术,提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力。接口方式是5V TTL电平兼容接口,无线通信模块是半双工的,收/发的切换通过收发控制信号线实现。 

2 软件系统的设计 

2.1 控制系统控制流程 

 系统的控制过程为:用户将希望的机器人的动作作为指令输入到控制面板上,PLC对这些指令进行处理,转换为数据,发送到下位PLC上;下位PLC接收到上位PLC的数据后,将这些数据转换为控制信号,控制机器人体上的直流电机,完成相应的机器人动作。与此同时,下位机采集由传感器发来的现场信号,并进行处理,从而转换成数据传送到上位机上;上位机接收下位机发来的现场的数据,通过数码管将这些数据显示出来。 

2.2 格式 

    S7-200系列产品的通信模式有两种:一种是点对点通讯协议,用于S7-200与其编程器或西门子公司的人-机接口产品之间的通讯;另一种是对用户完全开放的自由口模式,用户根据实际系统的应用要求,自行规定通讯协议。本系统是两个PLC之间进行通讯,使用自由口通讯协议。上、下位机PLC之间的通讯的波特率为9600bps,奇校验,数据的格式是1位起始位、8位数据位、1位FCS校验位、1位停止位。

2.3 控制系统的程序流程 

    根据移动机器人工作的要求,确定机器人各个电机工作的相互关系,画出程序流程图,再由PLC的输入输出的逻辑关系编写梯形图。

2.4 提高无线通信可靠性的方法 

    系统采用无线通信还涉及到许多问题,包括:(1)无线通讯的收发切换问题;(2)无线收发模块易受电磁干扰,时误码率比较高。 

    采用以下几种方法对产生的问题进行解决。**:关于收发切换引起的延迟。在半双工通讯中,波特率一定的条件下,系统的响应时间主要取决于PLC的较大指令执行循环时间和无线收发模块的收发切换时间。PLC的较大指令执行循环时间由PLC的软件系统结构决定,在进行编程的时候,充分考虑这些因素进行编程。*二:关于的稳定性和准确性。为了保证的稳定性和准确性,采取了几种方法。(1)对发送来的每一组数据检查起始字节和结束字节,采用奇校验;(2)采用工程上的循环冗余校验(CRC),这种方法是对发送的数据按字节进行异或运算,将得到的结果作为FCS校验码同要发送的数据一起发送到下位机,下位机将收到的数据进行同样的运算,将结果与FCS比较来确定收到的数据是否正确;(3)此外,在收发切换与数据发送之间插入一定的延时,延时时间大于无线收发模块的收发切换时间,易于保证的稳定性。实验证明,以上方法大大提高了通讯系统的可靠性,降低了误码率,减少潜在的故障。 

    本系统采用两个PLC分别作为上、下位机进行移动机器人的控制,可使整个系统的性能稳定,易于操作,维护方便,性价比高。本系统已经成功应用于防爆机器人上,在实际的应用中受到**