西门子6ES7231-7PC22-0XA0参数说明

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0 引言

组合机床是针对某些特定工件,按特定工序进行批量加工的设备。随着PLC的广泛应用和机床电控技术的不断发展,利用PLC实现对组合机床的自动控制,无疑是今后的发展方向,而针对这种控制的PLC程序设计也显得尤为重要。这种控制属于顺序逻辑控制,有多种编程方法与语言可供选择,编程中也有一些技巧与规律可循。下面较为详细的介绍一组合机床自动控制的PLC程序设计实例。

1 实例工作过程及程序设计思路

本文给出的实例是一台立卧三面镗床,有右头、左头及上头三个工作头,有自动循环(三头同时加工)和单头调整四种不同工况。三头同时加工时,一个自动工作循环过程如图1所示。其特点是多头同时加工和多工步,体现在控制要求上是:工步之间转换条件较复杂,存在并行同步问题,记忆、连锁等问题也较多。鉴于此,应采用顺序功能流程图的程序设计方法:根据对工作过程的分析对各步、转换条件及路径进行定义,确定各步的动作,然后按照控制要求,运用指令对各步和转换进行编程。

图1 自动工作循环过程

步的定义可由顺序功能流程图描述,图2所示为本例主功能流程图。它从功能入手,以功能为主线,将生产过程分解为若干个立的连续阶段(步) 。

分解的各步可以是一个实际的顺序步,例如步1,对应的动作是起动主泵电机,也可以是生产过程的一个阶段,例如步2为自动工作过程,其功能流程图见图3。

从这两个功能流程图可以看到,它将各步的操作、转换条件以及步的推进过程简单明了地显示出来了,并体现出了具有单序列、选择序列、并行序列几种基本结构。例如步25至步27是单序列,实现了多工序的顺序工作;步12、步13、步14及步15构成了四分支选择序列结构,可实现三头同时加工、右头调整、上头调整、左头调整四种工况的选择;而步28至步30、步31至步34、步35至步38则形成了三个并行的分支,实现的是三头同时加工过程;步21、步22与步23、步24间也是并行关系,实现了工件上位降中位与主轴定位两个工序并行工作。该两个并行的过程间有同步问题,即步21 (工件上位降中位)与步23 (主轴定位)同时开始,但不同时结束,需要用并行序列的合并来同步(等待两个动作均结束) ,使之同时转入步25。三头同时加工时也有此问题。在顺序功能流程图的描述中,注意要说明各步间的转换条件、各步对应的命令与动作及相应运行状态。

图2 主功能流程图

2 程序实现方法

接下来的二步则需要用某种编程语言的指令对上述功能流程图进行编程,以实现其中的功能和操作。

目前已有提供直接功能流程图编程的PLC,但对于不具有该编程语言的PLC,可采用功能流程图编程的方法,这里所说的是采用梯形图、指令表等常见的编程语言实现编程的方法。根据功能流程图的描述,可将该复杂的结构分解为单序列、选择序列、并行序列几种基本环节,找出这些基本环节各自的规律、编程规则,化整为零分块编程。这样程序为结构化模块形式,编程的思路清楚,程序设计为规范。各种基本环节的程序实现可采用通用逻辑指令、置位与复位指令或移位寄存器,这几种实现方法有一个共性就是要考虑如何一步、保持该步、又如何停止一步,如果用步进指令来实现,这些问题就考虑,程序也简洁的多。下面给出运用步进指令实现的对图2、图3的编程,并就关键问题进行分析。

图4为主功能流程图的梯形图,图5为自动工作功能流程图的梯形图(只给出了一部分) 。先看步25到步27的单序列,其各步的控制规律为:若某步为活动时,则当它与下步间的转换条件一旦成立,该步即变为非活动步,而下一步成为活动步。当步为活动时,相应的动作和命令才执行,非活动步相应的动作和命令不被执行。这样步25是活动步时,会发右头快进指令(使Y442得电) ,直到快进到位(行程开关SQ4受压,转换条件X412满足) ,步25成为非活动步,右头停止快进(使Y442失电) ,步26成为活动步,工件开始从中位降下位(使Y447、Y552得电) ⋯⋯。选择序列各步的控制规律为:分支时,若一个前级步是活动的,则当它与多个选择后续步之间的哪个转换条件满足,哪个后续步就成为活动步,而前级步成为非活动步。合并时,若多个选择前级步之一是活动的,当该活动步与一个后续步之间的转换条件满足,则后续步就成为活动步,前级步成为非活动步。实例中步11为活动步时,四个分支的转换条件哪个成立则哪个分支步就会成为活动步。如果按动自动加工起动按钮,使转换条件X403满足,则会进入步12,开始自动加工过程,直到转换条件X424满足,分支合并循环到初始步,开始一个新的轮回。按照控制要求,整个加工过程中主泵电机需要一直处于运转状态,所以在步11中使用了置位Y430指令,而在步11成为非活动步后, Y430并不失电。并行序列各步的控制规律为:分支时,若一个前级步是活动的,则当转换条件满足,则多个并行的后续步同时成为活动步,而前级步成为非活动步。合并时,若多个并行的前级步均是活动的,当转换条件满足,则一个后续步成为活动步,多个并行的前级步同步成为非活动的。实例中步20为活动步时,执行装件指令,装件完毕,转换条件X425满足,步21、步23同时成为活动步,即停止装件,开始工件上位降中位和主轴定位动作。由于这两个动作不同时结束,因此插入了两个没有动作和命令的空步——步22、步24 (梯形图中相应的步进接点没有连接输出继电器) ,用于分别停止两个前级步,结束相应的动作,并等待两个动作均停止的时刻,一旦时刻来到(条件X410·X427满足) ,两并行步合并转换到步25。三头同时加工时,也有类似的同步问题,在此不再赘述。

图3 自动工作功能流程图

3 结束语

通过本PLC程序设计实例可以看出,采用顺序功能流程图的程序设计方法有以下优点:a. 功能流程图与生产过程结合紧密,设计思路明确,系统操作含义清晰,有利于工艺和自控技术、设计人员的思想沟通;b. 功能流程图可以向设计者提供规律的控制问题描述方法,就易于得到相应的编程方式,易于设计出任意复杂的控制程序,并使编程趋于规范化、标准化。

1　系统构成简介

使用美国AB公司的SLC500系列模块式可编程控制器，其中取料机的控制使用SLC5/03TM处理器，堆料机采用SLC5/02处理器。该系列PLC带有编程软件、bbbbbbs操作界面及通讯软件，功能齐全。

2　控制方式

堆、取料机的控制设备主要是各种电动机和用于限位、定位的行程开关，这些设备的状态检测信号直接输入计算机，联锁、顺序控制由软件编程完成，操作人员在主控室只下达开停命令，堆、取料机自动地开停一系列设备，正常工作时均化场内工作人员，设备状态信号、报警信号全部输入主控盘，操作人员一目了然。

3　控制要点及相关处理


3.1　取料机行走电动机的同步控制

取料机的左、右行走电动机协调一致，否则大车向一边偏移，造成事故。对同步问题的处理，当初我们是通过速度反馈来保持电动机转速一致来实现的，在运行过程中发现这样做不，因为即使电动机转速一致，由于大车两侧受到的阻力不一样，电动机实际行走的距离也不相等，因此我们进行了改进。取料机轨道长120m，在轨道两侧每10m安装1对行程开关，共9对(18个)，当大车向前运行时，如果两侧同步，就会同时碰到行程开关，如果不同步，就产生间隔的行程信号，计算机根据左、右开关信号获得的时间差，来校正电动机运行速度，使之达到同步，了大车偏移故障。

3.2　刮板机运行状态的判断

刮板机是取料机上关键设备，负责把均化的石灰石刮到输送皮带机上，如果在工作中刮板机偷停，就会造成料的堆压，甚至埋住取料机，因此对它的运行状态做出判断。我们在刮板机的从动轮的一侧安装一个十字叶片，与叶片的垂直方向上安装一个接近开关，当叶片靠近接近开关时，接近开关发出一个脉冲信号，如果在一定的时间内计算机未接到信号或接到的信号状态一直不变，就断定刮板机停了。计算机产生报警信号，同时顺序停止取料机上的运行设备。

3.3　取消对堆、取料机相对位置的确定

在做控制逻辑时堆、取料机的位置信号需相互传递。程序运行时，判断堆料机和取料机的相互位置，如果一致，则产生警告同时停车，这样做在理论上是无可非议的，但在实际应用中却遇到很多麻烦，因为用于判断位置的多个行程开关中，只要有一个故障，就会引起错误的位置判断，经常出现急等开车却开不起来的情况，因为取料机的行走电动机的运行速度是非常慢的，所以我们删除了程序起始段对料机相对位置的判断，操作人员直接在现场调车，看到料机位置，调车到正确位置，这样既简单又方便。也可在均化场内安装工业摄像头监控。

3.4　动力线与控制线的处理

在工业生产中将动力线和控制线引入运动的设备中，通常采用简单的滑环形式，但对线缆的拖放我们开始用的是卷盘，这种方法到了冬天，随着温度的下降，线缆变硬变脆，在盘卷过程中不顺畅，甚至开裂，有时引起线间短路。对此我们采用了滑线的方式，即在线缆每间隔一定距离固定上一个滑圈，穿在一个与设备运行方向一致的架起来的金属线上，设备运行时，线缆在金属线上伸缩，避免了折损。

3.5　行程开关改为接近开关

在堆、取料机的控制过程中，我们采用了大量的用于限位、定位的行程开关。行程开关在长期运行过程中性不高，常见的故障是:①恢复性差，动作后，作用力消失，不回到原位；②机械形变，作用物碰撞不到；③由于设备的振动引起误动作。

如有一段时间取料机的耙车电动机经常偷停，运行信号却全部正常，后来在现场对I/O模件点进行长时间的观察，发现一个行程开关间歇误动作，对此我们将行程开关都改换为非接触式的接近开关，减少故障率，增加了性。

3.6　其他问题

堆、取料机的故障的另一个来源是对其进行控制的电气元件，均化堆场内粉尘大，电子元件受粉尘影响短路、接触不良等现象经常发生，因此对计算机柜和电气柜应严格密封。另外，控制电源应尽可能采用高电平，实践证明24VDC的继电器相对引起的故障，而大电压吸力大，且流过触头的电流也大，对其上的积尘能好的克服。

1.引言
弹力丝机是经高速纺丝生产出的预取向丝(POY丝) 的后加工设备，通过对POY丝进行加热、捻、牵伸、上油等工艺加工，制成性能稳定、具备服用性能的弹力丝(DTY丝)并卷装成满足工艺要求的纱锭，供后续的织造加工用。

传统弹力丝机采用直流电机调速系统，存在电机维护工作量大、机械齿轮传动结构复杂、改变工艺停机变换工艺齿轮等缺点，因此逐渐为新型的变频调速系统所取代。采用变频器调速系统的弹力丝机通过多台变频器带动各轴立传动，不仅割除了工艺齿轮，简化了传动系统结构，而且减少了加工及装配工作量，提高了系统性；同时，满足了降低制造成本，节约能源消耗，适应用户市场小批量、多品种的工艺变化的要求。

高速弹力丝机的传动系统包括4档牵伸罗拉(上喂入辊、中喂入辊、下 喂入辊、卷绕辊)以及捻器龙带辊、摩擦辊和横动辊，要求各传动部分同步运行、比例可调，同时保运转过程中丝线的张力恒定，即变频器带动的各电机转速稳定，稳态调速精度小于0.1%，因此一般采用两种变频调速控制方案：异步电机闭环矢量控制和同步电机开环控制。采用同步电机方案时，系统控制比较简单，但同步电机的成本较异步电机高很多；采用异步电机闭环矢量控制，因为需要引入速度反馈，系统相对复杂，但成本较低。此外，高速弹力丝机的温度控制部分一般采用温度采集、经PLC进行PID运算、通过脉宽调制(PWM)输出可控硅控制加热器的方式实现。

2.控制系统方案
高速弹力丝机的控制系统采用Micro PLC为控制，在CPU模块上配置Modbus通讯扩展卡(TSXSCP114，作为主站)，采用ATV58F或ATV58(配VW3A58202编码器反馈扩展卡)系列变频器(内置Modbus接口，作为从站)，通过Modbus总线通讯控制方式实现传动系统的控制；温度控制部分，采用带Modbus总线接口的温度采集卡(作为从站)，通过同样的Modbus总线将温度信号采集入Micro PLC，经与设定温度比较的PID运算后，通过开关量输出口输出；同时配置Magelis XBT-G 10.4”黑白触摸屏实现线速度、牵伸倍数及各点温度等工艺参数的设定以及整个系统的监控。由于系统程序量较大，在Micro PLC的CPU模块上，同时配置了32K内存扩展卡(TSXMFP032P)。


3.控制系统简介
ATV58/58F变频器采用带速度传感器反馈的闭环磁通矢量控制方式时，静态调速精度为0.02%，满足高速弹力丝机的调速要求。 此外，ATV58F变频器内置了增量编码器接口，编码器电源电压为+5V；采用ATV58变频器需要配置VW3A58202编码器反馈扩展卡，编码器电压电压为+24V。

对ATV58/58F变频器内置了Modbus接口(即操作面板接口)，可以通过通讯控制方式进行控制，控制精度为1转(相当于0.015Hz)。对变频器采用通讯方式控制，不仅可以有效避免传统模拟量信号控制所带来的共模干扰和模/数转换精度误差等问题，提高的性和精度；同时可以大地简化接线方式，并实现信息的双向交换。

ATV58/58F变频器内置的Modbus接口物理层为RS485，采用Modbus RTU方式 (8个数据位、1个停止位、无校验位)，波特率为19.2Kbit/s，连接介质可采用屏蔽双绞线，传输距离可达1000 米，物理层限制单总线上连接变频器多为18台。该接口(SUB-D9)RS485管脚定义及匹配终端如下图。


使用ATV58/58F变频器内置Modbus接口时需要通过操作面板预先予以如下设置：
控制菜单 (CTL: 4-CONTROL)
面板控制 (LCC: Keypad Comm.) – No (取消面板操作)
变频器地址 (Add: DriveAddress) -- 1,2,…, 31 (Modbus从站地址)

Micro PLC编程软件PL7 Pro提供丰富的库函数(Library Funtion)，如PID、PWM调节指令等，为系统编程提供了大的便利。

1.引言
印花工序是将染料或颜料配置成色桨(染料＋糊料＋化学剂)，在织物上按预先设定的
花样图案上染，并进行织物烘燥，使其获得各色花纹图案的过程，常用印花设备有辊筒印花机、平网印花机和圆网印花机等。
平网印花机由进布装置、对中装置、印花单元、水洗装置、导带驱动装置、机身提升装置、烘干机等组成，印花织物由进布装置粘贴在沿经向循环运行的印花导带上，经对中装置导入印花单元；印花时，导带静止，印花装置的筛网下降，刮印器刮印，刮印完毕，筛网提升，织物随导带向前移动一个花回(筛网中花纹的长度)，进入下一个印花单元；印花结束后，由水洗装置清洗导带，印好的织物由导带送入烘干机烘干后，以叠布方式导出落入布车。根据工艺和用户需求，每台平网印花联合机一般配有10～16套印花单元，印花台板的长度达20m以上。
双伺服传动平网印花机通过采用两套伺服系统分别传动印花导带的前后两个传动辊，在保证工艺要求的对花精度(±0.1mm)基础上，大幅度提高了导带速度(60m/min)，从而提高了印花效率；印花单元的传动系统采用变频器控制的交流电机驱动，经减速后驱动刮印器往复运动，其刮印速度、往返次数、以及刮印距离等均可调节，以满足工艺要求；同时，印花单元相对于导带的间歇运动，需要及时完成筛网下降、刮印、筛网上升动作，以大地提高印花速度；此外，贴布辊和烘房导带为连续工作方式，相对于间歇运动的印花导带，三者之间保持同步。

2.控制系统方案


双伺服传动平网印花机控制系统采用施耐德电气公司的中型PLC－Premium为控制，通过TSXCAY22伺服控制模板控制Lexium伺服系统(驱动器和交流伺服电机)实现印花导带前后两个传动辊的同步运行和定位控制；通过模拟量输出信号控制Twin Line伺服系统实现对中装置的精密控制；每套印花单元采用Twido系列PLC、ATV31系列变频器以及TSX08 HMI文本图形显示器控制，Twido PLC与Premium PLC通过Modbus总线连接，整个系统采用10.4” Magelis XBT-G 彩色TFT触摸屏(XBT G5330)进行参数设定、显示等操作和系统监控。

3.控制系统说明
Lexium伺服系统是施耐德电气公司推出的全数字伺服环控制解决方案，驱动器功率范围为1.5 ～7，内置EMC滤波器和制动电阻，具有高闭环响应特性(转矩控制： 62.5us、速度/位置位置控制： 250us)，允许208 ～480VAC宽电压输入，同时具有Unibbbb Commissioning 软件自动配置闭环参数和负载示波器等功能；伺服电机为高转矩、高惯量交流无刷电机，转矩范围：0.4～100Nm，具有IP65/67防护等级，内置(可选SERCOS码盘)，可选制动器。

TSX CAY 22 是Premium PLC 2个立轴(无限轴)位置控制伺服模板，是为满足机器制造中对兼具运动控制和顺序控制要求而设计的，内置主/从功能、自动纠偏(Auto Offset) 、集成闭环控制器(阻止停车过位)等功能，反馈信号为250 kHz 增量式码盘/1M Hz 式码盘(SSI 协议)。通过PL7 Pro编程软件中的特定配置和调试窗口以及SMOVE运动控制命令，可以方便地实现预定的运动控制功能。

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