6ES7231-0HC22-0XA8安装调试

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磨削机PLC控制系统的硬件设计
2.1磨削机设备组成及设计目标

       磨削机主要由1台永宏FBs-44MN系列PLC，1套三菱MR-J2S系列交流伺服系统，3台三菱FR-E540系列变频器，1台Weinview的510T，1个4DA模块组成。其核心是可编程控制器，它的输出部分主要用于控制伺服和驱动电机。其输人部分主要接收各类保护继电器的动作信号。整个设计具体可分为以下4部分:①采用PLC：FBs-44MN完成(计算出较佳的进量)，自动磨削等工序。②利用伺服实现对磨削进量的双闭环控制。③利用内部计数器和光电开关读取横向拖板移动距离。④采用触摸屏实现了更为方便、友好的人机通讯。
2.2 PLC控制系统构成

       控制系统由可编程逻辑控制器FBs-44MN、伺服、光电接近开关和D/A扩展模块以及触摸屏元件组成，实现磨削过程中基本逻辑动作、检测、伺服闭环控制和人机通讯四大功能

1)伺服和定位控制器的结合模块:磨削机要求丝杠上的盘在加工前后必须停拖板电机在相同的位置，以便下一加工循环，否则将造成或工件损坏。准确定位在普通继电器控制的鼠笼式交流电机上实现起来比较麻烦，我们采取伺服系统来实现定位，引人速度负反馈了外界参数变化和扰动对系统状态的影响，使该系统具有动态响应快、定位精度高、系统稳定性好等特点。为了在工作过程中使精度控制在规定的误差以内，进距离通过检测采用闭环跟踪控制。首先是用FBs-44MN读取检测时探头接触版辊的读数，并根据公式显示出版辊的直径较大，较小，平均值(与制定合适的切削量有关)，然后用此时的伺服读数减去探头读数，再加上需要的切削量求出比较精确的进量，最后开始整个自动磨削过程。FBs-44MN作为智能化的定位控制器按用户编制的定位程序向驱动器发出定位脉冲、运行方向等，信号驱动器按这些控制信号驱动伺服电机带动滚珠丝杠进行定位，对于伺服电机，有伺服准备、伺服结束和零位三个信号反馈，外部设定用数字开关可将定位点位置和速度等数值送人定位单元，定位单元通过总线连接到FX系列PLC扩展口上，成为PLC控制系统中的定位智能控制环节，在定位单元内，常量的设置与监控、参数的改变可以通过使用连接到PLC上的数据存取单元完成，因此可以在运行过程中由PLC*模块号(这里4DA是1号模块)，传送速度等数据，并能在PLC中监视GM的实时定位信号及运行或停止状态。相应地在PLC中分配有输人继电器，输出继电器，辅助继电器，以及特殊辅助继电器等设备。

       进量用伺服电机来控制，伺服电机的控制由PLC实现。PLC产生两路信号，一路为伺服脉冲信号，它的频率和伺服电机的转速成正比，它的个数决定了伺服电机旋转的角度。另一路为方向电平信号DIR。当DIR为高电平时，电机顺时针旋转;相反，当DIR为低电平时，电机为逆时针旋转。磨削中分为粗切和精切，精切的精度要求很高，一般切削量不能大于0.05mm，伺服前进lmm，就发了1600个脉冲，相当于一个脉冲就前进了0.625um，精度非常高，从而使得丝杠得到精确定位。伺服控制盘进时，进速度不是不变的，当盘接近版辊的时候要自动开始减速，以免过冲影响磨削质量。控制盘进的丝杠上有三个接近开关，一个是用来原点定位的，另外两个分别是进、退接近开关。

3) 变频器模块:为实现三相异步电动机速度调整和稳定运转，我们采用变频器来调速电机。变频器的模拟输人电压端子接受4DA速度电压值后，根据内部设定的参数值来对异步电动机调速。调速方式为WF型，这种调速方式在改变变频器输出频率的同时改变变频器的输出电压，两者的比值为?定，以保持异步电动机磁通不变。该调速方式简便、可靠，能够满足电机调速的要求。

4) 触摸屏:触摸屏与PLC相配合，使对设备的任意多的操作控制、大量的运行信息反馈通过对触摸屏编程予与实现，PLC与触摸屏之间通过串行接口通讯，连线简洁，整个系统更紧凑、美观。

3 系统的软件设计
3.1 PLC控制的软件设计
     
       PLC控制 软件的设计大致可以分为以下几个模块:上电初始化、检测、自动磨削、报警及报替处理。选用永宏的FBS系列PLC，其内部包含基本逻辑指令、步进顺控指令和功能指令，配合扩展模块的特殊指令，编程灵活、修改方便且运行稳定。首**行初始化，初始化包括拖板、盘进给丝杠和伺服的归零，一上电伺服控制盘的轴快速移动到零点位置，相应的伺服读数为零，拖板也根据需要回到零点位置，若盘主轴进给**过较大给定行程时，系统发出**程报警，同时盘主轴自动返回零位。比较麻烦的是不知道要切削几次才可以达到磨削的期望值，为了提率，用户可以将常用的磨削周期存储起来以备后用，而不必重新设计磨削周期。
       2) DA模块:版辊旋转，盘旋转，拖板移动分别用3台电动机拖动，变频器根据输入的版辊直径，版辊长度通过调用公式来调节电动机转速，保磨削出一定锥度的表面。三个速度和版辊直径，长度之间存在着一定的机械关系，而这种折算关系存储在PLC中并在磨削前自动调用出来，拖板的横向移动距离用接近开关，电机每转一周5个开关(丝杠前进10mm)，计5次数，一次计数就移动2mm，停止时已经记下一定的距离，当拖板退回去的时候可以根据折算好的计数值自动停止移动。无论盘转速还是版辊转速、拖板移动速度发生波动，都会影响磨削出来的表面精度，因此，当其中一个速度发生波动时，另外两个的转速必须迅速跟踪。无论手动操作时设定速度还是根据版辊直径，长度通过公式求得盘、版辊、拖板速度值，都要将其值传给三菱变频器。为此，我们增加4DA模块。该模块提供4个输出通道(要用到3个通道),电压输出模式，对应于-10V-+10V。电流输出模式，分别对应于4mA-20mA。

3.2触摸屏画面设计

       510T为彩色液晶，256色显示。触摸屏可取代操作按钮、拨码盘，SEGA数码管，使本系统配置、连线，PLC程序更加简洁。通过组态软件，可生产丰富的用户画面。既方便操作者使用，又便于设计者开发，是理想的人机界面。该系统中主要设计了欢迎登录画面、主画面、手动操作画面、粗切显示监控画面、粗切操作画面、精切显示监控画面、精切操作画面、故障显示画面和报警履历显示等9个基本画面和帮助及故障详细显示等10个窗口画面。这些画面从个人电脑传送到触摸屏即可使用，而触摸屏与PLC通过RS-422通信电缆连接可实现信息互通。在画面的设计调试过程中，也可从触摸屏上传画面到计算机对画面进行修改。欢迎登录画面要求操作者登录前先输人口令，以防非操作人员进入后随意修改和操作。主画面用来选择某项操作，按相应按钮即切换到相应的画面。手动操作画面利用触摸键丰富而灵活多样的功能设置，对设备直接进行手动起动、停机控制，归零，检测。自动操作画面(分粗切、精切)主要用来设定切削量、版辊直径、拖板移动距离并开始切削等动作。监控画面有两个，其中一个用来显示各限位开关的动作情况，另一个用来显示各输出设备的动作情况，两者都以指示灯和标注文字属性的变化来表示动作与否。故障显示画面对设备的故障进行实时报警，而报警履历显示画面用来显示报警的日期、时间、消息、确认时间和恢复时间，当用手触摸某一故障时将弹出窗口画面详细显示相关内容及应采取的措施。闭环控制是以要求的产品质量为依准，判断运行过程中是否有外部因素引起的切削量的不足，实时地调整切削量，经过几次补偿，达到理想产品要求。

4 结束语

       伺服系统双闭环控制(位置环、速度环)可以把稳态误差控制在1wm以下，远远小于土0.03mm，因此，本系统的精度是很高的。本文提出的应用PLC和HMI控制磨削机设备满足控制 要求，在实际运行中是切实可行的。通过工业运行证明，这种系统硬件设计简单实用、工作可靠、运行灵活、性价比高，具有推广价值。软件编程采用模块化设计，功能完善。采用PLC一触摸屏结合的电气控制方案并与机械技术组合一体，使该磨削设备结构紧凑、自动化程度高、生产效率高，并且设备的可维护性和灵活性大为提高。

本文主要介绍了汇川高性能伺服（矢量变频器）和PLC/HMI在带飞锯的单牵引和双牵引机型的成功应用，本系统全部采用汇川产品，并且采用高速总线Canbbbb实现PLC的远程控制和伺服（变频器）控制，速度模式或者扭矩模式控制切换方便，响应快，完全满足客户目前的设备稳定、的需求。 
关键词：双牵引机、PLC、Canbbbb、现场总线、矢量变频器、速度闭环转矩限、转矩控制速度限、RS485通信 

一：系统简介 

铝型材双牵引机是铝型材挤出机将铝棒高温加热后，在挤出机挤出端通过模具挤出成型各种规格形状的铝型材，铝型材牵引机是从其出口夹住铝材，并且牵引到一定长度后切断而送到储料台架上，为了提高牵引效率，双牵引指有两个小车轮流交替牵引铝材，牵引机在牵引过程中采用扭矩模式，**稳定的恒张力，和基础挤出速度保持一致，其目的使铝材在牵引过程中不变形；但是在交接完成后，为了提率，小车以速度模式高速返回。飞锯主要在2个小车交接的时候切断铝材。 

其中2个小车分别由两台电机链条传动，每台小车都有独立的液压控制铝型材夹紧放松系统，而靠近挤出机出口的小车还带有铝材定长切割系统。

 

二：行业现状 

广东铝材设备近几年，随着**整顿和规范市场秩序力度的加强和市场竞争优胜劣汰机制作用的进一步发挥，中国铝合金型材工业在总量快速增长的同时，内部结构也发生了明显的变化，产业开始逐渐走向成熟。据统计，国内铝合金型材生产厂家数已从**峰时期的1,200多家减少至700多家广东铝材设备，而一大批产品技术水平低、质量差、档次低的小型铝型材加工厂已逐渐被淘汰。与此同时，大断面、大吨位、技术**的挤压机开始落户中国，表面处理技术也由以往的色调单一、品种**、质量低下的状况，向多色多彩、品种齐全、品质优良的方向发展。目前，中国铝合金型材工业已经跨越了以数量增长为特征的初级发展阶段，初步进入了以提高产品内在质量、丰富产品种类、依靠综合实力参与市场竞争的新阶段。 

出于传统使用的各种单牵引机普遍存在故障率高、冲击大、运行平稳性差、起动控制性能差、电耗高、维修成本大、维修难度大等缺陷，为解决以上诸多问题，现研制了此新型牵引机；本机型具以下几方面特点： 
1、使用新型轨道，大大提高了导向精度，使牵引头运行更平稳、阻力更小； 
2、夹料机头不安装夹料动力装置，机头重量仅100公斤，是普通机头重量的1/4，从而使得运行过程冲击小、起停灵敏，有效的提高了控制性能，同时牵引电机功率也降低了1/3； 
3、夹料机头无控制箱及控制元件，无须为机头控制系统故障而操心，较大的减少了故障率，也降低了维修难度；无滑触线和集电器等重要易损件，减少了使用维护成本； 
4、牵引电机使用伺服电机或者4/8较双速变频电机，使牵引机低速牵引时有足够的平稳运行频率，了低速牵引时爬行及牵引力不稳的问题； 
5、本机型使用双钢丝绳传动，靠挤压机端安装了夹料托板和压爪动作的气动机构； 
6、PLC以通讯方式控制伺服或者变频器的参数，有效控制各速度段的起停和速度段间的平滑过渡，使得运行流畅可靠无冲击，有效提高铝材质量；