6ES7323-1BL00-0AA0参数详细
在工业现场控制领域,可编程控制器(PLC)一直起着重要的作用。随着国家在供水行业的投资力度加大,水厂运行自动化水平不断提高,PLC在供水行业应用逐步增多。触摸屏与PLC配套使用,使得PLC的应用更加灵活,同时可以设置参数、显示数据、以动画等形势描绘自动化过程,使得PLC的应用可视化。
变频恒压供水成为供水行业的一个主流,是保证供水管网在恒压状态的重要手段。现代变频器完善的网络通信功能,为电机的同步运行,远距离集中控制和在线监控等提供了必要的支持。通过与PLC连接的触摸屏,可以使控制更加形象、直观,操作更加简单、方便。
组合应用PLC、触摸屏及变频器,采用通信方式对变频器进行控制来实现变频恒压供水。
变频恒压供水系统主要由PLC、变频器、触摸屏、压力变送器、动力及控制线路以及泵组组成。用户可以通过触摸屏了解和控制系统的运行,也可以通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。通过安装在出水管网上的压力变送器,把出口压力信号变成4~20mA或0~10V标准信号送入PLC内置的PID调节器,经PID运算与给定压力参数进行比较,输出运行频率到变频器。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量,根据用水量的不同,PLC频率输出给定变频器的运行频率,从而调节水泵的转速,达到恒压供水。PLC设定的内部程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组,以此协调投入工作的水泵电机台数,并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速,使系统管网的工作压力始终稳定,进而达到恒压供水的目的。
该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时,通过触摸屏或控制柜上的启动和停止按钮控制水泵运行,可根据需要分别控制1#~3#泵的启停,该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时使用。自动运行时,首先由1#水泵变频运行,变频器输出频率从0HZ上升,同时PID调节器把接收的信号与给定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够,则频率上升到50HZ,由PLC设定的程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组,使得1#泵变频迅速切换为工频,2#泵变频启动,若压力仍达不到设定压力,则2#泵由变频切换成工频,3#泵变频启动;如用水量减少,PLC控制从先起的泵开始切除,同时根据PID调节参数使系统平稳运行,始终保持管网压力。
若有电源瞬时停电的情况,则系统停机,待电源恢复正常后,人工启动,系统自动恢复到初始状态开始运行。变频自动功能是该系统较基本的功能,系统自动完成对多台泵的启动、停止、循环变频的全部操作过程。
在进行通信之前必须对PLC、触摸屏和变频器的通讯参数进行正确设置。本系统定义为Modbus协议,波特率为9600,数据位为8,无校验,停止位为1。变频器除设置通信参数外,还需启用“自由停车”以保护电机。
该系统采用三菱FX-200的PLC,继电器输出,PLC编程采用三菱PLC的**编程软件,软件提供完整的编程环境,可进行离线编程、在线连接和调试。为了提高整个系统的性价比,该系统采用可编程控制器的开关量输入输出来控制电机的起停、自动投入、定期切换,供水泵的变频及故障的报警等,而且通过PLC内置的PID给定电机的转速、设定压力、频率、电流、电压等模拟信号量。
以往的变频恒压供水系统在水压高时,通常采用停变频泵,再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切换工频的方式先进,但其容易引起泵组的频繁起停,从而减少设备的使用寿命。而在该系统中采用直接停工频泵的运行方式,同时由变频器迅速调节,只要参数设置合适,即可实现泵组的无冲击切换,使水压过渡平稳,有效的防止了水压的大范围波动及水压太低时的短时间缺水的现象,提高了供水品质
主轴是机床高速旋转的运动机构,是机床的关键部件,其性能直接影响零件的加工质量。在实际加工过程中,对于不同的材料为了保证零件的表面粗糙度、形位公差及切削力等,需要主轴有不同的转速。主轴的变速一般采用电控或变速箱来实现。电控主轴直接采用变频系统控制主轴的转速,而主轴变速箱则采用不同的齿轮组合实现几挡不同转速的控制。许多机床采用主轴变速箱形式。主轴的转速与输出功率必须配套,如果用单一的齿轮比,虽然可以改变主轴转速,但不可能充分利用主轴电机的功率。为了兼顾主轴的转速与功率,必须采用不同的齿轮组合。
今年初,我们成功地完成了一台五坐标数控龙门铣床的技术改造。其主轴采用变速箱变速,控制系统为西门子SINUMERIK 840C数控系统 ,坐标及主轴驱动采用西门子SIMODRIVER 611A。根据该机床的主轴换挡结构,结合控制系统的特点,通过内置式PLC控制程序,对主轴换挡进行了自动控制处理。
1 主轴换挡机构
该机床的主轴换挡机构由两个双向电磁阀(SOL1~SOL4)控制两个油缸,分别推动两个齿轮组上下移动,每组齿轮有上下两个位置,变换齿轮变速比,产生4挡转速。在主轴箱内安装了4个挡位检测开关(SW1~SW4)。压力继电器(PS1)检测换挡液压压力。其换挡结构见图1。
2 控制系统的信号与数据接口
控制系统由NCK和PLC模块组成,它们之间靠数据块传递消息。机床的输入输出点接入PLC的输入输出模块中。NC系统给主轴发出速度指令电压。系统主轴数据块中存放有主轴换挡的有关数据,通过PLC程序,对这些数据进行实时操作。系统可以有8挡转速控制。该机床采用了其中4挡,相邻挡位间可以存在转速的交叉。
为实现主轴的自动换挡,在机床数据中预先设置了主轴4个换挡转速范围。NC控制系统依据不同的挡位给主轴驱动装置发出不同的指令电压,对应主轴电机不同的转速。
输入信号:挡位检测信号SW1~SW4,换挡液压压力PS1,主轴电机停转Nmin,主轴电机实际转速t;
输出信号:换挡电磁阀SOL1~SOL4,电机驱动指令电压Vist。
系统主轴数据块包含摆动速度、摆动频率、内置换挡范围、当前挡位、换挡命令、目标挡位、换挡结束标志、主轴电机运行状态、主轴禁止和主轴PLC控制等数据。控制系统的信号流见图2。
系统可采用SW1~SW4检测开关的状态组合编码作为当前主轴挡位的标志。电磁阀及检测开关状态见表1。
表1 主轴换挡状态 换挡号 SOL1 SOL2 SOL3 SOL4 SW1 SW2 SW3 SW4
**挡 1 0 1 0 1 0 1 0
*二挡 0 1 1 0 0 1 1 0
*三挡 1 0 0 1 1 0 0 1
*四挡 0 1 0 1 0 1 0 1
3 主轴自动换挡的PLC实现
主轴换挡的控制过程是在PLC中实现的。PLC接受到NCK发出的换挡命令,先检查主轴电机是否处于停转状态,如果未停,PLC向主轴发“主轴禁止”命令,使主轴停止。PLC设定一个特定定时器,根据目标挡位,给相应的换挡液压油缸(SOL1~SOL4)发出输出命令,推动相应的齿轮运动。同时,启动主轴摆动模式,设置摆动频率,使齿轮在移动中啮合。定时器定时到了以后,PLC检测相应的挡位开关是否生效,如果生效,说明换挡齿轮啮合到位,同时上报NCK换挡生效,并向数据块填写“当前挡位”。此时,主轴自动进入下一挡转速。否则,PLC进行错误报警处理。主轴换挡控制流程见图3。
在PLC设计中,必须注意的是:
为了使主轴换挡不致于混乱,在PLC程序的初始化模块中,系统一通电就扫描机床挡位检测开关,在数据块中设置“当前挡位”,对系统状态进行初始化。
必须把主轴的转速降为零后,才能对运行中的主轴换挡,否则会造成齿轮碰坏。
在主轴转入下一挡转速前,相应的换挡油缸必须移动到位,使相应的齿轮啮合。
为了更好地啮合,油缸在移动过程中,控制主轴作轻微的来回摆动,这样可缩短换挡时间,同时也避免齿轮硬**造成撞伤和精度破坏。
4 结束语
当前,国内广泛开展的机床改造翻新将涉及到主轴换挡的问题。主轴换挡控制处理得当,不仅可以提高机床的加工精度,而且可以延长主轴的使用寿命。
本课题针对SIEMENS 840C控制数据接口及机床换挡机构的特点,采用机电一体化,通过PLC程序的设计,实现了在数控程编中只要写上主轴转速,数控系统将自动实现换挡。改造后的主轴,换挡自如,运行可靠。对换挡过程中出现的油缸行程不到位、换挡压力不够都有及时的报警提示与错误处理。机床主轴的自我保护功能是设计者必须注意的问题。在换挡中可能会出现液压方面的问题,如换挡压力不够、液压电磁阀失灵造成油缸不到位。换挡**时时,系统要提出明确的报警,禁止主轴换挡,以保护主轴。在换挡过程中,巧妙地利用主轴的摆动模式可实现柔性换挡。同时应利用定时器,对输出命令的响应作出定时检查。


PLC是专门为工业生产服务的控制装置,通常不需要采取什么措施,就可以直接在工业环境中使用。但是,当生产环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装使用不当,都不能保证PLC的正常运行,因此在使用中应注意以下问题
一、工作环境
1. 温度
PLC要求环境温度在0~55℃,安装时不能放在发热量大的元件下面,四周通风散热的空间应足
够大,基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔;开关柜上、下部应有通风的百叶窗,防止太阳光直接照射;如果周围环境**过55℃,要安装电风扇强迫通风。
2. 湿度
为了保证PLC的绝缘性能,空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。
3. 震动
应使PLC远离强烈的震动源,防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避
免震动时,必须采取减震措施,如采用减震胶等。
4. 空气
避免有腐蚀和易燃的气体,例如、等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境,可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中,并安装空气净化装置。
5. 电源
PLC供电电源为50Hz、220(1±10%)V的交流电,对于电源线来的干扰,PLC本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境,可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。如图1所示。
FX系列PLC有直流24V输出接线端,该接线端可为输入传感器(如光电开关或接近开关)提供直流24V电源。当输入端使用外接直流电源时,应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源,由于纹波的影响,容易使PLC接收到错误信息。
二、安装与布线
1. 动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线,隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。
2. PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备,不能与高压电器安装在同一个开关柜内。
3. PLC的输入与输出较好分开走线,开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线,屏蔽层应一端或两端接地,接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。
4. PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设,以防止外界信号的干扰。
5. 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆,输出线应尽量远离高压线和动力线,避免并行。
三、I/O端的接线
1. 输入接线
(1)输入接线一般不要**过30米。但如果环境干扰较小,电压降不大时,输入接线可适当长些。
(2)输入/输出线不能用同一根电缆,输入/输出线要分开。
(3)尽可能采用常开触点形式连接到输入端,使编制的梯形图与继电器原理图一致,便于阅读。
2. 输出连接
(1)输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中,可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
(2)由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上,并且连接至端子板,若将连接输出元件的负载短路,将烧毁印制电路板,因此,应用熔丝保护输出元件。
(3)采用继电器输出时,所承受的电感性负载的大小,会影响到继电器的使用寿命,因此,使用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。
(4)PLC的输出负载可能产生干扰,因此要采取措施加以控制,如直流输出的续流管保护,交流输出的阻容吸收电路,晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
四、外部安全电路
为了确保整个系统能在安全状态下可靠工作,避免由于外部电源发生故障、PLC出现异常、误操作以及误输出造成的重大经济损失和人身伤亡事故,PLC外部应安装必要的保护电路。
(1)急停电路。对于能使用户造成伤害的危险负载,除了在控制程序中加以考虑之外,还应设计外部紧急停车电路,使得PLC发生故障时,能将引起伤害的负载电源可靠切断。
(2)保护电路。正反向运转等可逆操作的控制系统,要设置外部电器互锁保护;往复运行及升降移动的控制系统,要设置外部限位保护电路。
(3)可编程控制器有监视定时器等自检功能,检查出异常时,输出全部关闭。但当可编程控制器CPU故障时就不能控制输出,因此,对于能使用户造成伤害的危险负载,为确保设备在安全状态下运行,需设计外电路加以防护。
(4)电源过负荷的防护。如果PLC电源发生故障,中断时间少于10秒,PLC工作不受影响,若电源中断**过10秒或电源下降**过允许值,则PLC停止工作,所有的输出点均同时断开;当电源恢复时,若RUN输入接通,则操作自动进行。因此,对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路。
(5)重大故障的报警及防护。对于易发生重大事故的场所,为了确保控制系统在重大事故发生时仍可靠的报警及防护,应将与重大故障有联系的信号通过外电路输出,以使控制系统在安全状况下运行。
五、PLC的接地
良好的接地是保PLC可靠工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。PLC的接地线与机器的接地端相接,接地线的截面积应不小于2mm2 ,接地电阻小于100Ω;如果要用扩展单元,其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰,应给PLC接上**地线,接地点应与动力设备(如电机)的接地点分开;若达不到这种要求,也必须做到与其它设备公共接地,禁止与其它设备串连接地。接地点应尽可能靠近PLC。
六、冗余系统与热备用系统
在石油、化工、冶金等行业的某些系统中,要求控制装置有较高的可靠性。如果控制系统发生故障,将会造成停产、原料大量浪费或设备损坏,给企业造成较大的经济损失。但是仅靠提高控制系统硬件的可靠性来满足上述要求是远远不够的,因为PLC本身可靠性的提高是有一定的限度。使用冗余系统或热备用系统就能够比较有效地解决上述问题。
1. 冗余控制系统
在冗余控制系统中,整个PLC控制系统(或系统中较重要的部分,如CPU模块)由两套完全相同的系统组成如图2所示。两块CPU模块使用相同的用户程序并行工作,其中一块是主CPU,另一块是备用CPU;主CPU工作,而备用CPU的输出是被禁止的,当主CPU发生故障时,备用CPU自动投入运行。这一切换过程是由冗余处理单元RPU控制的,切换时间在1~3个扫描周期,I/O系统的切换也是由RPU完成的。
2. 热备用系统
在热备用系统中,两台CPU用通讯接口连接在一起,均处于通电状态如图3所示。当系统出现故障时,由主CPU通知备用CPU,使备用CPU投入运行。这一切换过程一般不太快,但它的结构有比冗余系统简单。
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价格战,是很多行业都有过的恶性竞争,不少厂家为了在价格战役中获胜,不惜以牺牲产品质量为代价,而我们公司坚决杜绝价格战,坚持用优质的原材料及先进的技术确保产品质量,确保消费者的合法利益。