西门子6ES7365-0BA01-0AA0功能参数

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1 引言

近年来，随着我国自动化技术的提高，工厂自动化也上了一个新台阶。PLC作为一个新兴的工业控制器，以其体积小,功能齐全，价格低廉，性高等方面具有特的优点，在各个领域获得了广泛应用。

作为国内大的印刷机生产厂家---北人集团公司，为了使产品性能稳定，易于维护，我们采用了以PLC为主控器的控制方案。由于双色印刷机要求易于操作，精度高，故其输入，输出点较多，因此采用了双机通讯。上位机采用三菱FX2N-80MR+32EX+4D/A，主要负责主传动的控制，各机组离合压的控制，以及气泵，气阀的控制等。下位机采用三菱 FX2N-64MR+4A/D,主要负责水辊电机的控制，主传动的调速输出，调版电机数据采集等。同时选用了一台三菱5.7寸触摸屏，主要负责水辊电机速度显示，调版显示，以及整机故障显示等。本系统运行，维护方便，操作简便直观，大大提高了胶印机的档次，受到用户。

2 系统结构

本系统结构图如下：

其中 ，上位机与下位机采用了RS485通讯，通讯方便，。对多色机而言，因素很重要。在设计中 ， 每个机组既要考虑到控制，其中包括本位机组的急停，按钮；还要考虑方便操作，包括每个机组均应有正点  ，反点按钮。因此，一方面输入点增加很多；另一方面，走线也很不方便。采用双机通讯，可以很好地解决此问题，各机组的走线可以按照就近原则，进入离它较近的控制柜内，既节省了走线，也方便了控制。 

由于印刷机是一个精度较高的机械，印刷品的好坏一方面在于机械加工以及安装的精度，另一方面，也取决于水路，墨路的平衡以及合压的准确性。双色机的每一色组，都有水路和墨路装置。为了便于水辊速度的调节，每根水辊都用一个变频器控制，同时，主电机速度也需要变频器调节。因此，为了实现多路速度调节，我们采用了三菱4D/A数模转换器，它将PLC方给出的数字量，根据相应的算法，转换成0~10V直流电压输出，很好地实现了多路速度调节要求。

在印刷过程中，调版是一个比较繁琐的过程。尤其对多色机来说，各组版对正的精度会对印品产生很大的影响。如果套印不准，印刷品就会出现字面重叠或影像不清。一般来说，印版轴向调节范围为-2mm~+2mm ,周向调节范围为-1mm~+1mm。如果使用手动调版，会浪费很多时间，而且精度不高。为了实现自动打版，我们在版辊上安装了电位器，通过电位器将模拟量传送给4A/D，经过PLC处理，可将版辊的转动精度很好地控制在打版范围内。

触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境。用户可以自由地组合文字，按钮，图形，数字等来处理或监控管理随时可能变化的信息。随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，无法提率。但使用人机界面，能明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动。使用触摸屏，还可以使机器配线标准化，简单化，同时也能减少PLC控制所需的I/O点数，降低生产成本，也相对提高整套设备的附加。三菱触摸屏和三菱PLC有很好的通用性，能在线监视并修改程序，不必很麻烦的重复插拔接口。

3 软件设计

3．1 给纸设计

印刷机整体的电气设计还是比较复杂的，对时间的要求也很严格。在机器的很多地方装有接近开关，用来检测不同的时间点。在印刷过程中，走纸的好坏是影响机器质量的一个重要环节。所谓纸走的好坏，指的是无歪张，双张等现象，如果有歪张，双张现象，在高速情况下，就会将走坏的纸，卷入机器内，从而破坏胶皮，给用户带来很大损失。此过程流程如下：

在实验中，我们发现，按照上述流程编制的程序，在低速没有问题，但速度增高至7000r/h后，就会出现歪张锁不住现象。究其原因，主要是因为光头反应时间和磁铁动作时间滞后造成。程序在执行过程中，采用循环扫描方式，为了让电磁铁输出提前，在设计中，我采用了中断和三菱编程指令的输入输出刷新指令，使电磁铁输出立即执行，提前了电磁铁动作时间，即使在12000r/h的速度下，也能很好的锁住有故障的纸张，解决了给纸的一大难题。

3．2离合压设计

离压，合压在印刷中具有很重要的作用。离合压的准确性，对印品质量的好坏有着直接的影响。合压过早，会弄脏压印辊筒，给操作带来很多不便；离压过早，会使后一张纸印不上完整的图案，造成纸张浪费。 

印刷时，版辊筒与胶皮辊筒先合压，胶皮辊筒与压印辊筒后合压。在我们的机器中，合压全部采用了气动装置，每个气缸都有一个动作时间。由于印刷速度是多段速，在3000~12000r/h之间，根据用户需要可选择不同的速度。但是，气缸动作时间是一定的，齿轮转过角度是一定的，因此，机器速度不同时，合压时间也不同。为了解决此问题，我们根据理论计算值，找出对于不同机器速度时，机器的延时时间。采用比较指令，当机器段速与理论值相等时，延时相应的时间，使压印辊筒与胶皮辊筒准确合压。经过多次试验，离压，合压都没有问题。

3．3 人机界面设计

    在人机界面中，设计了7幅画面，包括整体图形，故障显示，机器速度和计数显示，水辊速度显示，调版监控等。故障显示使用指示器，给出位元件即可实现闪动效果，让操作者很方便的知道故障部位，整体感很好。在水辊速度显示中，设计了一个柱状图，可以显示水量增加大小，只需按下柱状图，就可增加水量，同时也可方便监控。如图所示： 

4． 结束语

    印刷机的一套电气设计属于系统设计，包括硬件，软件设计，涵盖范围较广。这里，我只简单介绍了其中比较重要的几部分，其它细节还有很多，这里不再一一列举。使用三菱的一套控制系统，感觉，方便，在机器批量生产过程中，没有发现大问题。其PLC功能齐全，，指令简洁，与其他产品相比，感觉三菱整体软件系统界面都比较友好，给用户编程，维修都带来大方便。其触摸屏与PLC有很好的通用性，可通过触摸屏]监视并修改程序，这是其它产品所不能匹及的。总之，三菱的工控元件给设计人员和用户都带来了很多方便。

引言

机械手广泛用于机械制造、冶金、电子和轻工等部门，其执行机构一般由液压、气动或电机来完成，由于气压技术以压缩空气为介质，结构简单、重量轻、动作、平稳、、节能，工作寿命长，特别是对环境没有污染、易于控制和维护，因此机械手的驱动系统常采用气动技术。机械手系统的部分是执行系统和控制系统，这里我们介绍基于三菱FX系列的PLC来实现对气动机械手的控制。

1 系统结构和功能介绍

如图l所示，机械手的终端是一个气动夹爪，可以实现抓和放的动作，由一个双作用气缸和一个双电控电磁阀来完成控制;气动夹爪安装在一个垂直方向的双作用气缸上，能实现上升和下降动作，方向的控制由一个单电控的电磁阀来完成;垂直方向的气缸又安装在一个水平方向的伸缩气缸上，能实现伸出和缩回动作，水平双作用气缸由一个双电控的电磁阀完成;水平气缸再安装在一个双作用旋转气缸上，能实现左旋和右旋动作，我们希望它能停在活动范围的任意位置，因此选择了一个双电控的三位五通阀来控制。因此机械手的动作由4个电磁阀共7个控制点来实现其旋转、伸缩、上下和抓放的动作，其气动系统原理图见图2。

另外，气动机械手的感知部分采用了这样一些信号开关：左右限点各用1个电感式传感器，伸缩的前后限点各采用了1个标准型的磁电开关，上下限点也各采用磁电开关。这样这个机械手系统上就有了6个信号采集输入点。后机械手再配上2个按钮，分别用于启动和停止。这样本气动机械手的主要输人点有8个(见表1)。

本机械手功能是将一边的工件搬到另一边，如将一条生产线的工件搬到另一条生产线，或将一个工作站的工件搬到另一个工作站，工作顺序为：(上电).+复位_+(启动)-+伸出_+下降.+抓工件一+上升一缩回_+右旋_+伸出_下降-+放工件_+上升_缩回一左旋一+循环。

2 PLC控制设计

2.1 PLC L/O表和PLC VO接线图

机械手系统与PLC的L/O表如表1，与PLC的VO连接图如图3所示。

2.2软件设计

           　机械手动作是：设复位状态为左边、伸缩气缸缩回、气爪放松。因此上电后复位就是需要左旋至左限、缩回至后限、放松气爪;按下启动按钮后，伸缩气缸伸出，直至前限点;下一个动作是机械手下降至下限点;然后抓工件，此处由于没有传感器，可安排一定的保持时间，如l s;接下来的动作是机械手上升至上限;然后缩回至后限;接着机械手右旋至右限;机械手再伸出至前限;然后机械手下降至下限;下一步是将工件放下，完成工件的搬运工作;接下来机械手应返回原始位置，即先上升至上限，然后缩回至后限，再左旋至左限，即原点。至此，气动机械手通过13个动作完成一个工作周期，可返回进行下一个循环。这里，我们注意到机械手都要在缩回后再旋转，这时为了避免悬臂梁过长而造成干涉或者机械的笨重。PLC控制程序的功能图见图4，将此功能图转换为梯形图，就可以成为PLC控制程序，从而实现对本气动机械手的动作控制。

梯形图的设计：梯形图的编制方法很多，可以用起保停的方法，即按条件起动然后保持(自锁)，下一个状态成立时切断上一个状态;也可以使用[SET]和[1iST]来完成;比较典型的是以[STL]为特征的步进梯形图;如果要精简一些，我们也可以用移位指令来完成，如本例可以用[SFTL MS0 M0 K14 K1]，其中SFTL是左移位指令，M50是补位的，M0是起始状态继电器，K14表示共14各继电器，即M0～M13，K1表示一位一位左移。部分程序如图5。

3结束语

由“可编程序控制器一传感器.气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面。电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC的输出功率在增大，由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC，而阀岛技术的发展，又使PLC在气动机械手、气动控制中变得加得心应手。气动技术经历了一个漫长的发展过程，随着气动伺服等技术走出实验室，气动技术及气动机械手将迎来崭新的明天。

在工程设计中常常会遇到控制系统信号太多而PLC输入点不够用的情况，而增加硬件则需要追加投资。如何利用现有设备处理尽可能多的数据点是一个值得我们探讨的问题。

（1）减少所需输入点数的方法

a.分组输入

自动程序与手动程序不会同时执行，可考虑把这两种信号叠加起来按照不同的控制状态要求分组输入PLC。

b.触点合并输入

如一个两地启动，三地停止的继电器—接触器控制。在该为PLC控制电路的时候，可将三地停止按钮串联接一个输入点，将两地启动按钮并联接一个输入点，这样所占用的输入点数大大减少。而实现的功能一样。

c.充分利用PLC的内部功能

利用转移指令在一个输入端上接一开关，作为手动/自动方式转换开关。

运用转移指令可将手动和自动操作加以区别。利用计数指令或者位移寄存器，也可利用交替输出指令实现单按钮的启动和停止。

（2）减少所需输出点数的方法

a.通断状态相同的负载，在PLC的输出点功率允许的情况下可并联于同一输出端点，即一个输出端点带多个负载。

b.当有m个BCD码显示器显示PLC数据时候，可以使BCD显示器并联占用4个输出端点，即一个输出点带多个负载。

c.某些控制逻辑简单，而又不参加工作循环，或者在工作循环开始之前启动的电器可以不通过PLC控制

 一、前言

随着微电子技术和计算机技术的发展，PLC(可编程控制器)不仅用逻辑编程取代了硬接线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理的功能，真正成为一种计算机工业控制装置。PLC的功能远远出逻辑控制、顺序控制的范围，所以在工业发达国家，PLC在其自动化设备中的比例占。近年来，我国的PLC技术也从初期的引进、消化走向吸收和推广应用阶段，并且在许多工业领域了良好的经济效益和社会效益。面对这种形势，高等院校为好地适应于我国经济、科学技术和社会的发展，在相关院系中普及PLC技术教育是十分必要的。对航海院校而言，随着船舶自动化程度的日益提高，PLC技术在主机、辅机和电站等设备中逐步推广应用，这就要求航海教育与之相适应，特别是轮机工程强化PLC技术的教育。同时为了适应IMO(海事组织)STCW78/95公约的要求，除了在校轮机本、专科学生的《轮机自动化》课程中包含PLC原理与应用外，海事局委托的轮补电船员培训班中也要求开设《PLC原理与应用》课程，并辅以一定量的实验。鉴于此，建立面向船员教育的PLC实验室成了刻不容缓的任务。

二、建立PLC实验室的总体方案

实验室是学科建设和发展的基础，是教学与科研的基地，是衡量高等院校办学水平和科研水平的重要标志，所以我们PLC实验室建设的目标是建成为能适应现代船员教育、符合STCW78/95公约要求的、高标准的开放型实验室。实验室由两大部分构成：

1、基础实验部分　——　制作一批以PLC为的标准实验板，输入端由若干个开关和传感器组成，输出端为一些指示灯、继电器和熔断管。因PLC实验不同于一般电工电子实验，它需自己编程，输入PLC调试通过，动手性强，但不成功率较高，有了标准实验板，性、直观性提高，教师可以放手让学生大胆实践，让他们自己选题、自接线路、自己调试，指导教师在整个过程中的作用只是引导、检查、把关和解决学生疑难问题。

2、科研开发部分　——　为教师提供科研活动、技术开发的场所。充分发挥教师在技术上的优势，为航运企业及相关部门解决一些PLC应用上的问题，进行模拟试验或做些产品开发。这样既回报了社会，又为学校筹集教学和科研经费提供了条件，与此同时还能提高教师的科研水平和教学水平。主要设备有计算机、编程软件、数据连线和若干套PLC等。

三、PLC实验室的建设

99年底我院购买了三菱(MITSUBISHI)公司FX2N-48MR微型可编程控制器12套和FX-2P便携式编程器1套，利用这些设备我们设计制作了十块实验板，外壳用金属薄板弯制成型并作静电喷塑处理(蛋青色)，居中是PLC(便于看请PLC上的各输入输出端状态指示LED)，左上角为~220V电源输入、开关、电源指示灯、DC24V接线柱和保险管，考虑到学生操作的方便，我们把输入端控制开关和传感器接线柱布置在实验板的下半部分，而把输出端继电器、交流接触器、接线柱和指示灯布置在上半部分(该PLC输入端X0~X27在上面、输出端Y0~Y27在下面)。由于该PLC的输出电路无内置保险，为了防止负载短路等故障烧断PLC的基板配线，每4个输出点(也就是一个COM点)设置一个保险。该PLC性能优良，有继电器、三端双向可控硅开关元件和晶体管三种输出类型，可以接多种输出入扩展设备，而且使用简便指令就能完成不少实验。为了使实验教学的效果理想，还做了几块示教板供演示用。从2000年3月开始我们按照新编的实验指导书开设了《PLC基本组成及输入输出接口的认识》、《灯循环点亮和延时点亮PLC编程》、《PLC在交流电机控制系统中应用的演示性实操》三个基础实验。考虑到目前PLC在船舶上的广泛应用，如主机遥控、船舶报警监视、燃油锅炉自动控制等系统中都有应用，同时也是为了适应现代条件下船员教育的新特点，我们以PLC为逐步研制几种用于教学的船用设备模拟器，下面就以锅炉控制模拟器为例作一简要介绍：

在柴油机动力装置中所采用的锅炉都称为辅锅炉，由于船舶机舱中这类辅助设备很多，因此辅助设备的自动控制是实现“无人值班”机舱的必要条件之一。实现辅锅炉的自动控制就要了解其燃烧时序控制，见图1。

按照锅炉的控制框图我们了程序的整体结构，考虑到是模拟器，特别增加故障设置部分，以加强教学功能。我们从思南工控网站下载一个三菱FX2N编程软件，并买了数据线，开始着手编写锅炉控制模拟器程序。程序初稿出来后，经过逐段逐句的反复推敲、调试才全部输入PLC作后的测试，相应的硬件和接线也在同期完成。终程序由358句、719行构成。例如图2提供的是点火过程部分的一段梯形图。模拟器的形状是落地柜式，外壳是用薄金属板弯制焊接成型并经静电喷塑处理(蛋青色)，上半部分为指示灯、蜂鸣器和仪表，中间斜面部分是控制面板(分三个部分，见后面说明)。

图3 锅炉控制模拟器的系统示意图

图3是锅炉控制模拟器的系统示意图，面板主要由燃烧控制、水位控制和故障设置三部分组成，布局比较简洁直观。我院设有锅炉实验室，有一套经过改装的日产旧锅炉供教学使用，但就教学、科研而言，真实设备也有其明显的不足之处，如频繁起动损坏、使用费用高和许多故障不能再现等等，模拟器正是弥这些缺陷。

四、结束语

PLC实验室建成以来，已有近600人做过实验，教师和学生反映普遍良好，并了海事局等管理机构的验收。这对于好地适应IMO(海事组织)STCW78/95公约的要求，提高宁波大学船员教育和培训管理的质量都有重要的意义。当然，实验室还存在着不足，有待于进一步的改善与发展。我们准备在扩展实验项目、继续开发应用PLC的船舶机舱设备模拟器以及实验器材上增加PLC的和型号这三个方面使PLC实验室上一层楼。