6ES7222-1HF22-0XA8使用方式

6ES7222-1HF22-0XA8使用方式

1  引言
    斗轮堆取料机是大型散装物料装卸机械，供电方式一般采用电缆卷筒或滑铝集电器，电压等级为AC380V 50Hz、三相四线制;如有条件采用高压电缆卷筒，电压等级为AC6kV 50Hz、三相三线向机上供电。在采用电缆卷筒或滑铝集电器，电压等级为AC380V 50Hz、三相四线供电系统中，其驱动机构中的斗轮与悬臂皮带机的驱动电机选用三相鼠笼异步电动机，功率较大，起动方式采用直接起动或自耦变压器减压起动，存在很多不足之处。采用直接起动，起动电流大，一般为电动机额定电流的4～8倍，造成供电电压**下降，影响同一电源其它电气设备的正常运行;采用自耦变压器降压起动，起动过程中会出现二次冲击转矩和电流，不能带载起动，控制线路复杂，维护不便。采用软起动器起动，无冲击电流，可恒流起动，可自由地无级调压至起动电流。

2  软起动器特性
(1) 使电动机起动电流以恒定的斜率平稳上升至设定值，对电网无冲击电流。
(2) 电动机在起动过程中保持恒流。确保电动机平稳起动，且不受电网电压的影响。这是由于在晶闸管移相触发电路中引入电动机电流反馈的缘故。当电网电压波动时，控制电路能自动改变晶闸管的导通角，从而使起动电流保持在原设定值。
(3) 起动电流上升速率可调，从而减轻电动机起动时转矩对负载的冲击。
(4) 起动时间可调。

3  软起动器控制
    以DQL1000/1500.35型斗轮堆取料机为例，笔者选用CMC—S22系列电子式软起动器，对斗轮、悬臂皮带驱动机构电动机进行软起动控制，斗轮机构驱动电机P=90kW、IN=164A，悬臂皮带机驱动电机P=90kW、IN=164A。供电系统采用滑铝集电器供电，上机电压为AC380V 50Hz、三相四线制。
    悬臂皮带机控制如附图所示:电动机主回路由断路器9QM2，正反转控制接触器9KM2、9KM3，旁路运行接触器9KM4，热继电器9EH1、半导体保护熔断器FU1-3，软起动器CMC-S组成（斗轮驱动电机单向运行其控制原理与悬臂皮带机控制相同）。
    控制信号由PLC继电器输出模块直接输出PK1、PK2，软起动器复位信号PK4;软起动器故障报警由端子5、6送出一无源常开点以及控制电源断路器9QM2，热继电器9EH1，控制电源保护断路器9QF1的辅助触点均送入PLC输入模块。控制及系统保护由PLC程序完成。
软起动器设置:
(1) 斜坡时间5s
(2) 起始电压60%UN
(3) 限流1.5～3IN
(4) 停车时间10s
(5) 设定控制功能为自由停车，起动加速

附图  皮带机驱动电机主回路及控制回路
    PLC输出点PK1或PK2闭合，软起动器对悬臂皮带机驱动电动机进行软起动，当起动过程结束后，SIKOTART 3RW22中的晶闸管元件处于全导通状态。旁路接触器通过SIKOTART 3RW22内的“motor runuing”继电器接点闭合，在起动周期结束后2s内，旁路接触器闭合，否则，SIKOTART 3RW22将进入全导通运行方式。如果旁路接触器异常，这时将发出一个故障信号。

3 软起动器参数设置
使用CMC-S软起动器时，一般将下列参数设定为:
起动时间 1M00 5s
初始电压 1M01 20s
刹车时间 1M06 3s
电流限幅值 1M08 2.5倍
其余参数可按说明书设定。
4 软起动器控制过程
    当设置完参数后，机床主轴电机可在设定时间内，从零转速到额定转速无级平滑地起动。起动完毕后，软起动器停止输出，旁路接触器闭合(正、反转通过旁路两个接触器KM2、KM3实现)。此时软起动器转为监控状态，对主轴电机运行进行保护。
    主轴电机停车时，CMC-S软起动器配合CMC-DZ制动单元实现制动停车。CMC-DZ制动单元带有信号采集、PID控制，且属能耗制动方式，在主轴电机三相绕组间输入直流电(需设置输出电压)。机床停车时，软起动器控制旁路接触器KM2或KM3断开，刹车制动节点闭合，KM1闭合，制动单元输出端接通主轴电机回路，ＤＺ制动单元通过安装在主轴上的转速传感器对电机转速进行并通过采样来的转速信号，以调节输入主轴电机的直流电压。在设定刹车时间内，当电机转速较高时，制动单元输出电流大，零转速时输出电流也降为零，从而使其主轴准确平稳地停止。
5 结束语
    此软起动控制系统能够准确地判别机床主轴的旋转状态，避免了机床的误动作，减少了主轴加工的辅助时间，使机床的保护性能趋于完善。减少了机床制动过程中机械零件的碰撞，延长了检修周期，节省了人力﹑物力开支。在西安昆仑厂﹑宝鸡机械厂等用户中得到了。

  桥式起重吊车（又称行车）是工况企业中十分常用的一种起重机械，主要结构分为：桥架、大车行走机构、小车行走机构及起升机构。其中，大车及小车机构带动吊车前后左右行走，起升机构拖动重物负载上下运动。

    吊车的大车、小车及起升机构在运动过程中，其阻转矩基本不变，可看作为恒转矩负载。重物上升时，电动机克服重力做功，属于阻力负载；重物下降时，当重力大于传动机构的摩擦阻力时，重物的位能成为下降的动力，电动机处于再生制动状态，此时重物属于动力负载。

    原型拖动方案

 

 

    吊车各部分的拖动系统，一般都需要调速。在变频技术成熟之前，绕线式异步电机转子回路串接电阻调速是起重机械中常见的调速方法。

绕线式电机主电路如左图所示：通过滑环和电刷在转子回路内串入若干段电阻，由接触器来控制接入电阻的多少，从而控制转速。该方案存在下述问题：

1．设备故障   

因工矿企业工作环境差，风尘、腐蚀性气体等易对电机滑环、碳刷及接触器造成不良影响，加之电机启动频繁，电流及机械冲击大，因此月平均故障率可高达数次；

2．控制线路复杂    

电机调速级数越多，需要接入的接触器就越多，这使得控制线路十分复杂，故障查除困难；

3．热功率损耗大    

转子回路串入电阻后，电机损耗功率以热能形式释放，能量不能回收，电阻需定时换。

 

 

4. 能耗分析

线绕式异步电动机的转子回路串入电阻后，其机械特性如下图所示。

    因转差变大，机械特性变“软”，在负载转矩TL不变的情况下，拖动系统的工作点由A点移到B点，转速由n1降为n2。其定子电磁输入功率分配情况如下：

1.       电磁输入功率为：

Pin = TL·n0

2. 电机输出功率为（曲线②）：

Pout = TL·n2

3. 电机损失功率为（曲线②）：

△P = TL·( n0- n2 )

如上图所示，①、②号曲线分别为线绕式电机转子回路串入电阻前、后的机械特性曲线。图中阴影部分表明电机在串入调速电阻后，其功率损失增大许多，且机械特性偏“软”，电机驱动能力明显下降。

   提升机变频调速方案

近年来，随着变频技术的日益成熟，以及变频器价格的不断降低，变频调速技术得到了越来越广泛的应用，加之国家对节电节能技术的积推广，起重机械的变频改造已成为趋势。

深圳市英威腾电气有限公司作为国内主要变频器制造商，始终致力于变频器的市场推广与行业应用。2004年推出的CHV系列矢量变频器，已广泛应用于注塑机械、提升机械、拉丝机械、纺织机械、数控机床等要求较高的场合。下文将以CHV矢量变频器为，详细阐述提升机械变频调速方案。

● 工艺要求及变频控制要点

1．调速范围

    大型吊车多采用有级调速，速度档位选择常采用凸轮控制器，调速比一般小于10；CHV矢量变频器具有16段速设定功能，在闭环矢量控制模式下，其调速范围高达1：1000，可轻松满足需求；

2．制动定位

    大车、小车及起升机构都要求有定位功能，较重负载制动定位时，拖动电机常处于再生制动状态；变频调速时，需加装制动电阻，采用电制动与机械制动相结合的制动方式，以确保准确停车；

3．吊钩启动

    吊钩从地面拖动重物启动时，为避免机械冲击，启动档的速度不能过快；CHV变频器具有丰富的加减速预设曲线，吊钩启动可选择“S”型加速曲线，保加程平稳顺畅；

4．溜钩处理

    吊钩拖动重物起停时，电动机与抱闸装置配合不当，容易造成重物滑落，即所谓“溜钩”问题； CHV变频器在闭环矢量控制模式下，0Hz运行时大可输出180%的额定转矩，能很好解决吊车溜钩问题。

  

 

●  节能分析

 

 

右图为异步电动机主回路串接变频器后的机械特图。

    图中曲线①为电机调速前的机械特性，曲线③为电机变频调速后的机械特性。对比可知，变频器调速的一个**优点就是在调速的同时能够调整供电电压，使电机的机械硬性基本保持不变。相比绕线式异步电机的转差调速，在负载转矩TL不变的情况下，变频调速具有较好的节能效果。其电磁输入功率分配情况如下：

1．电磁输入功率为：

Pin’ = TL·n0’

2．电机输出功率为（曲线③）：

Pout = TL·n2

3．电机损失功率为（曲线③）：

△P = TL·( n0’ - n2 )

● 变频器电控方案

如上图所示，该空调一年中负荷率在50%以下的时间过了全部运行时间的50%。通常冷却水管路的设计温差为5～6℃，而实际应用表明大部分时间里冷却水管路的温差仅为2～4℃，这说明制冷所需的冷冻水、冷却水通常都设计，这样就形成了空调低温差、低负荷、大工作流量的工况。

在没有使用节能系统前，工频供电下的水泵始终全速运行，管道中的供水流量只能通过阀门或回流方式调节，这必会产生大量的节流及回流损失，同时也增加了电机的负荷，白白消耗了许多电能。

空调水泵电机的耗电量约占空调系统总耗电量的30-40%，故对其进行节能改造具有很明显的节能效果。

● 节能理论根据

由流体力学理论可知，离心式流体（如离心式水泵、风机等）的输出流量Q与其转速n成正比；输出压力P（扬程）与其转速n的平方成正比；输出功率N与其转速n的三次方成正比，用数学公式可表示为：

Q ＝ K1 × n

P ＝ K2 × n2

N ＝ Q × P ＝ K3 × n3    (K1、 K2 、K3为比例常数)

由上述原理可知，降低水泵的转速，水泵的输出功率就可以下降多。如将电机的供电频率由50Hz降为40Hz，则理论上，低频40Hz与高频50Hz的输出功率之比为(40/50)3=0.512。

实践证明，在空调系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变水泵转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节及回流方式，能明显的节能效果，一般节电率都在30％以上。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对空调的平稳调节，并可延长机组及管组的使用寿命。

█ 节能方案分析

空调各循环水系统的回水与出水温度之差，反映了整个系统需要进行的热交换量。因此，根据回水与出水的温度差来控制循环水的流量，从而控制热交换的速度，是的节能控制方法。

● 冷冻水循环系统

冷冻水的出水温度是由主机的制冷效果决定的，通常比较稳定，因此冷冻回水温度可以准确的反映室内的热负荷情况。由此，对于冷冻水循环系统的节能改造，可以取回水温度作为控制目标，通过变频器对冷冻泵的自动调节来实现对室内温度的控制。

● 冷却水循环系统

冷却水循环系统同时受室外环境温度及室内热负荷两方面影响，循环水管道单侧的水温不能准确反映该系统的热交换量，因此以出水与回水之间的温差作为控制室内温度的依据是合理的节能方式。在外界环境温度不变的情况下，温差大，说明室内热负荷较大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水循环的速度；相应的，温差小则减小冷却泵转速。

● 方案结构示意图

一、空载调试

1.挤出机为单螺杆机，以10HZ运行5分钟，观察电动机的电流、电压是否平衡稳定，加热电流表\温度表、压力表有无抖动跳跃现象。注意一般不允许在空载下长时间运转，以免螺杆与机筒刮毛。
2.计量泵运转精度要求高， 运行频率来源应由操作器给定，加减速时要求稳定。
3.卷绕中的牵引辊、喂入轮要求起停快且时间同步。
4.牵伸同步控制中测角速度运转。同步器输出比例系数保持1.00，达到大工艺要求速度大致为：一道50HZ，二道52HZ，三道50HZ，卷曲55HZ，观察频率、电流的波动情况，其幅度应在允许范围之内。
5.切断中使用1个电位器控制2台变频器速度，要求起停时间相同，并且转速同步。
6.除挤出机、切断机外，其它电动机需空载以工频速度连续运转2小时，检查变频器、电动机有无异常情况。

二、投料负荷调试

1.挤压：此滤后压力上限定为14Mpa（压力由螺杆直径大小定）。为避免长时间低速运转，需定频率下限为5HZ。
参数：CD001=390，CD003=22，CD009=5，CD012=25，CD013=20，
CD033=CD034=1，CD035=2，CD058=02。
2.计量泵：依据料质工艺要求调整恒速运行速度，运转速度范围大致在25HZ——35HZ之间，常用27HZ。参数：CD000=25——35，CD003=22，CD012=CD013=25，CD035=2，CD058=02。
3.风机：调整其运行速度，达到冷却要求即可。参数CD000=44，CD003=20，CD008=48，
CD012=CD013=60，CD033=1，CD035=4。
4.卷绕：按计量泵出丝速度确定运行速度，每台变频器由其电位器单对应调速，注意加减速时间的调整。
①废丝辊参数：CD001=390，CD003=25，CD012=20，CD013=15，CD033=CD034=1，CD058=02。
②牵引辊同喂入轮：　CD001=390，CD003=25，CD012=5，CD013=15，
CD033=CD034=1，CD058=02。
5.牵伸：①将一、二、三道、卷曲的变频器模拟量频率恢复出厂值50HZ。
②同步器路输出对应的反馈源vf1由出厂值F改为1，即F-09=1。
③把同步器4路反馈的比例系数kf1出厂值0.2改为0.8，即F-25=F-26=F-27=F-28=0.8。
④按一、二、三道卷曲的顺序其输出的比例系数为F-17，F-18，F-19，F-20，确定三道为同步器的输出控制主电机，F-19比例系数保持为1.00，其余按生产工艺要求调整至符合张力要求，不同的牵伸要求只需调整不同的输出比例系数即可。
⑤卷曲要求起停速度快，且牵伸丝不能落地，可适当调整加减速时间。
⑥初始操作时可定上限35HZ，使用熟练后可定上限为：三道45HZ，一道、二道、卷曲47HZ。
参数：一道同二道同三道。
CD001=390，CD003=25.5，CD008=48（三道），CD012=CD013=15，CD033=CD034=1，
CD035=2，CD037=0，CD038=50，CD058=02。
卷曲：CD001=390，CD003=27.5，CD012=CD013=12，CD033=CD034=1，CD035=2，
CD043=3.0，CD058=02。
输送：CD001=390，CD012=CD013=5，CD033=CD034=1。
6.切断：调整曳引机上的配重以利于切断机运行速度的调整，切断机需定下限频率2HZ，低频段时增加转矩补偿。
参数：曳引机：CD001=390，CD003=27.5，CD012=CD013=5，CD033=CD034=1，
CD036=5，CD055=07，CD068=90，CD058=02。
切断机：CD001=390，CD003=27.5，CD009=2.0，CD012=CD013=5，CD033=CD034=1，
CD035=3，CD043=3.5，CD058=02。

 随着人们生活质量的提高，在生活用水方面的质量要求也越来越高。同时，由于工厂工艺的要求，对供水质量也得出了高的要求。变频恒压供水以其环保、节能和供水质量高等优点在供水中越来越得到认同。在城市小区化的发展中，采用以小区或社区为统一整体的供水方案，会使设备的利用率及节能比例大大提高，并减少初始投资和占地面积。

一、变频恒压供水代替传统恒压供水的优点

   1. 变频恒压供水能自动24小时维持恒定压力，并根据压力信号自动启动备用泵，无级调整压力，供水质量好，与传统供水比较，不会造成管网破裂及开水笼头时的共振现象。
   2. 避免了泵的频繁启动及停止，而且启动平滑，减少了电机水泵的启动冲击，增加了电机水泵的使用寿命，也避免了传统供水中的水锤现象
   3. 传统供水中设计有水箱，不但浪费了资金，占用了较大的空间，而且水压不稳定，水质有污染，不符合卫生标准，而采用变频恒压供水，此类问题也就迎刃而解了。
   4. 采用变频恒压供水，系统可以根据用户实际用量，自动进行，控制马达转速，达到节能效果。避免了水塔供水无人值班时，总要开启一个泵运行的现象，节省了人力及物力
   5. 变频恒压供水可以自动实现多泵循环运动功能，延长了电机水泵的使用寿命。
   6. 变频恒压供水系统保护功能齐全，运行，具有欠压、过流、过载、过热、缺相、短路保护等功能。

二、工作原理

    变频恒压供水系统采用一电位器设定压力（也可采用面板内部设定压力），采用一个压力传感器（反馈为4~20mA）检测管网中压力，压力传感器将信号送入变频器PID回路，PID回路处理之后，送出一个水量增加或减少信号，控制马达转速。如在一定延时时间内，压力还是不足或过大，则通过PLC作工频/变频切换，使实际管网压力与设定压力相一致。
    另外，随着用水量的减少，变频器自动减少输出频率，达到了节能的目的。

  近年来随着变频器技术发展，其性大大提高，生产成本降低，以优越的起制动控制特性，在各种行业得到了广泛应用，下面介绍海利普变频器在浙江某起重机厂的起重机中的使用情况。

一、系统配置

    根据起重机电机驱动的特性和技术要求，选用HOLIP-A系列变频器作为大、小行车行走机构的电机驱动。起重机大车运行方向有前后、小车运行方向有左右。依据运行速度要求又分为1——4档。加减速时间为3——6s。通常小车行走机构采用一台电机，而大车行走机构需采用2——4台电机。大、小车本身的惯性也较大，为防止电机被负载倒拖反转而处于发电状态，产生过电压，因此大小车变频器都配备了制动单元及制动电阻来释放能量。考虑到机械的振动及移动路径曲折时的反作用转矩，所以应充分注意机械的结构，制动电阻值要按吸收大再生电能的工况选定。起重机整个电气系统由PLC控制，变频器通过开关量端子接受PLC控制信号。小型起重机亦可使用变频器内置PLC控制，线路简单、使用方便。
变频器容量的决定：
    1. 定负荷移动时的容量P
       P=(W×u×V)/6120×η(KW)
      式中：W—额定重量（kg）
      u—移动阻力
      V—额定速度
      η—机械效率
      在室外的情况下，移动阻力中还须包括风阻和由于移动路径的倾斜度（水平度）而加大的阻力等。
    2. 变频器容量
     变频器额定电流﹥电动机额定电流×(k1×k3)/k2
     式中： k1——所需大转矩÷电动机额定转矩
      k2——1.5（变频器的过载能力）
      k3——1.1（余量）

二、变频器主要参数设置

   大车变频器带有几个电机时应运行于线性频率/电压特性。1—4档速度变化采用固定频率设定1档=5HZ、2档=10HZ，3档=25HZ，4档=50HZ，同时利用变频器的制动器接通、断开功能由输出继电器触点控制机械制动器，使行走机构在电机停止时不会由于外力而随意移动。注意中间电压和转矩补偿的调整，加减速时间因天车吨位大小而宜。
   CD012=6，CD013=6，CD033=1，CD058=02，CD059=04，CD076=2，CD000=5，CD080=10，CD081=25，CD082=50

三、结束语

    起重机采用变频器驱动后使整机性能有较大提高，如效、功率因数好、节能效果**；外部配线简单、配线费用下降；可无级调速、行走平滑稳定；电动机构造简单、性高，能在恶劣环境下使用，大大减少了维修工作量和易损部件，大地改善了维护性能；变频器自身保护功能齐全，如过流、过载、过压等都能及时报警及停止，减少了起重机故障，提高了性能。同时，变频器具有限流作用，软起动可以减少起动时对电网的冲击，有利于车间内其它设备正常运行。

   随着电子技术、计算机技术、自动控制与自动等技术的高速发展，反映到控制系统中来，它既能帮助车床自动化，又能提高加工准确度，因而就发展成为数控系统。

一、拖动系统的特点

   金属切削车床的基本运动是切削运动，即工件与之间的相对运动，切削运动由主运动和进给运动组成。在切削运动中，承受主要切削功率的运动称为主运动。在车床中，主运动是工件运动。
   金属切削车床的主运动都要求调速，并且调速的范围往往较大。金属切削车床主运动的调速。一般都在停机的情况下进行，在切削过程中是不进行调速的

二、主运动的负载性质

    通用车床的低段速，允许的大进量都是相同的，负载转矩也相同，属于恒转矩区；而在高速段，由于受床身机械强度和振动以及强度等的影响，速度越高，允许的大进量越小，负载转矩也越小，但切削功率保持相同，属于恒功率区。恒转矩区和恒功率区的分界转数称为计算转数，用nD表示。计算转速大小的规定大致如下：一般规定，从速起，以全部级数的1/3的速作为计算转速。随着强度和切削技术的提高，计算速度已大为提高，通常的规定是：以转速的（1/4~1/2）作为计算转速：nD≈n max/(2~4)

三、车床的大致构造与拖动

    1.以车床的主要部件有：①头架：用于固定工件，内藏齿轮箱，是主要的传动机之一。②尾架：用于住工件，是固定工件用的辅助部件。③架，用于固定车。④床身，用于安置所有部件。
    2.拖动系统：主要包括以下两种运动：
    ①主运动：工件的旋动为主运动，带动工件旋转的拖动系统。
    ②进给系统：主要是架的移动。
    3.主运动系统阻转矩的形成：主运动系统的阻转矩就是工件在切削过程中形成的阻转矩，切削功率用于切削的剥落和变形，故切削力正比于被切削的材料性质和截面积，切削面积由切削深度和走量决定，而切削转矩则取决于切削力和工件回转半径的乘积，其大小与下列因素有关：
    ①切削深度，
    ②进量，
    ③工件的材质与直径等。

一 概述
      由于玻璃钻饰品外型的特异性，玻璃钻饰品的加工和检测基本上处于手工或半手工状态，耗费较大的人力资源，效率低下，而且产品质量不一，很难**产品质量的均衡性和持续性。二年前受广东某玻璃饰品有限公司的委托，我公司代其开发机电一体化加工设备------玻璃钻饰自动磨钻机，目前该设备已投入试生产运行，本人自担当了整套设备的电控系统集成设计任务，该设备的自动化程度较高，逻辑控制比较复杂，设备的控制由三菱FX2N系列PLC和扩展模块以及FX2N-1PG特殊模块集成，本人在此想同大家交流一下该系统的集成过程和应用体会。

       二 磨钻机用途
      本磨钻机主要用于加工玻璃钻饰品，加工原料为球状态玻璃，可加工直径为φ1.0mm---φ10.0mm间的球状玻璃，加工面为17个，分别为台面一个，冠面8个，亭面8个 

      三 磨钻机组成

      为了减小设备体积，节约设备制造成本，提高生产效率，整台磨钻机设备设计成双边进料交叉加工形式，所以，整套设备有许多相同的部件，由以下各主要部件组成：粘杆夹具（4个）、上料机构（2个）、下料装置（2个）、翻转机构（2个）、磨抛机构（2个）、导轨齿条及支架等。

      整个设备长约8米，宽约2米，高度约为2米。外型见所附设备照片。

      四 磨钻机传动

     磨钻机夹具在水平方向的移动定位要求较准确，故采用导轨导向，齿轮齿条传动，步进马达驱动方式，磨头、抛头以及磨抛转换采用普通三相异步交流电机驱动，上料机构、夹具垂直方向运动、磨抛换面等均采用气缸气动传动。

      五 磨钻机加工工艺

      磨钻机加工工艺过程比较简单，设备单边加工工艺过程如下：粘沙——上料——烧结——磨切——抛光——（换面——磨切——抛光，共八个循环）——下料。

      六 磨钻机机械运动过程

      按每个位置加工功能分，磨钻机有四个加工工位，分别是：粘沙位、上料（下料）烧结位、转接位、磨抛位。由于两边的加工过程一样，所以以一边为例说明其机械运动过程。

      为了便于方便描述，把加工冠面的夹具称为冠面夹具，加工亭面的夹具称为亭面夹具，相应地，加工冠面的换向气缸称为冠面换向气缸，加工亭面的换向气缸称为亭面换向气缸，加工冠面的磨抛机构称为冠面磨抛机构，加工亭面的磨抛机构称为亭面磨抛机构。具体机械运动过程如下：（参看《磨钻机总图》）

      自动开始，系统找原位------在粘沙位冠面夹具和亭面夹具定位——冠面夹具和亭面夹具在气缸带动下同时向下粘沙——粘沙完成后两夹具向上——冠面夹具在步进马达的驱动下向前移动到上料位（而亭面夹具则在另一步进电机的带动下向前移动到转接位，并在翻转气缸的驱动下做180°的翻转，做好转接准备）——上料机构在气缸驱动下向上上料——上料完毕，上料机构向下，同时冠面夹具在步进马达的驱动下移动到磨抛位（冠面夹具开始作周期性往复慢行，直到抛光加工结束为止）——冠面夹具在气缸的驱动下向下磨台面——加工完台面，冠面夹具垂直向上，同时撤消冠面夹具定位，——冠面换向气缸1动作换面，——冠面夹具向下磨冠面，——磨完冠面1，冠面夹具向上——撤消冠面换面气缸1——冠面换向气缸2动作换面——冠面夹具又向下磨二冠面（如此这样，一直把八个冠面磨完）——然后，冠面夹具向上，磨抛机构在电机的驱动下做工180°的旋转，准备进行抛光，（抛光接着从后一个被磨冠面即八冠面开始）——冠面夹具向下——抛光八冠面——八冠面抛光完毕，冠面夹具向上——同时撤消冠面换向气缸8——冠面换向气缸7动作——然后，冠面夹具向下抛光七冠面（如此这样，直到把冠面抛光完成）——冠面夹具向上——冠面夹具定位气缸动作定位——冠面夹具向下抛台面——抛光完台面，冠面夹具向上（磨抛机构准备180°转换）——冠面夹具停止往复慢行，然后找基准——冠面夹具在步进马达的驱动下向后移动到转接位——亭面夹具向上转接玻璃球——点火烧结——亭面夹具向下——亭面夹具作180°翻转——转接完成，（冠面夹具则在步进马达的驱动下向后移动到粘沙位，开始冠面夹具下一周期循环工作）——亭面夹具移到磨抛位——亭面夹具撤消定位（亭面夹具开始周期性往复慢行，直到亭面磨抛加工完成为止）——亭面换面气缸1动作——亭面夹具向下——磨亭面——亭面夹具向上，撤消亭面换面气缸1——亭面换面气缸2动作——亭面夹具向下——磨二亭面（如此这样，直到把八个亭面磨完）——亭面夹具向上（亭面磨抛机构180°转换，准备抛光）——亭面夹具向下——抛光八亭面（接着从后被磨的八亭面开始抛光）——亭面夹具向上，撤消亭面换面气缸8——亭面换面气缸7向下——抛光七亭面（如此这样，直到把后一个亭面即亭面抛光完成）——亭面夹具停止往复慢行，找基准——亭面夹具向上（亭面磨抛机构准备180°转换）——亭面夹具定位——亭面夹具在步进马达的驱动下向后移动到下料位点火——下料——亭面夹具向后移动到粘沙位粘沙——（亭面夹具下一周期循环开始）

      至此，一个玻璃饰品的加工已完成。

      七 磨钻机控制方式

      设备控制有手动、自动、停止三种方式，在自动方式下又分为全自动和单步自动两种，停止也分为自然停止和紧急停止两种，下面加以详细解释：

      l 手动

       手动方式的设立主要是方便于设备调试、维护，在手动方式下，可任意起停各相对立的每一可动部件，如每一气缸运动、马达的起停等。

      l 自动

        自动分为全自动和单步自动。

        全自动是指设备两边自动同时上料交叉加工，完成一周期加工后，自动再上料加工，直到接收到停止或故障命令为止。

         单步自动是指设备一边进行全自动上料加工，另一边可不进行加工。

     l 停止

       由于设备自动工作后，一直处于不断自动上料加工状态，所以，设备停止分为自然停止和紧急停止。

       自然停止是指按下停止按钮后，设备并不马上停止，而是进行完当周期的加工并返回到原位后停止下来。

        紧急停止是指为发生意外或故障时设立的停止方式，按下紧急按钮时，机器马上中止当前的工作。

      八 控制关键

      l 冠面夹具和亭面夹具水平移动定位准确要求为10丝（道），除了步进电机控制精度要求较高外，还要考虑齿轮齿条之间间隙的影响。

      l 玻璃球饰品磨切和抛光时，是由升降气缸带动粘杆向下紧压在高速旋转的磨、抛平台上完成的，其磨切尺寸和抛光精度（包括台面磨切抛光）均由三个台阶式的气动限位块进行调节，气动限位块由两限位气缸驱动，气缸电磁阀采用双线圈锁紧式电磁阀，气缸可停在任意行程位锁紧，以实现三台阶定位驱动，这样自动配合磨切和抛光时的不同尺寸。

      l 冠面夹具和亭面夹具的找原位和找基准是否准确会影响到其水平方向的定位精度。

      l 逻辑关系、整机动作配合相当复杂，程序量较大（目前实际程序长度为3980）。

     九 控制系统集成方案选择

     控制系统集成基于可行性、性还有性价比等多方面因素来综合确认。下面就单片机控制、工控机（IPC）控制、PLC控制等简单比较说明。

     说明：基本控制约I/O=128/75，此外，还有四台步进马达控制。

     1 单片机控制

     l 性低     单片机本来抗干扰能力较低，从现在所要求的I/O总数来看，不论是MCS51系列还是MCS96系列单片机，都进行大规模的扩展，这样系统电路加复杂，进一步降低了系统的性。.

     l 开发成本高     单片机的售价并不贵，以目前市场价，较气的ATMEL也不过十几元钱一片而已，但简单从这表面上看这个问题是不妥的，以本人几年来单片机开发经验可知，要购入单片机开发装置（如器、烧录器、电源）和还要开模制版等，这都是一笔不小的费用。加上开发周期长所投入的人力物力，其价钱已远远地过应用PLC开发的费用。     

      另外由于设备是特殊设备，其控制系统性较强，通用性较差，为其投入过多的开发费用不值得。  

    l 开发周期长     单片机的开发周期较长，从电路设计、开模制版、编程、、调试等经历非常长的周期，工程师往往要花大部分的时间在硬件设计和编程调试处理上，对为重要的工艺过程往往没有多的时间考虑。

     l 不便于修改和维护     利用单片机开发的设备往往是的特殊设备，在市场上往往不能     找到可替代的备件，所以不便于维护，这是用户不愿看到的。

      基于以上（不限于）的原因，本人认为此方案不适用

     2 工控机（IPC）控制

     无疑，从性来说，IPC要比单片机要好得多，但其价格昂贵，不计其整机价格，单就要满足I/O点数据的板卡量（32通道，约10块）费用就不少，其价格要远远采用PLC控制的价格。

      为重要的是工控机新换代较快，不但硬件如此，而且根本的操作系统也不断地新换代，换句话说，如果设备控制系统出现故障，换硬件，可能意味着新操作系统，进而导致整个系统的应用软件（包括界面）都要重新设计（或开发），这对太多数用户来说是不能接受的。

      所以，本人认为此方案也不适用。

     3 PLC控制

     l 性     自台PLC诞生就是应用于工业现场控制，不可否认，PLC的性得到了工控业界的认可。据近统计显示，目前采用PLC控制的设备份额达90％。

     l     就此设备的控制来说，采用PLC来进行的设备开发和控制费用都要远远采用单片机或IPC的费用，其系统可大可小，小的几点，大的数千点，甚至上万点，很好解决工业控制问题，适用于很多场合。

     l 开发     采用PLC进行设备控制，工程师无须花太多的精力在硬件的处理上，采用积木式结构很快可以形成系统电路，大部分精力集中在工艺的了解处理和程序的编写上，有利于设备的快速开发，程序的编辑、修改和调试也都可随时进行，缩短了开发时间。

     l 性能加强     随着微电子控制技术的发展，PLC的处理能力也越来越强，其通讯能力、运算处理能力、容量（I/O容量和程序容量）等都有长足的发展。

     所以，从性和性价比等方面来说，本人认为采用PLC控制是适合的。

     4 PLC选型

     目前世界上PLC众多，由于各公司的发展战略不同，价格也参差不齐，性能特长也各不相同，但从市场占有情况来说基本上可以划为两大阵营，一是以Rockwell、SIEMENS、施耐德等公司为的欧美洲流派，一种是以MITSUBISHI、OMRON、富士等公司为的日本流派，它们各有特点，各有所长，欧洲流派以大型系统而见长，而在中小型系统方面则是日本流派一统，占据了市场大部分份额。

      下面以占有率较高的SIEMENS和MITSUBISHI为例，按所要求的数字量I/O点进行配置（暂不包括步进控制），以目前的市场报价进行统计对比，以便确定哪一种PLC加适合本系统的应用。

      按I=128点，O=75点，另加四台步进电机控制进行配置，考虑到用触摸屏可节约大量的输入点，经初步统计实际I点按约64点配置即可。（其余I点由HMI软元件满足）

     下面为SIEMENS的S7200系列PLC的I/O配置表

    

     下面为三菱（MITSUBISHI）FX2N系列PLC的I/O配置表

    

     上面比较可以说明，同档次的PLC，基本配置相同I/O时，用SIEMENS所花的费用比用三菱要贵多两倍，当然，对此系统配置来说，问题还远远不如这些，因为用SIEMENS配置需要用14个扩展，已远远地过了其一个CPU多只能带7个扩展模块的限制，还有就是S7200系列还没有相应的定位模块，换句话说，用S7200系列的PLC根本无法完成此系统的功能，除非用多个CPU或者用S7300系列才有可能完成此系统的功能，这样费用高。

      反观三菱的PLC系统，只带一个扩展就完成了配置，而且还可以轻松带4个定位控制模块，也不会出其大配置的限制。而且，其特有的顺控指令对处理复杂的逻辑关系又是其它PLC不能相比的。

     日本公司的PLC产品正是凭借其自身的优点，进入世界各大市场，据有关资料报道，在中小型系统PLC方面，日本产品占据了世界上约70%的份额。而三菱系列的PLC是占据了国内大部份市场份额。

      所以本系统选用了三菱的PLC作为控制系统。

     十 系统集成简介

     本系统选用日本三菱的PLC为控制系统，下面对整个系统的集成简单介绍：

     1 系统结构与控制原理简介

     本系统由一个FX2N-128MR-001主体CPU，一个FX2N-48ER扩展模块，四个脉冲定位控制模块FX2N-1PG，一个人机界面（HMI），四个步进马达驱动模块组成。

      HMI与PLC直接通过通讯口进行通讯，系统参数的设置以及手动时的各部件的操作均通过HMI进行；FX2N-48ER作为系统的自然扩展，自动识别，直接利用其I/O点；四个FX2N-1PG上与PLC以FROM/TO指令进行数据交换，下输出高速正(或反)脉冲对驱动模块进行控制，完成定位驱动控制。

  3 输入分配

     输入主要分配给必要的行程、位置检测、系统工作方式选择、部分交流马达的驱动与控制等，对于手动方式操作的大多数输入选择（约占输入的80%）通过HMI软元件执行解决。

     系统按完善配置的话，需要输入点数多达128点，但有的输入点数只在设备调试和维护过程中用得较多，在自动工作过程中运用较少，所以，把系统不必要的输入点集成到HMI中用软元件来代替，这样一来减少系统输入模块的配置，二来节约大量接线、灯、按钮等费用，三来简化了电控柜操作面板（让120多个手动按钮集成在HMI上，还有部分工作状态指示），四方便系统参数的改与设置，有利于调试、五提高了设备控制的档次和性能，对设备常见故障可以给帮助提示，整体费用也得到下降。

     就本系统来说，事实上如果不用HMI，采用增加输入模块的方法解决输入不足，这样所花的费用多。

     4 输出分配

     输出分配给四台三相异步电机和气缸（共62个气缸）驱动的电磁阀以及四台步进电机的辅助控制，此外还有少量辅助部份控制。

     5 主要组件简介

     l FX2N-128MR-001

      FX2N可以是三菱公司目前FX系列PLC中性能的 系列机型之一，大量的软元件、丰富的应用指令以及内置大容量的程序存贮器，即使面对复杂的控制，也可以从容应对，其位执行指令达0.08μS，如此速度比SIEMENS的S7-200系列要快几倍，即使SIEMENS的S7-300也不过0.32μS而已 ，这足以证明FX2N的优越性，本人长期对各种的PLC应用体会，FX2N系列是性价比不错的机型，在小型控制系统中，FX2N系列一直是本人的之一。

     l 脉冲输出模块FX2N-1PG

      作为定位控制用的脉冲输出模块FX2N-1PG，可作单轴控制，大输出可达100KPPS，针对定位控制的特点，该模块具有比较完善的控制参数设定，如目标跟踪、运转速度、爬行速度、减速速度等等各种参数，这些参数都可通过PLC的FROM/TO指令轻松设定。除高速的响应输出外，还准备了常用的输入控制，如正、反限位开关、S**、DOG（近点信号）、PGO（零点信号）等等。

     此外，还内置了许多方便的软控制位，如返回原点、向前、向后等，对这些特定的功能，只要通过设置特定的缓冲单元已定义的位就可实现。如通过如下简短程序，当按下返回原位按钮（本例用X10）或通过触摸屏内置位某软元件（本例用M66）即可驱动设备返回到原位，这对定位控制来说是非常方便而重要的。

     LD M8000

     TO K1 K25 K4M260 K1

     LD X10

     OR M66

     OUT M266

     十一 应用体会

     本人在长期应用三菱公司的FX系列产品中，有如下几点体会：

     1 功能强大

     FX系列PLC配置了强大而完善的功能指令，尤其是FX2N系列PLC，按其功能分类共有程序流向、传送和比较、四则运算和逻辑运算、循环移位与移位、数据处理、高速处理、便利命令、外部机器I/O、外部机器SER、浮动、时钟运算、二进制循环码以及接点比较共13大类130条指令，如PID运算、浮点运算等，而其它的PLC往往在系列中才配置有较完善的指令。所以，在完成一些特别的功能时，用FX系列的PLC就可轻松配置完成，例如此系统的的配置，如果采用SIEMENS的PLC，至少要用S7-300系列的PLC才能完成此系统的控制功能。

     2

     对于系统集成来说，价格不单是指单个自动元件的价格，主要是完成整个系统的配置的费用，FX2N系列PLC有比较完善的各种配置供用户选择，并且有多种类多规格的特殊模块供用户选择，你总是可以在众多的配置中做出你需要的合适的性价比较高的选择，以本例来说，如果采用SIEMENS的S7-300，则费用可能要高约50%左右。

     3 系统配置完善

     如果按I/O点数来分，FX2N系列共有6大基本单元，如果按输出类型分，则共有三大类共17种基本单元；扩展单元有12种，同时还兼容FXON系列的扩展模块，除此外还有各种模拟量模块、定位控制模块及其它通讯机能模块，基本上满足各种小型控制要求。

     4 应用方便简单

     如果你对多数厂家的PLC都有过应用经验的话，应该不难体会出FX系列的PLC应用非常简单，无论从选型还是硬件组态及软件编程，它避免了其它公司除产品型号外还有一大串定货号的烦琐要求；也没有过多的通讯协议，让人感到无所适从，即使是新手上路也会很快掌握其方便简单的应用。

     十二 结束语

     目前此设备处于试产阶段，生产周期约为3分钟，每周期生产钻饰品约260个，节约生产工人几十人，而生产产量和质量都得到大幅度的提高。

     系统运行几个月来，平均每天工作约十六个小时，到目前为止，系统一直正常运行，说明此次控制系统的选择和集成是成功的