西门子6ES7221-1BH22-0XA8实体经营

西门子6ES7221-1BH22-0XA8实体经营

    本文介绍了台达小型PLCEH型应用于剑杆织机的主控电气控制系统，提出了国产化剑杆织机主控电气的一种解决方案，说明了PLC在织机设备上应用的广阔前景。
1、设计背景
    从近几年的纺织机械展览会上可以看到：国外的织机制造商，如日本津田驹工业株式会社和丰田公司、意大利的SOMET公司、比利时的PICANOL公司、瑞土的SULZERTEXTIL公司和STAUBLI公司等，机电一体化技术经过几十年的发展，各自形成了具有很高自动化水平的电气控制系统，普遍采用新型高速的微机群或计算机系统和人机界面，具有自诊断和数据采集管理功能，实现电子选纬、电子多臂等控制。而国内的无梭织机其技术水平与国外差距较大，国产剑杆织机的产量很大，但使用的技术普遍是从国外八十年代的机型改进而来，大多采用商用微机，并且档次不一。近两年，中纺机、经纬纺机、聊城纺机、龙力机械和杭州精工等厂家都把PLC应用于剑杆织机的电气控制。本文就使用台达EHPLC为而构成的剑杆织机主控电气系统作一介绍。
2、剑杆织机自动化系统分析
    通常剑杆织机电控部分分为电子送经、收卷和主控三部分。可见主控部分主要实现织布的功能，其控制对象主要包括主电机、多臂电机、寻纬电机、离合器等。
2.1 点动
(1) 点动的作用
调整滚轮梳位置
断经后重新开车准备
(2) 点动流程
2.2 盘车

(1) 盘车的作用：手动装布

(2) 盘车流程：
2.3 正反寻纬

(1) 正反寻纬作用

手动调整综框位置
手动调整行程开关位置
(2) 正反寻纬流程
2.4 开车

(1) 开车作用：织布

(2) 开车流程。

1前言
套管烫印切断机是实现套管连续自动传送、热烫印商标、切断的设备。它是电容器生产过程的重要设备。由于本公司在国内**业中起步较早，国内无法找到这种设备。考虑进口设备太高，而且不一定能适合本司要求，公司与南通大学联合开发了这套套管自动烫印和切断设备。它能够适应各种规格批次，具有定长控制准确、生产效等特点。

2工艺参数及调节范围及控制精度要求
2.1工艺参数
套管折径宽度：30 – 170 mm
套管厚度 ：0.1– 0.5 mm
烫金纸宽度：60 ± 1 mm
2.2调节范围及控制精度要求
进给长度：1 – 500 mm连续可调，误差范围±0.5%
进给速度：40 – 450 mm/s连续可调
烫金头温度：10℃ – 300 ℃连续可调
烫金时间 ：0.00 –2.00 s连续可调
进给长度 ：1 – 300 mm连续可调，误差范围±2%
进给速度 ：120 – 300 mm/s连续可调

3系统硬件构成
系统主控制采用FX1N PLC，它是三菱公司推出的小型可编程序控制器。它具有紧凑的机身设计，电源、CPU、存储器、输出输入组成一个单元的可编程序控制器，同时在AC电源DC输入型中内置传感器用的DC24V供应电源。具有一定的扩展单元，可使用FX0N系列和FX2N系列的扩展模块和扩展单元，输入输出扩展设备大可扩展至128点。强大的指令功能，支持输入输出高速处理，如高速计数、脉冲输出功能。可进行各种链接，便于与人机介面链接以及较高的性价比。无疑能够满足我们控制的需要。
烫金加热温控采用FX2N-2LC温控扩展模块，省去老式温控器，无须模拟量模块就可轻松将温度值传至人机介面，达到温度的控制。
套管定长输送由三菱公司的MR-J2S-40A交流伺服放大器与HC-KFS43伺服电机构成。
烫金纸定长输送系统采用日本东方电机出品的UPK569AJW步进机构。
三菱公司的F940GOT-SWD-C触摸屏构成人机的交换窗口。F940GOT-SWD-C为5.7英寸8彩色人机介面，具有许多特点：与外界链接方便，通过自带RS-422接口、RS-232C接口实现编程与PLC通信；阔视角的液晶显示，具有LCD背光照明功能，即使无光照也能看清显示内容；内置FX-10P功能使PLC顺序程序的调试及保养变得方便，在F940GOT轻松完成PLC程序的读出、写入、插入、删除、监控；通过菜单设定可以显示日文、英文、韩文、及中文汉字，提供丰富的图形编辑功能；通过定义触摸键替代普通控制按钮作为控制键；为保护PLC程序，可以设定密码，禁止读出与写入。

4工作原理与控制方案
整机工作原理如图1，套管定长传送过程实现：PLC的Y1发出伺服脉冲，通过MR-J2S-40A交流伺服放大器驱动HC-KFS43伺服电机，再经过减速机带动主动辊1，带动套管定长传送。套管长度、传送速度、产品数量的检查、设定全部在人机介面完成。并且可以预设目标数量，到达自动停机。对于套管有无、位置偏移的检测全部有传感器接受，传至PLC与人机介面，完成准确报警内容。
烫金纸定长传送过程实现：PLC的Y0发出步进脉冲，UPK569AJW步进机构带动主动辊2实现定长传送。烫金纸长度、传送速度设定全部在人机介面完成。
烫金过程实现：气缸带动烫金头作往复运动，烫金延时时间可调节。

5程序设计
5.1PLC的I/O分配

PLC软件采用FXGP-WIN-C编写（省略），如需要可与作者联系。
5.2触摸屏显示共有14个显示画面，画面显示层次以及相应画面进入、退出的触摸键名称如图2所示：
层 二层 三层
操作主画面 设备概要画面1 设备概要画面2
手动操作画面 烫金纸点动
单动裁切画面 套管带点动
自动裁切画面 加热管控制
单动烫金裁切画面 气缸控制
自动烫金裁切画面 传感检测
三色灯检测
烫金纸点动：
按下此键，则进入“手动操作 [烫金纸点动] ”画面，同时接通步进电机（烫金纸拖动电机）系统部分的电源。然后即可对烫金纸进行参数设定、进给控制和状态监测。
套管带点动：
按下此键，则进入“手动操作 [套管带点动] ”画面，同时接通伺服电机（套管带拖动电机）系统部分的电源。然后即可对套管带进行参数设定、进给控制和状态监测。
加热管控制：
按下此键，则进入“手动操作 [加热管控制] ”画面，同时接通加热管系统部分的电源。然后即可对加热管进行进给参数设定、温度控制和监测。
气缸控制：
按下此键，则进入“手动操作 [气缸控制] ”画面，即可单对烫金头气缸和切气缸进行上/下控制和检测。
传感检测：
按下此键，则进入“手动操作 [传感检测] ”画面，即可监测各种传感器信号，这些信号包括：烫金纸有无、套管带有无、套管带上偏、套管带下偏、气缸压力、伺服急停、光幕保护
三色灯检测：
按下此键，则进入“手动操作 [三色灯检测] ”画面，即可对三色灯进行检测
单动裁切：
设置套管带的进给长度、速度；单动裁切套管；监测单动裁切过程中的各种运行状态。
自动裁切：
设置套管带的进给长度、速度；自动连续裁切套管；监测自动裁切过程中的各种运行状态。
单动烫金裁切：
设置烫金纸、套管带的进给长度、速度；加热管（烫金头）的烫金温度、烫金时间；单动烫金和裁切，监测单动烫金裁切过程中的各种运行状态。
自动烫金裁切：
设置烫金纸、套管带的进给长度、速度；加热管（烫金头）的烫金温度、烫金时间；自动连续地烫金和裁切，监测自动烫金裁切过程中的各种运行状态。

6结束语
经过尽三年的使用证明采用PLC控制的套管烫印切断机，不仅大大的降低了人员劳动强度，减少中间环节，而且提高了产品成品率。采用人机介面，不必太制按钮便可实现手动、自动等多种功能，增进了人员与设备的信息交流，数据的修改、故障报警的识别变得易如反掌。

武钢硅钢厂在生产硅钢带时，为连续生产，用滚焊机将前后两卷钢带尾焊接，生产工艺完成后，再由剪切机切割分开，以提高生产效率。该厂的滚焊机系统是70年代从日本全套引进的，经过20多年的长期运行，电气设备老化严重，动作性差，严重影响正常生产。在对其电控系统的技术改造中，用的PLC控制取代继电器逻辑控制，添加通信功能，实时显示各主体设备的状态变化及故障报警画面，组成控制、监管相结合的一体化系统。

1 生产工艺简介
焊接时，两卷钢带尾搭接，在接触面流通强电流，接触电阻及金属固有电阻产生电阻热，使焊接接点温度达到金属可熔化的适当温度，同时对其加压使之接合。
钢带焊接生产工艺如图1所示。主要由钢带搭接定位、压紧，钢带焊接，焊接复位、作业线运行三个阶段组成。简介如下。
运行中的带经钢带检测器检测到末端时，停止在下部电上→挡板下降→后行带前进至挡板位置与带搭接→导辊下降→压板下降→电下降→小车前进。
钢带检测器、电轮及其升降装置搭载在小车上，小车前进到钢带上方时，钢带检测开关由OFF→ON，使电通电开始焊接。焊接电流的传导方向为：焊接变压器→电轮1→焊接钢带→下部电→电轮2→焊接变压器。当焊接到钢带边沿时，钢带检测开关变为OFF而使焊接停止。


小车前进到“前进限点”停止→冲头下降，延时0.5S后自动上升→电、挡板、压板依次上升→剥离器上升，使钢带脱离下部电，延时2S后剥离器下降→导辊上升。
以上过程即完成一个单程焊接。为加固两带焊接，通常需来回焊接两次，即再增加一次后退焊接。当需后退焊接时，先将两钢带重合部向前移动一段（但不得偏离下部电），再按以上次序将焊机各装置重复动作一次，所不同的是小车此次为后退运行，并后退到“原位置”停止。此时启动作业线又可循环运行。

2 系统硬件配置
根据生产工艺，采用典型的两级监控方式。上位机为生产管理级，完成对下位机的监控、生产操作管理等，主要面向操作人员；下位机为基础测控级，完成生产现场的数据采集及过程控制等，面向生产过程。
上位机选用国内广泛应用的研华IPC-610工控机，配有PIII处理器、64MB内存，具有较高性价比。因现场通信距离较远，配置一块RS422/485通信卡，用双绞线将其串口与PLC通信模块（AJ71UC24）RS422端口相连，以串行通信方式完成二级间通信，实现监控焊接过程。上位机RS232口经适配器（SC-09）转换与PLC CPU模块连接，用于对PLC控制软件的编程。
钢带生产现场噪声干扰及环境污染严重。我们选作主控单元的三菱公司A2A系列PLC，采用模块式结构，性高，配置灵活，且具有良好的环境适应性和抗干扰能力；使用简单，只需相应外设或编程软件包（如MEDOC），即可完成控制程序的编写。它负责焊接工艺的电气逻辑控制，包括各焊接设备的状态检测、钢带检测；执行逻辑、算术运算；输出执行指令，完成小车前后运行、焊接启停、各电磁阀及状态过程等的控制。
3 系统优化及功能实现
系统设有自动/手动2种控制方式，由选择开关转换。由于钢带搭接定位时的不确定性，故以手动操作为主要控制方式。自动方式仅在手动操作将钢带搭接定位、压紧后，才自动按预定逻辑顺序运行。当系统发生紧急故障时，按急停按钮可终止当前所有设备运行；当设备出现故障或工艺参数不正常时，由PLC启动灯光及蜂鸣器报警，且仅当故障排除后，才能有效通过按钮使报警复位。焊机设备工作时，PLC控制主电控柜上的对应状态指示灯亮，上位机模拟显示现场各机电设备的动作，方便了中控室操作员对整个工艺流程的监视。
调节焊接电流和小车速度，可有效焊接不同板厚（0.28~0.9mm）钢带。小车驱动装置由变频调速器、控制电机、皮带及进给丝杆构成。工作时，变频调速器启动电机，经皮带传动进给丝杆，驱动小车前后移动，移动到前后限点即停。通过设定变频调速器输出频率的上下限及调整速度调节器，可实现小车速度在要求范围内（6~12m/min）连续调节。
焊接电流与焊缝质量直接相关。焊接电流回路主要由晶闸管、电流监视器及焊接变压器3部分组成。在焊接变压器前串联了一套交流调压装置，控制晶闸管门导通角，调节焊接电压值，即可控制焊接电流。由于晶闸管工作时电流较大（瞬间可达800A），易发热致损，为此设有循环冷却水路。对系统的气路、水路、焊接电流主回路中的电流平衡、晶闸管异常等都设有检测保护开关。各检测信号串联，作为PLC启动焊接的联锁条件，保证系统在正常条件下工作。
为提高系统的性，还作了如下优化设计：
（1）控制电机选用具有抱闸技术的进口日立电机，它动态性能好，启动平稳，转矩大，停止反应、准确，有效克服了原电机因反应滞后而产生的误动作。
（2）钢带检测由接近开关改为光电开关。由于钢带在运行中经常产生颤动而摩擦到接近开关，使其致损失灵。改用可远距离检测的光电开关后，隐患。
（3）对电、压板、挡板、导辊及剥离器等动作的检测由限位开关改为接近开关。由于接近开关的非接触性检测，有效克服了气缸因气压不稳等因素对检测开关的冲撞。
（4）为抑制电源及变频调速器对PLC控制系统的噪声干扰，采用线路滤波器、隔离变压器及分离开关单供电。线路滤波器安装时尽量靠近PLC电源，用短的双绞线连接，且将其输入、输出线的配线分开；变频调速器及其配置的滤波器尽量置于柜体底部，缩短柜内线段，滤波器的外壳接地。
（5）对检测开关、PLC的I/O信号采用的24V净化电源，提高信号线路的抗干扰能力及整套设备的电磁兼容性。
（6）采取合理的配线方式。控制线路、电源线路和信号线路分别立配线，而且相互间保持一定距离，设法避免长距离平行配线，采取垂直交叉走线方式，以及输入、输出信号线分槽布置。对速度调节、时间设定等模拟信号采用双绞屏蔽电缆传送，并将信号线屏蔽层一端接地。

4 系统软件设计
4.1 PLC软件设计
采用状态设计法编制控制程序梯形图。状态设计法就是根据具体对象的运动状态分配中间变量作标记，然后针对各个状态给予实际控制的设计方法。其关键是确定系统在工艺流程中的状态及状态转化的条件，分析系统的状态充分考虑各种情况。在本系统软件设计中，按工艺流程对焊机各运行状态（如挡板下降、导辊上升、小车前进、焊接开始等）分配中间变量；然后确定各状态的先后次序及联锁关系；明确系统所要涉及到的输入、输出量，画出PLC各输出信号与输入信号的逻辑关系；再由逻辑关系转化为梯形图。该程序分别由钢带定位、小车控制、过程监控、故障诊断等控制程序组成，采用状态设计法编制后，梯形图程序流程有序、逻辑清晰。钢带焊接过程时间虽短，但条件多，动作复杂，为此，将系统的运行和故障联锁等全部由PLC控制，以提高系统的性；在软件设计中适当添加联锁条件，使各动作间严格确保相互约束或定时关系；建立合适的状态标志位，如对焊机的“焊接完了”、“小车前后条件”、“故障停机”等建立标志位，并准确应用于各控制状态的设计中；设置识别及处理故障的能力，对系统中的冷却水、空压及变频器等异常采用延时确认方式。

4.2 上位机软件设计
上位机软件以中文bbbbbbs98作操作系统，选用Inbbtion公司的Fix6.1编程，该组态软件具有较高的稳定性和兼容性，直观的图形界面便于操作人员学习和使用。软件与PLC的通信采用三菱PLC的Multibbbb协议，波特率为19.2Kb/s，8位数据位，端口设为COM3。采用模块化结构方式编制，用以完成计算机通信硬件参数的初始化和PLC通信数据的格式定义，实现两间的通信管理：包括PLC发送数据的接收、校验和译码；对PLC内存单元数据的实时采集、处理，在屏幕上以抽象图形模拟显示现场各机电设备的运行状态，反映系统各电气信号的数据变化；根据实际控制需要，向PLC内存写入新的数据，下发命令给CPU。当焊机出现故障时，除声音报警外，还动态显示故障点，并提供故障原因及解决措施的查询画面。若需要进一步查明设备的工作状态，软件的管理部分给出了PLC程序实时运行时的梯形图，通过在线监视映象PLC I/O点的位软元件的开/断状态，来确认对应外部设备的动作是否到位、PLC输入输出点与程序内部各点是否一致，从而给操作人员了直接的故障探查手段，以确定故障点。在进入管理画面前设有口令管理，使合法操作员才可进入对PLC的监视。通过访问管理，可抛开PLC编程软件的监控，有效防止运行MEDOC对PLC可能产生的误操作。
5 结束语
滚焊机采用PLC控制后，大大简化了复杂的继电器逻辑，提高了系统的性；操作简单，运行稳定，焊接效果良好，圆满地完成了用户提出的控制要求。运行近一年来，保持，经济效益和社会效益显著

1 存在的问题
在水泥生产线上的各个控制环节，PLC作为局部工艺线控制单元的应用已不胜枚举，比如窑、磨的辅助控制，各类高低压电动机的控制、各类除尘设备的控制、各类仪表检测单元的控制等等。但在应用的过程中，不少企业尤其是中小企业经常遇到以下问题：一是控制装置大多是配套供应商开发的成套装置，配套的说明书都比较简陋，操作方面的内容较为详细，但对PLC的配套原始资料和梯形图（时序）则往往不予介绍提供，一旦出现问题，企业自身技术人员则往往束手无策；二是所选用的PLC基本上是进口产品，器件出现硬故障后订购周期较长，容易影响生产，而就近所能购置到的又往往不是原来，受自身设备水平限制难以实现自我替换；三是各企业电气维护人员水平参差不齐，中小企业的技术人员大多不具备一定的时序编制基础，没有相当的调试能力，对软故障的处理常无可奈何；四是所用PLC较多，难以配齐手操编程器；五是个别供货商借机敲诈，以站不住脚的“保护知识产权”为由索要数倍的，企业难以承受 。其实，从PLC本身而言，只不过是一种在当今电气控制领域运用相当普遍的器件而已，已不再是不可掌握的高技术产品。以下笔者结合自身经历介绍PLC替换的一些经验和具体事例。
2 PLC概述及替换基本原则
工业用PLC的部件是CPU及内存RAM、电源板（DC12/24V）、电池、接口模块、继电器（无触点开关）等，一般还包括发光管/显示屏、I/O输入输出端子、程序模块和PC电缆的接口、键盘等。现在水泥生产线上通常应用的PLC分为两个大类：一是功能较单一、结构简单的小型（基本型）PLC，无I/O扩展能力；二是功能强大、点数较多、带有扩展槽的的中、大型PLC，有I/O扩展能力。在中小型水泥生产线和自动化水平不是很高的自控场合，基本上采用小型PLC，特别是单机除尘器、大风机调速控制、预热器吹堵清灰等控制功能单一的环节，小型PLC的应用十分普遍。从PLC的来看，西门子、三菱、欧姆龙、AB、ABB等用的比较多；从结构性能来讲，大同小异，但互换性存在一定的问题。当确定在用的PLC本体出现故障时，我们要判断出所出故障是硬件受损还是软故障，软故障可采用手操编程器和PC机依照程序（梯形图）进行诊断恢复，硬件受损换受损部件甚至是整台PLC。在整台换过程中要注意几个问题：要考虑选用同一同型号的，PLC不同于一般开关控制电器，需将所需时序通过PLC通讯口输入后方能投入使用，这要配备OP（手操编程器）和PC机方能实现，这是普通维护人员办不到的；其次要考虑在没有同型号的情况下选用功能相近的同一的替代，若没有同一的则选用功能相近的不同的，但要特别注意电源电压等级一致性，I/O口数量不得少于原配PLC，原来应用所编时序可在新换PLC上运行，还有必要的外围电路的相应改造等等。
3 Φ3.5/3m×60m窑窑尾玻纤袋除尘器PLC的替换实例
2001年5月，我厂Φ3.5/3m×60m余热发电窑窑尾玻纤大布袋除尘器控制柜内元件——美国AB公司生产的固定式PLC（SLC5001747－L30C）出现故障，经有关技术人员诊断CPU板损坏，除尘器只能手动操作，经与供货商联系，因国内无、供货周期太长、要价太高而只能作罢。
玻纤袋收尘控制PLC原工作顺序如下：
1)PLC上电自检完毕后，按照卸灰1室→卸灰2→卸灰3室→卸灰4室，依次类推到8室，卸灰基准值为3min，每室工作间隔5s，卸灰完毕后，反吹风机启动，持续30s。
2)进入清灰状态
室排气反吹阀开启，然后零阀开启，反吹基准值为30s，零阀关闭延续1min沉降粉尘，然后室排气反吹阀关闭。
二室排气反吹阀开启……依此类推持续到八室。
3)各室清完灰后进入大间隔30min，而后进行再次循环重复以上工作。
我们在此情况下决定选用就近可以购买得到的三菱PLC替代，重新编程并对外围电路加以局部改造，具体改造方案概述如下：
1)根据AB公司SLC500的结构特点、供电电压（AC120/240V双组）和除尘器控制所用实际I/O口的数量，决定选用三菱公司的MELSECF1－60MR（AC110/220V）取代，其各项指标能够满足要求。
2)重新编制时序（略），并根据车间要求将PLC工作时序加以改动，具体改动如下：卸灰状态在重复4遍后再进入反吹清灰状态，清灰完毕后取消大间隔30min而直接再进入卸灰状态，如此进行工作循环。
3)经程序调试和外部线路改造后一次试机成功。
自2001年6月初改造完毕投入运行以来，控制功能达到设计要求，同时外围电路接线较改造前简洁实用，收到了良好的效果。投资情况：替换AB公司产品厂家要价4万元，而此次整个改造的花费(含编程调试)只有480。