西门子模块6ES7232-0HD22-0XA0厂家质保

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摘要：介绍了运用PLC对落地镗床进行数控化改造设计的原理，采用PLC技术控制全数字直流调速器实现落地镗床的主传动控制、保护部分的控制，设计外部接口电路及PLC程序编制。通过实际操作表明经过改造以后的落地镗床具有比之前高的性，而且在性能上明显改造前的落地镗床，有效地提高了产品的质量。 

引言 

落地镗床属于一种具有较高精密度的加工机床，其加工范围非常广泛，运动部件非常多，机械运动控制系统非常复杂。滑座能够沿左右方向运动、箱体可以沿上下方向移动、主轴前后运动或架径向运动均利用落地镗床内部七个电磁离合器和二个液压电磁阀组合调整齿轮箱和进给电动机正反向来进行操作。两个电磁离合器可以完成进给系统加快和减慢的速度调节。主轴电动机仅仅进行旋动，利用两个液压电磁阀组合完成实现较慢、慢、较、快四个速度档位的选择。两个液压泵，一个为润滑服务，另一个为液压服务。此外，进给运动可以完成手动／自动切换。原电气系统为三相半控全波整流装置、散件插板式结构，直流电动机换向采用直流接触器。控制回路是按一定的逻辑关系连接的继电器接触器控制系统，存在着设备体积大，动作速度慢，设备连线复杂的缺点。由于长期使用器件老化，故障率高，维修困难，严重制约了我厂生产经营状况。 

可编程控制器(PLC)是以微处理器为的通用工业控制装置，它将传统的继电器一接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合，集计算机、控制、通讯于一体，具有性高、通用性强、应用灵活、易于使用、维修方便、价格等优点，为工业自动化提供了近乎的自动控制装置。因此，采用PLC对落地镗床电气控制系统进行技术改造，很有益处。 

1 落地镗床系统的构成及功能 

系统设计以保证操作者人身、被控设备运行、满足客户要求为原则。设计中尽量减低系统造价，增加经济效益，达到落地镗床加工系统的、操作便捷的目的。为了达到上面所叙述的原则，系统选型如下： 

1)落地镗床电气控制系统采用德国SIEMENS公司西门子的STEP7—200CPU226PLC作为电气控制系统的，实现全部控制系统的信号采集、数据运算和逻辑控制功能； 

2)为适应工业现场环境。采用SIEMENS公司专为工业现场环境设计的触摸屏0P27触摸屏用来作为显示和监控界面。全中文图形操作，易学易操作，方便维护； 

3)采用英国欧陆公司的直流调速器为进给和主轴的驱动控制器； 

4)电柜内主要低压电器(如电机空开、接触器)选用公司产品，接线端子选用魏德米勒产品。该系统主要包括以下几个部分：辅助部分：包括润滑、液压、冷却等；主轴(镗轴)传动：轴进给控制；电控系统。 

2 落地镗床的电气部分改造方案 

2．1辅助部分 

1)润滑：该机床的润滑主要分为导轨润滑和传动装置润滑两部分。由液压泵(7Ml)、传动装置润滑电机(2IM3)、滑枕导轨润滑电机(2lM4)、主轴箱导轨润滑电机(2lM5)、x轴传动装置润滑泵(34M3)、Y轴传动装置润滑泵(33M3)组成。润滑系统的启停由系统自动控制。 

2)冷却：冷却部分由冷却泵(7M4)、主轴通风电机(21M2)、x轴通风电机(34M2)、Y轴通风电机(33M2)和Z轴通风电机(22M2)组成。其中冷却泵由操作站上的选择开关5lSAl4控制。通风电机在相关电机运行时自动启动，电机停止后延时停止。 

3)压缩空气：压力开关31SP2位于立柱之上，如果电柜面板上的指示灯HLl始终亮着，说明压缩空气充足(在0．2—0．45兆帕之间)，如果灯熄灭，系统报警。空压机在总断路器QFO合闸后通电启动。 

4)铁屑输送：铁屑输送机沿床身安装，受51SB90和5ISB91控制。由两台电机7M10和7M1 1实现输送控制。 

5)松／夹：本机床配有松／夹机构，被弹簧夹紧，液压松开。由夹紧油泵(28M1)和液压泵控制阀(28Y6A和28Y6B)组成。 

6)按钮站调整：按钮站的垂直调整由电机31M5进行，水平调整由3IM7进行。由按钮51SB5—5 1 SB8(按钮站)和52SB5—52SB8(床身上)控制。限位开关封锁纵向和横向限，不能限制上限。按钮站移动时，相隔滑枕0．8M。 

7)机床照明：由操作站上的选择开关51SAl9控制。此灯是附设的，不得作为主照明使用。 

2．2主轴(镗轴)传动 

由直流电机21M1驱动镗轴旋转，通风电机为21M2。电机转速可调。有两种工作方式：点动方式：在点动方式下，按下主轴正转或主轴反转按钮，镗轴旋转，松开按钮后停止；连续方式：在此方式下，按下正转或反转按钮，镗轴旋转直到按下主轴停止按钮。 

2．3轴进给控制 

该机床共有三个进给轴：轴(立柱进给)、y轴(主轴箱进给)和Z轴(镗轴和滑枕进给)。每个进给部分都是由一台直流电机、一台通风电机和一些润滑电机、电磁阀和离合器组成。 

3 落地镗床主传动控制的PLC改造 

1)主传动主控制电路 

主轴由30kW，400V直流电动机来驱动，采用英国欧陆全数字化的可控硅直流调速装置。系统采用速度环、电流环双环调节系统和无环流电枢可逆方式，所有参数通过键盘和显示单元进行调整或输入。主轴电动机的调速范围为1：18，转速n=1500r／min，转速n=83．3 r／min。由悬挂按钮站上的调速器进行无级调速。 

2)主传动控制的PLC外围电路设计为扩大机床变速范围，主轴有4挡液压机械变速，用旋钮SA6切换电磁液压阀YV1、YV2来实现变换机械挡位。主轴能正反向点转，点转时电动机的转速83r／min。

引言 

小浪底进水塔的两个渗漏集水池位于大坝的底部，潜水泵、离心泵等排水设备和原来的电气控制柜则位于集水池上方的渗漏排水泵房内。工作人员只能根据巡查情况，就地手动控制进行排水，由于小浪底进水塔渗漏水在水量和时间上有很大的随机性和不确定性(会依据天气和季节变化的不同而不同)，这就给操作人员和大坝的管理带来了很大的困难，曾经就出现过由于短时间内积水过多，大坝底部廊道内的部分设备被淹(包括渗漏排水设备本身)的情况，造成了很大的经济损失；且由于电气控制柜位于大坝底部，环境潮湿，渗漏水滴经常落到控制柜上，造成控制柜电气元件受潮，出现短路或拒动，给渗漏排水系统的控制带来了很大的麻烦。因此有必要将电气控制柜上移至进水塔塔面，改善运行环境，并将2个集水池的排水设备用一套控制设备来进行集中监控。控制系统主要采用自动控制方式，根据渗漏水量的大小及时启动排水量较小的潜水泵和排水量较大的离心泵进行排水，以保证泵房稳定的运行。 

1 工艺流程和监控要求 

1．1 工艺流程 

进水塔渗漏水量较小时，经过一定时间的积累，达到主用潜水泵启动水位2．40 m，用主用潜水泵D3进行排水；当水量增大时，达到备用潜水泵启动水位2．60 m，增加备用潜水泵D4进行排水；在此过程中，若水位回落到停泵水位1．5 m时，则停止潜水泵。若水量进一步增大时，以致达到主用离心泵启动水位2．80 m和备用离心泵启动水位3．00 m时，则分别启动主用离心泵D1和备用离心泵D2进行排水。此时潜水泵作为离心泵的充水泵，同时启动潜水泵D3、D4，打开充水电磁阀Z1(或Z2)，延时3 min左右并且达到一定压力要求后启动离心泵并打开排水电动阀门F1(或F2)进行排水，然后关闭潜水泵D3、D4和电磁阀Z1(或Z2)。在排水过程中，如果水位回落到停泵水位1．50 m，则关闭离心泵。在关闭离心泵时，要先关闭相应的电动阀F1或F2，然后再关闭离心泵。其渗漏排水设备布置如图1所示。

 
图1 进水塔渗漏排水设备示意图

1 引言 

可编程控制器plc外部接线简单方便，它的控制主要是程序的设计，编制梯形图是常用的编程方式，使用中一般有经验设计法，逻辑设计法，继电器控制电路移植法和顺序控制设计法，其中顺序控制设计法也叫功能表图设计法，功能表图是一种用来描述控制系统的控制过程功能、特性的图形，它主要是由步、转换、转换条件、头线和动作组成。这是一种的设计方法，对于复杂系统，可以节约60%~的设计时间。我国1986年颁布了功能表图的（gb6988.6-86）。有了功能表图后，可以用四种方式编制梯形图，它们分别是：起保停编程方式、步进梯形指令编程方式、移位寄存器编程方式和置位复位编程方式。本文以三菱公司f1系列plc为例，说明实现顺序控制的四种编程方式。 

例如：某plc控制的回转工作台控制钻孔的过程是：当回转工作台不转且钻头回转时，若传感器x400检测到工件到位，钻头向下工进y430当钻到一定深度钻头套筒压到下接近开关x401时，计时器t450计时，4s后快退y431到上接近开关x402，就回到了原位。功能表图见图1：

PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要提高PLC控制系统性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题：

1.工作环境

（1）温度

PLC要求环境温度在0~55oC，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。

（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，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。

（5）电源

PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，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。

2.控制系统中干扰及其来源

现场电磁干扰是PLC控制系统中常见也是易影响系统性的因素之一，所谓治标先治本，找出问题所在，才能提出解决问题的办法。因此知道现场干扰的。

（1）干扰源及一般分类

影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波。通常电磁干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

（2）PLC系统中干扰的主要来源及途径

强电干扰

PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。

柜内干扰

控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。

来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。

来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。

来自PLC系统内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。

变频器干扰

一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。

3.主要抗干扰措施

（1）电源的合理处理，抑制电网引入的干扰

对于电源引入的电网干扰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。

（4）正确选择接地点，完善接地系统

良好的接地是保证PLC工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将大。

此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内又会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

● 地或电源接地

将电源线接地端和柜体连线接地为接地。如电源漏电或柜体带电，可从接地导入地下，不会对人造成伤害。

● 系统接地

PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地，叫系统接地。接地电阻值不得大于4Ω，一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统地。

● 信号与屏蔽接地

一般要求信号线要有的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室接地，防止形成“地环路”。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接点。

（5）对变频器干扰的抑制

变频器的干扰处理一般有下面几种方式：

加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。

使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。

使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常工作。