西门子6ES7314-6EH04-0AB0参数方式

西门子6ES7314-6EH04-0AB0参数方式

1  引言

汽车同其他现代复杂工具如电子计算机一样,在所有的历史变迁,可谓与人们的生活息息相关,都具有时代个性,代表着一种文化背景和品位[1]。随着人们生活水平的不断提高,对汽车的要求也越来越高,相应的汽车生产线也向着高科技方向发展,利用的自动化技术,控制技术和通讯技术,设计智能化,高节能的汽车流水线控制系统成为必然趋势。

可编程序控制器(简称PLC)由于具有功能强、可编程、智能化等特点,已成为汽车生产工业控制领域中主要的自动化装置之一,它是当前电气程控技术的主要实现手段。本工程采用罗克韦尔公司的Logix5561系列的PLC与软件CIMPLICITY相结合,再连接三菱A700变频器构成全自动车间滚床控制系统,既利用了变频器调速技术优良的控制性能,又利用了CIMPLICITY软件丰富的组态功能,操作方便,界面友好,与PLC通讯良好等功能。 

2  工艺流程概述

在汽车制造过程,涂装工艺是汽车装配线上的重要环节,涂装有两个重要作用,车防腐蚀,二增加美观,而滚床就是一种汽车装配线上的运送装置。变频滚床,顾名思义速度可变,一般采用变频器控制滚床上的电机,变频启动,0-50HZ工况运行。变频滚床根据工艺运行方向运行,滚床上装有传感器。分为进位传感器,减速传感器,到位传感器。进位传感器为常开点,感应到该传感器时,表明橇体开始进入滚床;减速开关为常闭点,感应到该传感器时,橇体的运行速度由高速变为中速;到位传感器为常开点,感应到该传感器时,橇体停止动作,表明橇体进入滚床。在承接汽车配件的撬体到达滚床并感应到滚床上的传感器时,给PLC输入信号,PLC通过接触器控制变频器,从而调整滚床电机的运行速度[2]。采用PLC与软件CIMPLICITY软件相结合,对现场工艺流程进行实时监控和输出报警信息,并进行实时的报警汇总,便于工作人员调试维护,保证设备的正常运行。如图1所示: 

3  硬件组成

本工程的现场工艺设备是基于北美通用汽车的CCH1和CCS2标准设计制造和安装,采用美国罗克韦尔公司Allen-Bradley Logix5561系列的PLC作为设备层控制对滚床进行控制,也负责对现场的变频器断路器等器件的检测控制,实现控制策略,其通信功能能够实现与上位机监控与远程通讯。在本控制系统中有一个PLC控制器,其可以满足系统对开关量的要求,一个以太网模块,用于与个人电脑或者与上位机进行通讯,两个输入模块,用于对配电柜里的变频器和接触器等器件控制检测,两个DEVICENET模块,DEVICENET现场总线技术把主控柜和现场个远程控制站连接成一个整体[3],保证PLC与远程控制站,或者相邻两个PLC之间的数据读取和写入,实现数据信息的共享。各个远程控制站采用AB Control Logix系列1734-ADNX模块,他能自动复制节点地址,在数据链路层的内置重试,基于连接的通讯,每个网路连接的错误计数器和受力状态下有小于10-7的位误码率。硬件组成如图2所示。 

上位管理层以监控上位机为,实现对配电柜内变频器等器件以及现场检测元件的监控,处理来自控制器的数据以及报警信息,维护数据库,向管理人员友好的人机界面和报表打印等工作,同时支持企业内部网的远程访问,便于远程监控。 

PLC模块,变频器,以太网交换机等均在同一个配电柜内,称为主控制柜。主要用于对现场设备提供动力电,并进行实时控制。主控柜从结构上可分为3部分:右侧的单柜为该区域的设备提供电源,左侧的单柜放置PLC、分布式总线模块和交换机,中间的连接柜为变频器柜,变频器和与其相连接的其他硬件均安装在同一个配电柜中。外部380V电压通过主断路器连接到右侧单柜内,作为主电源为柜内的电气元件供电。为保证系统的稳定性,每一台电机由一个变频器控制,由一个断路器来控制其通断,变频器采用三菱FR-A700,采用三种输出频率,高速频率为50HZ,中速为30HZ,低速为10HZ,每一个滚床均有一个制动单元,用于紧急制动。由于现场工艺设备较多,根据现场工艺要求,将变频器电路分为两段,这样既节省了成本,又方便工作人员的调试及检修。变频器接线方式如图3所示。

从主控柜中引出220V作为主控制柜内空调电压,用于转移PLC,变频器等精密电子元件产生的热量,防止柜内温度升高影响电气设备的稳定性。柜内有两个变压器,由于其所处的用途不同,一个为2.5千伏安处理器变压器,位于主断路器前,为上位机工程师站,柜内的照明灯等供电,此变压器与两个稳压电源相连,一个为10A为PLC电源1756-PA72供电的基板电源,以及一个6.的直流稳压电源,主要给以太网总线供电,另一个为3千伏安变压器,位于主断路器后,主要用于给现场各远程控制站以及现场工艺流程的控制回路供电,此变压器与一个两个10A直流稳压电源相连,一个用于为D网总线供电,另一个用于I/O模块和急停线路供电。此系统有两个控制回路,都位于主控柜内,一个为220V电源控制回路,用于控制主控柜的总电源。另一个控制回路为24V急停控制回路,用于对各个操作站的的控制,在出现故障时可以及时停止流水线,保证现场生产和工作人员的,此两个控制回路均在主控柜柜面有控制旋钮来控制回路的通断。

主控柜的上电方法:当主控柜内所有开关都正常上电完成后,需要在控制柜面板上将控制回路接通的钥匙旋钮向右侧旋转一次,这时控制柜内的控制回路接触器接通,主控柜上电完成。当需要将主控柜内的控制回路断开时,只要按下面板上的控制回路停止按钮,这时控制回路接触器断开,同时段电源接触器断开,主控柜内的变频器也同时断电。

在主控柜内主机架中的两个输入模块主要用于检测主控柜内各电器元件是否连接正常,输出报警信号,如图4所示。

另一个I/O模块与柜内断路器,变频器等电器元件相连,输入信号主要为检测断路器的跳闸,变频器的故障,输出报警信号;输出信号主要控制变频器的运行状态。各输入输出模块的数量根据现场工艺设备以及变频器的数量而定,但为以后维修调试方便,要有20%预留量。各滚床的输入输出点如下:

输入:滚床断路器跳闸;变频器故障;变频器频率输出;滚床电机输出。

输出:滚床正转输出;滚床反转输出;滚床高速输出;滚床中速输出;滚床低速输出;滚床制动器动作。 

远程控制站位于现场设备的附近,用于对设备运行状态的调整,和必要的手动控制。远程控制站通过DEVICENET现场总线用1734-ADNX模块与主控柜相连[4],在其控制面板有各滚床运行状态的控制按钮和自动手动旋钮等,还有一个红色柱状灯,用于报警显示。工作人员通过面板上得按钮、旋钮、急停等来控制该操作站所管辖区域设备的运行状态,面板的上指示灯可显示设备的运行状态。柜内有直流电源为总线模块提供24VDC电源,将现场信息到操作站内的现场总线模块,并发送到PLC中,由于个远程控制站管辖设备数量不同,所以各控制站I/O模块数量不同,但为以后维修调试方便,要有20%预留量,其模块的输入输出点如下:

输入: 自动模式;手动模式;急停;入口占位;正转减速;正转到位;

输出: 报警信号;急停

4  系统软件设计

4.1  下位机控制程序设计

下位机程序是由AB公司开发的RSLogix 5000软件实现的,RSLogix 5000企业版序列软件用来与罗克韦尔自动化Logix平台协同工作。RSLogix 5000软件兼容IEC 61131-3标准,提供梯形图逻辑、结构化文本、功能块图、顺序功能表编辑器以用于开发应用程序,还包括支持运动控制的轴配置和编程,它应用于Control Logix系列PLC[5],同时也可以作为实时监控用户程序的执行状态使用。整个控制系统的主要要求是检测传感器信号,按照系统的控制流程,通过执行元件和变频器对滚床上电机进行控制实现现场设备对工件的合理交接,其整体控制流程图如图5所示。

系统程序流程说明如下:

1. 系统采用模块化编程,每一段程序由主程序调用模块,网络及电源通讯模块,运行模块,故障诊断与报警输出模块等组成[6]。主程序调用模块的作用是初始化子程序,调度子程序,降低程序复杂度,使程序的设计,调试和维护等操作简单化。

2. 网络及电源通讯模块:在此模块中,主要将主控柜中的IB16中的数据引入程序中,此处要根据实际情况添加报警,通过接收信号,保主控柜内各个电器元件工作正常,使系统能够正常运行。图6为其控制流程图。 

3. 故障诊断与报警输出模块:在此模块中,程序通过接收到的电路保护信号,以及工艺设备的故障报警信号,根据一定的条件得出诊断。如果没有故障,仅有报警的话,程序继续执行,但会在不影响现场工艺运行的情况下显示报警状态。如果有故障的话,现场设备停止运行,输出报警信息,通知工作人员进行处理。

4. 运行模块:按系统要求,在运行模块下,系统的工作方式有两种:自动模式和手动模式,此两种模式均在远程操作站的面板按钮实现。

手动模式:用于系统出现故障和调试的情况,在CIMPLICITY监控画面上输出报警信息,在此状态下,变频器的输出均为低速输出为10HZ,在远程操作站控制面板上的按钮来控制滚床的动作,使滚床在正确的位置。当把报警后,将自动/手动按钮调至自动状态,复位启动,图7为该程序模块的控制流程图。 

自动控制模式:在自动模式下,主控柜内的交流接触器吸合,电机与变频器接通。此时变频器在PLC控制下有两个输出频率,高速50HZ与中速30HZ,滚床与电气元件将根据现场工艺条件动作,调整撬体的运行速度,合理的完成滚床间承载汽车配件的交接,使汽车装配线流快捷,控制流程图如图8所示:

滚床上件的动作条件:

本单元滚床:1 滚床上无橇体,2硬件驱动工作正常,3入口没有封锁。

前单元滚床:1 滚床上有橇体,2硬件驱动工作正常,3出口没有封锁。

正向上件的动作过程:

,橇体从前单元滚床由本单元设备的入口高速进入滚床,橇体先感应进占位开关,本单元滚床的变频器将输出高速频率;当橇体感应到进减速开关时,变频器输出中速频率;后,当橇体感应到进到位开关时,变频器停止,橇体停止,上件过程完毕。此时,橇体应该且感应到所有传感器开关,即进占位开关,进减速开关和进到位开关。 

滚床下件的动作条件:

本单元滚床:1 滚床上有橇体,2硬件驱动工作正常,3出口没有封锁

后单元滚床:1 设备上无橇体,2硬件驱动工作正常,3入口没有封锁

正向下件的动作过程:

,橇体从本单元设备由后单元设备的入口高速进入后单元设备,橇体先感应后单元设备进占位开关,此时后单元设备的变频器输出高速频率;当橇体感应到进减速开关时,变频器中速输出中速频率;后,当橇体移动到后单元设备且感应到进到位开关时,变频器停止输出,橇体停止,下件过程完毕。此时,本单元设备上所有传感器进占位开关,进减速开关与进到位开关均无感应。

4.2  上位机控制程序设计

CIMPLICITY HMI是由通用公司针对于汽车领域开发的上位机监控组态软件,基于Microsoft bbbbbbs NT和bbbbbbs 95的产品,它可以适用于单一的人机界面到网络化的监督控制和数据采集系统,在各个层次上都具有网络互联能力,能够获得各个层次的集成而不需要在一个网络中进行重复的组态。它是由服务器和浏览站组成的基于客户服务体系结构的系统,服务器负责数据的采集和数据的分配,浏览站连接到服务器上可以对被采集的数据进行的访问以便观察和控制。

通过软件的编程界面设置通讯连接,通过RJ45线利用工业以太网交换机将Logix5561PLC与CIMPLICITY建立连接[7],利用RSLinx OPC Sever作为其的方式。然后建立变量标签,将PLC中的变量传送到CIMPLICITY中,后建立过程画面。使用CIMPLICITY中的图形编辑器可以绘制各种元素和图形,该系统画面主要由主画面、各个远程控制站的状态、网络状态、历史报警、实时报警等画面组成。上位机可以显示每台滚床的实时状态:滚床停机显示白色;正在运行显示;滚床有故障显示红色。以及各远程操作站的的状态,每个画面的下方可以及时的显示当前的报警及故障信息,便于工作人员进行及时的维修调试。建立好CIMPLICITY和PLC的通讯连接后,PLC上得事件将是可视和可操作的,在实际运行中为了防止误操作而对系统产生伤害,对不同的操作人员设定不同的操作密码和相应的操作权限。 

主监控画面如图9所示,能够实时显示工艺设备的状态[8],下面的白色方框不仅可以显示工艺设备及电机的报警和故障信息,还能显示主控柜及各远程控制站的报警及故障信息,可以很的可以查出哪个部分出现了异常,进行及时的调整维护。点击下面的按钮可以进入相应的界面,点击区跟后一区进入别的区域的滚床运行状态。此外,该监控系统还提供了登陆用户、退出用户、修改密码等功能,设定了两个权限,一个为操作权限,此权限仅能监控;另一个为维修权限,可以对系统进行修改,这样用相对应的权限来实现相对应的操作,有效的保证了系统操作的性。

如果没有监控系统,一旦发生故障,操作人员无法立即知道出现异常的部分,只能一段一段的寻找或者按照经验来查找,对当前个部分的运行状态也没有一个整体的观测,这给系统的运行和操作带来了很多不便,影响生产效率,实时报警和历史报警很好的解决了这一问题,通过对现场工艺的监控并记录报警和故障信息,操作人员只要检查相对应的部分设施即可,大大提高了生产效率,历史报警记录了近的6天报警记录,连接到企业网络中还可以进行实时打印,将报警记录进行汇总,找出发生报警频率较高的部分,方便操作人员进行及时的修改,避免以后造成大的故障。 

5  结束语

此控制系统运行系统稳定。大地提高了劳动生产率,该系统有效地解决了生产中的很多问题,如减少了生产过程中的突发故障,缩短了生产准备时间和抢修时间,减少了工人的劳动强度,为汽车生产创造了可观的经济效益和社会效益,达到了节能降耗的目的。与其他系统相比,本系统具有以下优点:

1) 采用DEVICENET现场总线技术,具有良好的开放性和完整、周密的网络协议,通过总线将主控柜和现场的远程控制柜连成一个整体,保证PLC与远程控制站间的数据读取和写入,实现数据信息的共存。从而保证了全线自动化生产、顺序启动和顺序停车。

2)  系统控制方案简单,结构简洁,维修方便,系统根据设备布置了远程操作站,分别设置于就近的设备附近,可以方便快捷的进行设备调整和生产线上个别环节需要手动进行的工作以及日后的维修。

3) 系统采用柜装变频器控制,具有,运行,维护方便的优点。 

1  引言

工业自动化控制中，PLC与变频器的通信时，我们希望实现的通信功能通常有四个：一是变频器的运行监视功能，二是变频器的运行控制功能，三是变频器的参数读出功能，四是变频器的参数写入功能。以往我们广泛的采用RS-485串行通信方式，可以说该方式的程序设计方法已经深入人心，但用传统的RS指令设计通信程序时，程序编制复杂，涉及的知识面广，所有数据信息均需用ASCⅡ码发送和接收。程序容量大，编程工作量大，对编程人员的要求高，程序难读难调试，稍有不慎，系统将无法正常运行！但在三菱系列FX2N和FX2NC型PLC中，如果在硬件上增加了FX2N-ROM-E1功能扩展存储器盒和FX2N-485BD功能扩展板，应用EXTR指令进行程序设计，即直接用EXTR指令对变频器的数据进行读、写和监视、控制，将使通信程序的设计方法变得简单，容易掌握，程序也加简洁、易懂，调试加简单。 

2  EXTR指令介绍

在FX2N和FX2NC的PLC功能指令中，其实并没有EXTR（FNC180）指令，但如果在FX2N和FX2NC上增加FX2N-ROM-E1功能扩展存储器盒和FX2N-ROM-CE1功能扩展存储器盒，则可以使用EXTR指令，也就是说，EXTR指令是一个扩展功能指令，其功能可扩展到直接对变频器数据的进行读写和运行监控，使用该指令的扩展功能如表1所示。 

3  扩展功能的实现

应用EXTR指令实现变频器通信程序的设计，即扩展功能的实现需要考虑解决两个问题，一是通信格式的设置，二是如何编制四大扩展功能的通信程序？四大扩展功能主要是指：变频器的运行监视、运行控制、参数读出和参数写入等功能。

3.1  通信格式及变频器通信参数设置

应用EXTR指令进行编程时，通信格式的编制及变频器的通信参数的设置仍与RS-485通信设置一样，仍需用特殊功能数据寄存器D8120对通信格式进行设置，通信格式字中的b15~b10为可忽略的设定内容，一般为0，变频器运行模式参数应设置为Pr79=0,即为上电时外部运行模式，变频器的其他通信相关参数按RS-485的要求设置。

3.2  四大扩展功能的指令

1) 变频器运行监视指令

指令形式（如图1）：

指令： 

当M0接通时，将站号为0号的变频器的运行频率读到PLC的D100数据寄存器中，通过对D100的数据进行监视来实现对变频器的各种运行数据监视。数据流向为变频器→PLC，其中变频器站号用十进制数表示，设定值只能为K0~K7,因为连接变频器的数量多为8台， H6F为变频器输出频率的指令功能码，其它常用功能码可查阅表2。 

2) 变频器运行控制指令

指令形式（如图2）：

指令： 

当M1接通时，按指令功能码（HFA）的要求，对0号变频器进行反转（H04）运行控制。常见变频器运行控制功能码见表3。 

3) 变频器参数读出指令

指令形式（如图3）：

指令： 

当M3接通时，读取0号变频器的加速时间，并保存到PLC的数据寄存器D101中，其中K7对应于变频器的Pr.7。

4) 变频器参数写入指令

指令形式（如图4）。

指令:

M3接通时，把D102的数值写入到0号变频器中，即设定变频器的减速时间为D102的数值，其中K8对应于变频器的Pr.8。

3.3 通信指令使用说明 

1) 当驱动条件从OFF到ON的上升沿时，开始执行与变频器间的通信，通信执行后即使驱动条件关闭，通信仍会执行完毕，若通信条件一直为ON，将执行反复通信。

2) EXTR指令不能与RS指令合用，也不能在CJ--P、FOR--NEXT、P--SRET和I--IRET指令之间使用。

3) EXTR指令可以多次编程，当同时驱动多个指令时，当前变频器通信结束后，才执行下一个EXTR指令。

4) 当一个通信指令EXTR执行完后，M8029变为ON，且保持一个扫描周期，当执行多个EXTR指令时，在全部指令通信完成前，务必保持驱动条件为ON，直到全部通信结束时，再利用M8029将驱动条件复位。 

4  通信程序设计举例

4.1  控制要求

用PLC与变频器通信的方式控制变频器，能实现对电动机的正、反转和停止控制，能写入和读出电动机运行的上限频率、下限频率以及加速和减速时间，并能监视电动机运行的电压、电流和频率。

4.2  程序设计

通信程序如图5所示。 

5  结束语

应用EXTR指令编程，可以简化PLC与变频器的通信程序，程序设计的优越性毋容置疑，但也有其局限性。一是适用机型只有FX2N和FX2NC系列的PLC，版本均需在Ver3.0以上，且PLC加装存储盒；二是变频器的型号也只有A500、E500和S500。变频器的数量多也只有8台。当然，如果是FX3U和FX3UC系列的PLC要实现与变频器通信的四大功能就不需要加装存储盒了，因为该机型已经具备与变频器的直接通信功能，已有变频器的监视、控制、参数读出和参数写入的等功能指令，它们分别是IVCK指令， IVDR指令， IVRD指令和IVWR指令。若在控制系统中再配置触摸屏，则将使变频器参数的监控变得加直观、方便，控制系统也显得加完整。

1  引言

钢制防火门由一扇钢制门和一个钢制门框组成,而门框由上、下、左、右四根型材焊接而成,每根型材上都按要求冲一定数量的安装孔(用于与固定在墙体的构件联接用),左、右两根型材上还需冲锁孔或一定数量的铰链孔。

一般说来在工厂门框的制作过程是这样的:

1.钢板校平(为了节约材料,一般都使用卷板而不使用平板),

2.定长剪切,

3.折弯成型(由于形状复杂,尺寸要求高,一般使用数控折弯机),

4.在型材上按要求冲安装孔,

5在型材上按要求开铰链孔或锁孔,

6.在已开孔的上、下、左、右四根型材两头开45度焊接用坡口,

7.将四根型材焊接成门框。

上述制作过程加工环节多,生产效率低,尺寸精度差;对工人的技术要求比较高,制作成本居高不下,加工过程存在一定隐患。

在目前劳动力资源紧缺,劳动报酬上涨较快的情况下,用自动控制的设备来提高生产效率、提高产品质量和降低生产事故并减少用人,节约成本,已成为一种趋势。

为此研制了门框自动成型机,门框自动成型机将自动完成门框制作过程的道工序,工人只需做技术含量比较低的门框焊接一道工序。 

2  技术要求

1.门框自动成型机应把门框型材的制作从钢板校平、定长剪切、冷弯成型、开铰链孔或锁孔、冲安装孔、开45度焊接用坡口等6道工序一次自动完成,

2.钢板校平和型材成型的进给速度可调,大速度为20米/分。

3.门框型材的定尺为800到3000毫米可调, 定尺偏差不过1毫米。

4.门框型材可任意选择打铰链孔或锁孔(数量从0到5任意可选, 孔距偏差不过0.5毫米)及安装孔(数量从0到8任意可选, 孔距偏差不过1毫米)。.

5.在系统遭遇意外停机或停电时,除非人工复位,否则再次开机时继续完成上一个未完成的过程。

6.工作时间一周六天,每天8-16小时,环境温度10-50摄氏度。

7.整个自动控制系统应工作、便于操作、易于维护,在满足性能要求的前提下价格尽量低廉。

8.考虑到门框自动成型机的用户是立足于国内外,应设计中文和英文两个操作界面供用户选择。 

3  控制方案选择与论证

门框自动成型机由钢板校平机, 型材成型机,切45度角机三部分组成。钢板校平机进给驱动电机为3KW,型材成型机进给驱动电机为7.5KW。由于钢板校平机与其它二部分相距较远而不便于集中控制与操作,并且因编码器与控制系统的连线长度不能太长,因此控制系统分成两部分,一个控制钢板校平机,另一个控制型材成型机和切45度角机。它的工作过程是这样的:

卷钢板进入钢板校平机将通过多对校平辊校正成平板并完成开铰链孔或锁孔,然后再进入型材成型机经多对模具一步步挤压下成型,变成符合设计要求的型材,再冲安装孔, 按设定的长度切断, 切45度角机则在门框型材两头按要求切45度焊接用坡口。

冲孔的冲模和定长剪切的切由液压驱动,切割机切45度角由切割机完成。

对于这套设备,控制系统的是位置控制准确和速度可调。

控制系统由显示和设定单元、检测和控制单元、传动执行单元组成,在确定终控制方案前我们设想了以下几个方案:

1．显示和设定单元及检测和控制单元有显示并带输入键盘的的单轴数控装置,传动执行单元为伺服控制器+伺服电机

2．显示和设定单元为工业控制计算机,检测和控制单元为PLC(可编程序控制器),传动执行单元为伺服控制器+伺服电机

3．显示和设定单元为POD(触摸屏),检测和控制单元为PLC(可编程序控制器),传动执行单元为伺服控制器+伺服电机。

4．显示和设定单元为POD(触摸屏),检测和控制单元为PLC(可编程序控制器),传动执行单元为直流调速控制器+直流电机.

5．显示和设定单元为POD(触摸屏),检测和控制单元为PLC(可编程序控制器),传动执行单元为变频器+三相交流异步电机。

分析:数控装置控制精度高,但价格比较贵,对环境要求高,无法在恶劣严酷的环境下工作,

工业控制计算机虽然功能强大,但价格比较贵,而用POD(触摸屏)性价比会高;

直流调速控制器+直流电机虽然转矩特性比较硬,但价格比较贵,直流电机性比交流电机差,而且维护工作量大;

伺服控制器+伺服电机转矩特性比较硬,控制精度高响应快,但价格比较贵,维护不便,

相比之下POD(触摸屏)、PLC(可编程序控制器)和变频器及三相交流异步电机,性高、并能适应在恶劣严酷的环境,维护工作量小,因此用方案5是选择。 

4  硬件配置

4.1  PLC选型

a.对于钢板校平机为了实时监测和控制钢板移动的速度和移过的距离,PLC有一路高速计数输入(同时占用3个输入点)和模拟量输出,“自动运行”、“停止” 占用2个输入点,控制冲铰链孔模具和冲锁孔模具占用4个输入点和4个输出点,校平变频器状况要占用2个输入点,校平变频器使能控制及油泵电机运行要占用3个输出点,因此PLC具有1路或1路以上的高速计数输入通道,具有12个的输入点和6个输出点,1路模拟量输出。

台达EH系列PLC具有较高的性能价格比,它采用CPU+ASIC(高速运算处理晶片)双处理器,分工运算处理技术,基本指令速度可达0.24微秒,有四组计数频率可达200Khz的高速计数器,可带8个扩展模块,带RS485通信口,功能强,能满足要求, 决定采用的是台达EH系列PLC的DVP20EH00R2+DVP04DA-H2,其输入点为12点,输出点为8点,有四路模拟量输出。输入和输出点的分配见下表。

b.对于型材成型机为了实时监测和控制门框型材移动的速度和移过的距离,PLC有一路高速计数输入(同时占用3个输入点)和模拟量输出,“自动运行”、“停止” 占用2个输入点,控制冲安装孔模具和切断模具占用4个输入点和4个输出点,油泵电机、出料辊道电机和成型变频器状况要占用5个输入点,成型变频器使能控制及油泵电机、出料辊道电机要占用4个输出点,控制切型材两侧45度切割器需2个输入点和8个输出点因此PLC具有1路或1路以上的高速计数输入通道,具有18个的输入点和16个输出点,1路模拟量输出,决定采用的是台达EH系列PLC的DVP32EH00R2+DVP04DA-H2,其输入点输出点各为16点,有四路模拟量输出, 带RS485通信口。输入和输出点的分配见下表2。 

4.2  变频器选型

台达VE系列变频器具有功能强,控制精度高(频率设定分辨率对于模拟指令为大输出频率之1/4096 (12 bit),起动转距大(0.5Hz 时可达150%以上),过载能力大(150% for 60 seconds; 200% for 2 seconds,),大过电流可达 300%,保护功能完善,对环境适应能力强,性较高,能符合要求,考虑变频器长期在恶劣严酷的环境下运行,其功率应留有一定的余量,决定钢板校平机进给驱动采用台达VFD037V43A-2,型材成型机进给驱动采用台达VFD110V43B-2,其输入电压为三相380V,输出功率分别为3.7千瓦和11千瓦。

两台变频器均配了大功率的制动电阻。

4.3  POD(触摸屏)选型

钢板校平机和型材成型机均采用台达的DOP-V07S201,屏幕尺寸为7寸,其解晰度为480×234,4M内存,65536色真彩,有较好的性能价格比。

4.4  编码器选型

钢板校平机和型材成型机均选用欧姆龙的E6B2-C6C,线数为2000。

控制系统原理图见 图1。 

5  系统实现的功能

两个触摸屏的个画面是语言选择,如选择“中文”,则下面进入的画面全部是中文的;如选择“ENGLISH”,则下面进入的画面全部是英文的。触摸屏的二个画面上可以开启冲压油泵、选择进入“设定数据”、“自动”或“手动”画面,按“返回”键返回画面。

对于钢板校平机,在“手动”画面可按标着名称的按键,使校平辊正转或反转(反转一般是退料),测试冲铰链孔模具和冲锁孔模具工作是否正常。在“设定数据”画面,设定钢板校平的速度、单次校平长度,冲铰链孔或冲锁孔或不冲孔,冲孔的数量和孔距。在“自动”画面,可以监测钢板校平的速度,已校平总长度,本次已校平长度,冲孔的类型和动作状况。

对于型材成型机,在“手动”画面可按标着名称的按键,使成型模具转或反转(反转一般是退料),测试冲安装孔模具和切断模具工作是否正常,开启出料辊道,测试切45度角机工作是否正常。在“设定数据”画面,设定型材成型的速度、单次成型长度,冲安装孔的数量和孔距、预定加工型材数量。在“自动”画面,可以监测型材成型的速度,已成型总长度,本次已成型长度,冲孔型材压紧,前切割机运行切下,完成后自动返回。当已加工完成型材预定数量后,设备停机。钢板校平机工作流程型材成型机工作流程分别见图2和图3。多级减速定位冲孔(切断)子程序控制流程图见图4。 

型材压紧,前切割机运行切下,完成后自动返回。当已加工完成型材预定数量后,设备停机。钢板校平机工作流程型材成型机工作流程分别见图2和图3。多级减速定位冲孔(切断)子程序控制流程图见图4。 

6  程序说明

程序的是位置控制,在这里,既要让进给速度尽可能快,又要确保位置控制精度,这是有难度的,为此,我经过计算和反复测试,在程序中设置了4个减速点,当距离控制目标小于等于减速点数值时,PLC发出指令,将进给速度降至大速度的50%,距离控制目标小于等于二减速点数值时进给速度再降50%,到三减速点时进给速度再降至制动速度,到四减速点时变频器制动停车。在程序中编制了纠偏程序,可进行自动修正偏差,在触摸屏上有可输入补偿值修正偏差。这样既保证了位置控制精度,又兼顾进给速度。`

由于编码器比较灵敏,在冲孔时,位置会有变化,为此在程序中确定冲孔时或切断在钢板或型材停止才能进行,而在冲孔时或切断时编码器不计数。

程序的另一个难点是冲孔时的数量和规格(在一定范围内)可任意选择,这样一来,每个PLC都要面对十多种选择,因为涉及到高速计数中断,使程序量增加。但如程序太长的话,可能PLC的扫描时间增加,减慢PLC的处理速度,从而影响位置控制精度。我们精心设计了PLC和触摸屏的程序,使其尽可能精炼,既满足了用户的要求,也保证了位置控制精度。 

7  结束语

1.通过对位置控制、调速方法的研究,筛选了的控制系统,满足了用户的各项要求,同时使控制系统的成本大幅度的降低,可操作性、可维护性得到很大的提高。

2.通过对控制对象的分析计算,精心编制PLC程序、触摸屏程序,巧妙设置变频器参数,使系统能够达很的位置控制、宽泛的调速范围、较快的响应速度。由于PLC和触摸屏程序的设计,使系统能应对多种复杂情况,另一方面,傻瓜式的菜单操作界面,使对操作工的要求降到,从而降低了用户的使用成本。

3.在触摸屏上设计中文和英文两个操作界面,实现傻瓜式的菜单操作,可应对多种数量、多种规格的加工任务;可面对国内外的用户。

门框自动成型机的应用使门框生产的效率大幅度提高,生产成本明显降低,产品质量得到长足的提高,降低了工人的劳动强度,杜绝了生产事故,节约了宝贵的人力资源,产生了良好的经济效益和社会效益,受到了广泛的。