西门子6ES7338-4BC01-0AB0参数方式

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：分析了矿井提升机液压站制动装置的事故原因，结合液压站的工作原理，探讨了采用PLC电控系统的控制过程及注意事项。并根据制动系统的性分析对其进行改进，改进后的电控系统性得到提高，现场设备的相互匹配性得到增强，还可灵活地实现各种功能的变。 

矿井提升机制动装置是矿井提升机的重要保护装置。制动装置的作用可归纳为：(1)在提升终了或提升机不工作时，地闸住提升机。(2)在减速阶段参与提升机的速度控制。(3)作为机构，在发生紧急事故时，对提升系统进行保护。(4)对双卷筒提升机，在打开调绳离合器，换水平、调节绳长时，能闸住活卷筒、松开死卷筒，以便进行调绳操作。

目前矿井提升机的制动装置多为盘式闸制动系统，主要由制动器和液压站组成。在提升机的操作使用过程中，尽管对制动系统设计整定的制动力矩倍数达到提升机静力矩的3倍以上，但仍因制动系统失效而引发过卷、蹲罐等事故，造成严重经济损失。

根据对制动系统的性分析，盘式闸制动系统引发事故的原因有：(1)液压站在紧急制动时，管路回油不畅。(2)液压站工作制动调压稳定性不够。(3)残压过高，电磁阀故障。(4)制动器故障，如碟形弹簧疲劳或断裂、闸瓦污染等造成制动力矩不足等。而整个液压站的电控部分采用可编程控制器(PLC)，则会大大提高电控系统的性;同时增加了与现场设备的相互匹配性，可以灵活地实现各种功能变。

1 液压站工作原理

液压站的工作过程主要包括：工作制动和制动。液压站采用可编程控制器(PLC)控制，其工作原理根据液压站动作过程进行编程，电磁阀的动作状态如表1所示。

1.1 正常工作制动

当提升机开车时，给液压站的电动机1供电，油泵2启动，时液压站中的电磁阀由可编程控制器(PLC)控制，G1、G2、G3、G4、G6、G7通电，司机推动可调闸手柄，提升电控系统发出—个增大的电压值，这个电压进入液压站电控柜中的放大板，并控制电液比例溢流阀4来调整系统压力，使系统油压增大到一定值。压力油一部分进入A、B管打开提升机制动器，提升机即可开车运行;另一部分压力油进入蓄能器13，为制动储备压力能。当提升机停车时，司机拉回可调闸手柄，提升电控系统发出一个减小的电压值，使系统油压减小，拉回手柄，PLC控制电磁阀G6、G7断电，系统油压降为0，制动住提升机，等待下一次提升。

1.2 制动

制动分为两种情况：一种是提升容器运行在井筒中时，提升机出现紧急情况时的井中制动;另一种是提升容器已经接近井口时，提升机出现紧急情况时的井口制动。

井中制动：提升机出现紧急情况时，AC接点信号闭合，为满足制动减速度的要求，采用二级制动。这时液压站中电动机1断电，油泵2停止供油，电磁阀由可编程控制器控制，G1、G2、G6、G7断电，B管中的油压降为零，由B管控制的一半制动器施闸，产生制动力矩;而控制A管的电磁阀G3和G4依旧通电，G5通电，这时A管和溢流阀9以及蓄能器13相通，使管路产生和溢流阀9相对应并维持稳定的油压值，由A管控制的另一半制动器也施闸产生相应的制动力矩。两部分制动力矩之和要满足制动减速度的要求，这就是级制动。G5、G3、G4经可编程控制器延时一定时间后断电，所有制动器全部施闸，使提升机停车，这是二级制动。

井口制动：提升机出现紧急情况时，为了防止恶性事故的发生而采用井口制动。提升容器到位信号已经闭合，AC接点信号闭合，液压站中电动机1断电，油泵2停止供油，电磁阀由可编程控制器控制，G1、G2、G3、G4、G6、G7断电，A、B管的油压降为0，所有制动器全部施闸，制动住提升机。

(1)调绳功能：当提升绞车需要调绳时，打到“离开”按钮时，这时电动机、电磁阀G8通电，调整可调闸手柄，使系统压力上升，将离合器打开;打到“调绳”按钮，此时电磁阀G2、G6、G7通电，调整可调闸手柄，系统压力上升，固定卷筒的闸打开，可动车进行调绳;调绳完毕，打到“合上”按钮，此时电磁阀G9通电，其余电磁阀断电，离合器复位合上。

(2)电磁阀检测信号：液压站中每个电磁阀都有一个阀芯检测传感器，当电磁阀正常工作，而阀芯没有到位或被卡，传感器会发出故障信号，并通过可编程控制器报警并在液晶屏上显示发生故障的电磁阀。以便对其进行维修。

(3)过压报警：当液压系统出现故障，压力出系统设定值时，过压电接点压力表接点闭合，产生报警信号，对液压系统及制动装置起到保护，以便于维修。

(4)压差报警信号：当滤油器出现阻塞时会出现进出口压力差，此时滤油器上的压差开关动作，在液晶屏上产生故障报警信号，以便对其进行维修。

(5)温度报警信号：当油箱7中的液压油温度过高，温度报警信号闭合，并通过PLC及液晶屏报警或显示故障模式。

2 电控系统装置组成

整个装置由供电单元、检测单元、控制单元、输出单元和执行单元等组成。

(1)供电单元。交流220 V工作电源取自提升机交流220 V控制电源，作为电磁阀、指示灯、PLC的工作电源;电液比例阀控制板的24 V电源取自单的交流220 V+24 V直流电源;其他的24 V直流电源取自PLC自带的24 V电源;交流380 V油泵电机工作电源取自提升机供电系统的动力电源。同时电控柜内部自带备用交流220 V应急电源，紧急停电后可给电控柜供电，正常工作时处于储电池充电状态。

(2)检测单元。制动信号接点、减速点信号接点、开车信号及停车信号接点取自提升机电控回路，为无电压常开接点。过压保护接点取自过压检测电接点压力表;滤油器压差信号接点取自滤油器压差检测装置，两路信号并联;油温过高接点取自油箱油温检测装置;电磁阀故障信号接点取自电磁阀阀芯动作位置传感器。

(3)控制单元。由PLC可编程控制器及其扩展单元组成，完成所有信号检测、逻辑控制等，控制输出单元及执行单元的动作。电液比例阀由电液比例板控制调节，不参与PLC控制。

(4)输出单元。由输出继电器、中间继电器、指示灯等组成。

(5)执行单元。由油泵电机、电磁阀等组成，根据PLC的输出指令，完成相应动作。

3 注意事项

(1)电控柜开始投入运行之前，应着重检查以下方面：KT信号的性，保接线正确;转换电路开关的位置，保证方向一致;在确保电控箱外部连线无误后，可将电控箱投入使用。

(2)当PLC监视到故障信号时，将自动给出声光报警，电铃动作3 s后自动停止，欲故障显示，可按一下复检按钮。

(3)PLC正常工作时，PWR、RUN指示灯应同时亮，ERR、BAT指示灯不亮，如不符合此种状态，都应视为故障。

 O 引 言 

双头盲孔钻机是一种在实体材料上进行钻孔加工的常用机床，广泛应用于模具、汽车、机床制造等行业的零件加工生产当中。传统的手工加工，不仅速度慢，而且还容易出错，导致产品生产率低下。

可编程逻辑控制器(PLC)具有稳定性好，控制精度高等优点，常被当作控制器来使用;而触摸屏的加入，即增强了人机交互的空间，还能在一定程度上减少PLC的外部I/O点的使用以及减轻系统连线复杂程度，由二者组合在一起的控制系统越来越广泛地应用在工业生产的各个领域。

这里采用松下PLC(FP—X(260T)与威纶触摸屏(Weinview MT506)设计一个控制系统。实践效果表明，能够达到双头盲孔钻机的没计要求。

1工艺控制要求与控制系统组成

双头盲孔钻机机械图如图1所示，它主要由6个气缸，4个步进电机，2个主轴电机组成。其中，气缸1起到压紧加工件的作用;气缸2用于定位作用，使得与加工点处在同一水平线上;气缸3起紧固加工件的作用，防止加工时加工件因外力松动滑离加工位置;气缸4用于旋转工件，当一个表面加工完成，需要进行二个表面加工，进行二次加工时，需要将加工件旋转一次;气缸5，6起到对准加工件位置的作用。

4个步进电机分别控制4个轴向运动，左右移动电机向加工平台方向移动，将搭载有主轴电机的两个左右钻电机靠近加工平台;左右钻电机负责推送主轴电机前进进行钻孔加工，主轴电机安装有。在加工过程中，如果一次性加工完成，则因加工深度太深，冷却液难以进入，导致温度过高而被烧坏，铁屑也难以排出，进而导致加工失误，影响加工精度及生产效率，因此，在加工过程中，需要周期性地从待加工件中退出，起到退屑、散热的作用。

1.1 系统工艺控制要求

双头盲孔钻机的控制动作主要分为气缸动作和电机控制动作。其中，气缸动作完成加工件的夹紧、推料到位等工作;电机动作完成电机的自动加工动作。主要的控制要求有：

(1)具有手/自动功能状态。手动时，要求可以对工序中气缸动作与电机动作的每个步骤进行立操作，以便于试机调试。自动方式运行时，需严格按照工艺步骤时序要求运行。

(2)左右钻电机是在左右移电机动作完成之后才能开始动作，以保证不会碰到其他部件而被损坏。

(3)钻孔时，要求左右钻电机周期性地前进后退，推送主轴电机及完成整个加工动作，即需将一个加工分成多个小线段加工，保证每次前进加工后都能使得从待加工件中退出，起到退屑和冷却的作用效果。

(4)需要有急停保护措施。急停按钮一按，产生报警信号，同时机床所有部件动作均停止，只能回零操作有效。回零操作启动的同时报警取消。

(5)需要有换、对功能。当发现不利时，换完之后，要进行自动对操作。

1.2 系统体系结构

控制系统采用松下PLC与威纶触摸屏相结合的方式：威纶触摸屏主要用于加工工艺参数的设置以及对PLC发送控制信号和显示PLC的状态信息(比如报警信息，正在进行的工序号信息等)，通过触摸屏软件编程，将触摸屏中的变量直接映射到PLC中，使得在触摸屏上的各个动作能够直接反映在PLC中;PLC通过读取现场的输入信号以及触摸屏的控制信号，按照预先编好的程序进行程序扫描之后，输出控制信号到机床，以控制电机或者气缸动作;现场传感器输入信号由左右移电机限位置、原点传感器与左右钻电机限位置、原点传感器和主轴电机电流传感器等输入信号组成。

2 硬件设计

综合考虑系统工艺要求，选用松下公司生产的FP—X C60T PLC。该PLC具有4个脉冲输出，由于每个脉冲输出均有一个脉冲输出口和脉冲方向输出口以及原点位置和限位置输入口，故需占用4×4=16个I/O口;再根据系统的其他控制要求，需设定4个输入口(主轴限电流和急停、启动输入)和10个输出口(包括对5个气缸的控制输出和报警信号、油泵信号，主轴电机过流输出信号等)。

触摸屏选用威纶Weinview MT506触摸屏，其开发软件是Easy Builder，简单易学。

3 软件设计

3.1 PLC软件设计

松下FP—X C60T采用FPWIN  Ver.2.72软件进行编程设计，可采用梯形图语言和顺序功能图语言进行编程，本设计采用梯形图编程。

软件设计包括手动方式和自动方式设计，其中手动方式要求对各个动作都能单立运行，自动方式操作时需要严格按照工艺要求的操作流程来完成整套动作。软件设计流程如图2所示。

3.1.1 自动方式设计

双头盲孔钻机自动方式下的工作流程如图2所示。由于自动方式具有较严格的工艺流程要求，编程时采用松下PLC的步进转移指令：SSTP，NSTL，NSTP，CSTP，STPE等5条指令。而对于步进电机的控制，则直接采用松下PLC中的脉冲输出指令F171(SPDH)，F172(PLSH)指令。通过设置脉冲输出指令控制字，还可以调节步进电机的速，速以及加速时间，脉冲个数等。使用松下PLC，对步进电机的控制很方便。

3.1.2 手动方式设计

手动方式一般用于试机运行及调试阶段。设计有6个气缸单步运行，4个步进电机单步执行，2个主轴电机单步执行。对于步进电机控制，采用调用子函数的方法来对各个步进电机进行单步运行。除此之外，换对功能也需要在手动下完成。

3.1.3 步进电机控制技巧

针对步进电机控制，采用松下PLC的特殊指令F171与F172。其中，针对F171有两种不同的控制，一种是梯形图控制，另外一种是原点返回控制。两种控制通过设定数据表来选择。这个指令可以用在自动方式下的步进电机控制。对于指令172(PLSH)是JOG控制，可以用于手动方式的电机控制。

3.1.4 急停功能设计

当发生任何故障或者紧急情况时，需要有急停保护措施。一旦按下急停按钮，对于气缸来说，则保持原状态不变;对步进电机来说，则需要将其脉冲输出停止，使得电机停止转动。这可以通过设置脉冲输出的控制命令字来完成。一旦出现紧急情况，则触发急停按钮，关闭脉冲输出指令，步进电机停止，同时报警信号产生。等按下回零按钮时，报警信号关闭，各步进电机回到原点。同时，还需要对PLC系统中的一些内部数据进行初始化，以备报警信号之后，钻床能够继续进行加工，而不是在故障发生时的状况下继续运作。

3.2 触摸屏设计

触摸屏设计包括创建人机界面和实现与PLC主机之间的通信两个方面的设计。

3.2.1 触摸屏人机界面设计

使用Easy BuiIder软件设计人机界面。该软件提供了多种控制器件库、图形空间和功能组件。根据系统工艺要求，配置有主画面、手动1、手动2、手动3和参数界面共4个界面。其中，主界面配置的部件有回零点、换对按钮，手/自动切换按钮、主轴电机按钮、气缸油泵按钮、启动按钮还有急停按钮;手动1、手动2是分别对左右移电机、左右钻电机进行手动单控制，均设有快/慢速切换按钮、左右前进按钮和左右后退按钮、同时前进、同时后退按钮等;手动3界面是对6个气缸的单手动控制，分别为各个气缸分配了一个按钮;参数界面主要设定工件加工初始位置、钻孔深度、进量等参数。图3为双头盲孔钻机人机界面的结构图。

3.2.2 触摸屏与PLC的通信

设定人机界面中的变量，使其与PLC中的相应I/O点或存储单元之间建立联系，实现触摸屏对PLC的控制及参数的输入，控制PLC的运行状态。

除此之外，还需要设定触摸屏与PLC之间的通讯参数，实现触摸屏与PLC之间的通讯。

4 结 语

在钻机系统中，采用PLC控制，使得系统硬件电路设计简单，而触摸屏的设计，即增强了人机交互能力，同时也大大减少了传统控制方法中的开关、按钮、指示灯、仪表等电子器件的使用，还间接地减少了PLC外部I/O点的使用，简化了系统的硬件设计。两者的结合，综合了各自的优点，不但操作方便，系统性能也加，具有广阔的应用前景。

0 引言

可编程控制器在我国的应用已有二十几年的历史，随着目前生产自动化水平的提高，以及各种系统的需要，可编程控制器以其外部电路简单、模块化结构、性高，尤其可以通过方便地编制和软件来实现顺序控制的功能等特点，在各行各业中得到了越来越广泛的应用。在各类数字和计算机系统中，都离不开多谐振荡器，虽然市场上有许许多多种多谐振荡器，但功能却各不相同。本文以日本三菱公司型号为FX2-24MR的可编程控制器为例进行程序设计，并验证，设计了一款用可编程控制器构成的多谐振荡器。与普通振荡器相比，本设计有以下几方面优势：a.构成简单，具有通用性。改变程序和接线又可作其它用途;b.程序编写简单，易于理解和掌握;c.通过软件变参数就可很方便地获得想要的频率和占空比。

1 设计

我们以一个具体工作任务为目标，看看整个多谐振荡器的设计全过程。该具体工作任务为设计一个频率为f=0.4Hz，占空比q=40%的多谐振荡器。

我们采用状态转移图SFC来实施这一工作任务。

(1)通过工作任务计算波形的周期T以及波形的高电平持续时间t1、低电平持续时间t2。周期按计算公式T=1/f=1/0.4=2.5s完成，t1和t2按占空比公式q=t1/(t1+t2)和t1+t2=T完成。将T=2.5s和q=40%代入到以上两个公式中，求解这个二元一次方程组，得到t1=1s，t2= 1.5s。

现在我们的工作任务变为要获得一个方波，它的高电平持续时间为1s，低电平持续时间为1.5S。即波形如图1所示。

(2)采用状态转移图SFC时，起始状态元件选择S0，中间状态元件选择S20。高电平持续时间继电器采用T0，低电平持续时间继电器采用T1，它们的时间参数根据规则分别设置为K10和K15。据此我们可以画出状态转移图SFC，如图2所示。

将状态转移图SFC变为可以实施的梯形图软件后，我们就可以将它写入到计算机里面去了。由图2的状态转移图得到的梯形图软件如图3所示。

2 I/O分配表

根据现场控制所需的输入信号和输出信号，分配可编程控制器的输入与输出点，见表1。

3 可编程控制器多谐振荡器实施的接线图

可编程控制器多谐振荡器的实施终要反映到三菱 FX2-24MR型可编程控制器的输入/输出接线上，图4为可编程控制器多谐振荡器实施的接线图。SB1为启动按钮，SB2为停止按钮，24V直流电源为可编程控制器外加的直流电源。

4 运行观察

根据所设计的可编程控制器多谐振荡器梯形图，采用型号为FX2-24MR的可编程控制器，把可编程控制器方式开关置于运行“SHOP”档，通过计算机及数据线把程序写入到可编程控制器中，再把可编程控制器方式开关置于运行“RUN”档，合上X0，我们会看到与Y0联接的指示灯亮1s后熄灭，紧接着与Y1连接的指示灯亮1.5s后再熄灭，以后交替循环进行，按X1可结束工作任务，从而达到工作任务所设计的要求。实际运用时，将指示灯换成负载就可以正常工作了，Y0输出频率为f、占空比为q的方波，Y1输出频率为f、占空比为(1-q)的方波。

5 扩展小结

当我们需要任意频率f、任意占空比q的方波，我们只需改变图2和图3软件中的时间继电器T0、T1的参数就可以实现。方法如下：

将f和q代入公式

计算出t1=q/f，t2=(1-q)/f。T0时间继电器中的参数K择计算出来的t1×10，T1时间继电器中的参数K择计算出来的t2×10，修改好这二个参数后再按所叙述的方法将程序写入到可编程控制器中运行，我们所要求的结果就可以实现了