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1 前言
可编程序逻辑控制器PLC产生于1969年，初只具备逻辑控制、定时、计数等功能。英文名称为：PROGRAMMABLE LOGICAL CONTROLLER，简称PLC。随着现代电子工业的快速发展，在各个领域的应用越来越广泛，其性能指标也进一步完善，适应起重机等工作场所的需要。可编程控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程序的存储器，在其内部存储、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算数运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。它代替了传统的硬接线的逻辑控制电路，实现了生产的自动控制。
本文中所涉及的是西门子S7系列PLC，它的特点是体积小、功能强、时间相应快、控制精度高、性好、控制精度可以随工艺而改变同时具有较大的灵活性和可扩展性，因此被广泛应用到机械制造、冶金、交通、电子纺织、印刷等工业领域，作为通用的自动控制设备，它既可以用于单一机电设备的控制，也可用于工艺流程的控制。它易与计算机连接，维修方便，这是传统的继电控制系统远远比不上的。
2 行星齿轮减速机
2.1行星齿轮减速机的工作原理
行星齿轮减速机的齿轮，它们的转动轴线是不固定的，而是安装在一个可以转动的支架上，行星齿轮除了能象定轴齿轮那样围绕着自己的转动轴转动之外，它们的转动轴还随着支架（称为行星架）绕其它齿轮的轴线转动。绕自己轴线的转动称为"自转"，绕其它齿轮轴线的转动称为"公转"，就象太阳系中的行星那样，因此得名。
也如太阳系一样，成为行星齿轮公转的那些轴线固定的齿轮被称为"太阳轮"， 在一个行星齿轮上、或者在两个互相固定连接的行星齿轮上通常有两个啮合点，分别与两个太阳轮发生关系。内齿轮轴线与外齿轮轴线重合，也是太阳轮。
2.2行星齿轮减速机的缺点
由于一套行星齿轮无法满足较大的传动比，有时需要二套或三套来满足用户对较大传动比的要求。由于增加了行星齿轮的数量，所以二级或三机减速级的长度会有所增加，效率会有所下降。另外，由于行星齿轮减速机安装有差速器，如果是多台电动机驱动，它可以调节每台电动机在转速上转速差，保输出的稳定。但是由于差速的原因，当高速侧发生故障后，低速侧就失去了控制，因为制动器是安装在高速侧，这是相当危险的，如果这时起重机正在吊运重物，那么重物就会在没有任何保护和制动的情况下，坠落到地面。
由于行星齿轮减速机存在的这些缺点，对企业生产的影响是非常大的，因此，针对它存在的问题，采取必要的措施，以保证企业的生产。我厂所属的几部80T以上的大吨位起重机，其起升系统均采用的是行星齿轮减速机，作业任务是吊运液体金属，对其性要求相当高，因此国家要求在吊运液体金属的、属于行星齿轮减速机的起重机上安装利用PLC控制的制动系统。
3 解决方案
3.1方案原理
采用可编程控制器及编码器采集电动机和卷筒上的转速信号，通过内部程序进行计算，推导出系统目前是否工作在正常状态，并做出相应的判断。如果出现机械方面故障，切断起升机构的电源；同时发出指令，通知卷筒上的液压盘式制动器动作，对卷筒进行制动，来避免事故的发生。
3.2工作原理
，选择一个（1＃卷筒）卷筒的编码器信号作为基准，每当采集到80个脉冲信号，便将此信号同其他编码器采集到的信号进行比较。如果没有误差或错误，则重新开始下一次计数与比较，如果发现存在误差或错误，就会发出动作信号，控制液压制动器动作将低速的卷筒抱死。
1＃卷筒如果 采集并发出80个脉冲信号，那么对应2＃卷筒也应该是80个脉冲信号，我们考虑到机械传动中存在的误差，所以给出了故障动作的信号范围是：≤60或者≥100,即采集信号正常的范围是在60～100个脉冲之间。1＃、2＃卷筒之间做比较，如果这时两个卷筒有一个发生了故障，则脉冲信号的这个对应关系便会被，制动器就会动作保护。
同时，卷筒和电机的脉冲信号也在做比较，比较计算的数值为：80个脉冲×173.5＝13880个脉冲（注：173.5是减速机减速比）。这是为了高速侧的信号，当高速输入出现断轴等故障时，也会脉冲信号的对应关系，制动器也会动作保护。同样考虑到机械传动中存在的误差，我们给定的范围是：≤12000或者≥15000，即高速侧的脉冲工作的正常范围是：12000～15000。
由于采集的数据比较小，经过我们的计算，得出：若以1＃卷筒为基准，当高速侧发生故障时，反映到卷筒钢丝绳上的长度仅有40cm，可以看出机构的动作是灵敏的。
3.3硬件组成
该系统的硬件组成分为机械部分和电气部分。其中机械部分包括：液压系统、液压盘式制动器、油路等组成； 电气部分包括：西门子S7－200 PLC、差分脉冲编码器、电气控制箱、编程用笔记本电脑、屏蔽电缆线等
3.4安装及维护
由于该系统的特殊作用，因此在安装时要特别的仔细，特别是编码器和油路方面的安装。编码器一共有四个，分别安装在两个卷筒和两台电机上，安装时一定要将编码器固定牢固，否则将会对数据的传输造成很大的影响，另外，在和卷筒与电机的轴连接时要注意，轴的要尽可能的在一条直线上，如果安装不好会造成编码器的损坏以及信号传输的错误。其次，在冶金企业里面，环境比较恶劣，所有的电气设备一定做好防尘工作。
制动器是为了在机械传动故障时，防止起重机发生事故的后一道防线，因此维护工作是相当重要的，应注意以下几点：
设备的卫生状况要良好；
检查编码器的工作是否正常；
PLC的输入输出指示灯，工作良好；
人为的制造故障，制动器是否可以起到保护作用。
所有的油路和油管连接牢固，密封良好。
4 结束语
我们利用了的一段时间在我厂80T以上的起重机上，凡是起升机构是行星齿轮减速机的起重机，全部安装了液压盘式的制动器。经过了几年时间的运行，除了个别车辆由于参数设置的不太准确发生了几次误动作以外，其他车辆均运行良好，为企业的生产奠定了良好的基础。

1、引言
声波切割机用于加工化纤、尼龙类布料，主要用来制作无尘拭布（洁净布），无缝缝润等产品。
无尘布是常用于电子产品、光学仪器以及其他在无尘生产环境中制作的零部件清洁用布。无尘布柔软、弹性大、易变形。在使用中不能出现脱毛、崩布边等要求。由于该布料有着特殊的使用要求，所以对布料的分切加工也有着特殊的工艺要求。
声波切割机是针对无尘布的特点，专门设计制造的机械。具有切口光滑、牢靠，切边准确，不会变形，不翘边、起毛、抽丝、皱折等优点。可避免的“激光切割机”存在的切边粗糙、焦边、起球等缺点。
作为国内技术力量的PLC研发和生产厂商——德维森科技（深圳）有限公司和厂商一起从电气控制到工艺，为厂商提供了解决方案。

2、声波切割技术
声波切割机主要有2个技术问题，一个声波的产生，另外一个就是布料的传送控制，切割。声波主要是通过陶瓷振子加上电压产生声波振动，再经增幅放大，使头刃具产生高速振动，可用来切割布料，塑料等材料。作为声波切割机中重要的一环就是实现布料的传送以及高速切割。切割机要求每次布料的传送长度一致，并且为了提高生产效率，对布料的传送和切割速度有要求。并且在切割时要求不能产生黑边的现象。由于切割机的需要非常大，所以对成本控制也比较严格。

3、德维森的声波切割机解决方案
德维森公司针对提到的问题，提出了一个价格低廉和的解决方案：
对主传送马达，我们采用普通的步进电机代替伺服电机，对于切割电机，采用普通的交流异步电机。其他压布挡板的控制，进，退的控制以及布料的安装等均采用气缸来控制。
电气控制采用V80M32DR-AC/S就可以实现所有控制，并带一个简单的触摸屏来实现对布料切割长度的设置以及累计产量的统计并实现机器的启动停止控制。
V80M32DR-AC/S为德维森科技推出的带运动控制的小型PLC，具有16个输入点以及16个继电器输出点。并且带有2路单的速度高达50KHZ的高速PTO/PWM输出单元。并有2路全功能（ABZ三相）的高速计数功能。
一 工艺简介
染缸系统用于为布料着色，通过调节温度，压力，和颜料的流量形成一定的工艺条件，在相对稳定水位、压力、温度条件下对布料进行染色。系统属于全电脑控制，对各个控制量均实现闭环控制，根据反馈实时调节补偿，以达到稳定的控制效果。
用户对于每种染色工艺的要求不同，要求程序按照功能进行模块式划分，可以根据需求在上位机中灵活调用，组成一个工艺方案。
二．电气技术方案
2.1 系统组成
根据客户需求，结合当前工控技术的和产品，设计采用的电气技术方案如下。
上位机采用工业平板PC机。PC机与PLC以RS232方式通信，上位机开发平台采用Wonderware Intouch 9.5版组态软件，可实现对整机运行工作情况的监控和历史纪录数据的保存。
在可编程控制器（PLC）方面，选择业内的艾默生PLC作为控制器，采用MODBUS通讯协议，与艾默生变频器通过RS485总线通讯控制方式实现传动控制，并可与流量传感器通讯。根据系统要求，这些PLC分配在三个控制箱中。主控制箱中1台PLC配置为MODBUS主站，由主站对全部从站PLC、变频器、流量传感器进行监控；上位机通过主站来进行系统监控。
变频器选型采用艾默生TD3000系列和SK系列产品。 TD3000系列变频器是、多功能、低噪音的矢量控制通用变频器；SK系列变频器具有体积小巧、操作简便、功能实用、宽输出频率和低噪音等优点。
文本显示器采用无锡汇联SLIAN文本显示操作屏。
2.2 电气系统结构图

图中粗黑线表示的是MODBUS总线。
电气系统结构图说明
1、PC作为系统的上位机通过串口与主控制箱的PLC主站模块的通讯口0连
接，采用RS232通讯实现对PLC数据的采集和控制。
2、系统主干通讯网络采用MODBUS协议。
3、系统分为三个控制箱：主控制箱、机身控制箱、机身电磁阀接线盒。系统需要配置5个PLC主模块，以MODBUS总线协议进行通讯。主控制箱内有3个PLC主模块，其中1个主模块配置为MODBUS主站。机身控制箱和机身电磁阀接线盒分别各配置1个PLC主模块。
4、主控制箱的主站PLC采用EC20-2012BTA主模块（晶体管输出），扩展了2个EC20-4PT模块（温度测量）、2个EC20-4AD模块（4-20mA模拟量测量）；主控制箱的从站PLC采用2个EC20-2012BTA主模块（晶体管输出）。
5、机身控制箱从站PLC采用EC20-2012BRA主模块（继电器输出），扩展了1个EC20-4AD模块（0-10VDC模拟量测量）。控制箱应留出未来扩展的空间，以便将来增加扩展模块。该控制箱上安装1个无锡汇联SLIAN的文本显示屏，通讯线与PLC的通讯口0连接（RS-232）。
6、机身电磁阀接线盒从站PLC采用EC20-3232BRA主模块（继电器输出）。
7、5个比例阀分别由主控制箱的3个PLC主模块进行控制。每个PLC主模块可控制2个比例阀。
8、4台变频器和2个计都作为MODBUS从站，由主控制箱主站PLC进行监控。
2.3工作原理说明
人机交互通过PC实现，PC可以实时监控整个系统的工作运行状态、动作过程及故障报警、实时曲线描绘和保存历史数据等，同时可发送各种操作命令给PLC以控制系统的运行。
在主站PLC与PC、从站PLC、变频器和流量计仪表通讯方面，EC20 PLC充分利用自身的优势，由于EC20 PLC本身带有2个串行通信口（1个RS232口，集成自由协议/编程协议/MODBUS从站协议，1个RS232/485口，集成自由协议/MODBUS主站/从站协议），EC20 PLC利用COM0口和PC进行通信（EC20 PLC做从站，设置成MODBUS从站协议），利用COM1和多台从站PLC、变频器和流量计仪表组成网络进行集中控制（EC20 PLC的COM1设置成MODBUS主站协议）。
艾默生变频器自带RS485接口的通讯单元，用于实现PLC与多台变频器的联网。对变频器的所有控制都通过RS485通讯链路来完成，可省去变频器的外部起停控制线路。
5个比例阀控制器均由步进电机及放大器组成，由主站PLC及2个从站PLC通过高速脉冲输出口来进行控制。
流量计仪表具有MODBUS协议，可由主站PLC通过MODBUS网络访问和监控。另外，流量计具有脉冲计数和频率输出，可用于计量，作为备用方案。脉冲输出可以接入到EC20的高速输入通道。
三．PLC逻辑控制
此次编程采用顺序功能图（Sequential Function Chart），利用顺序功能图的过程划分和步骤间转换功能。可将程序段进行模块化自由组合。
由于顺序功能图编程具有直观和流程化的特点，分解后的每一步骤和每个转换条件都为相对简单的程序过程，在顺序控制领域应用比较广泛。
3.1 模块化的分解与实现
染布工艺经过长时间的积累，已经形成一套相对固定的工艺流程。但是随着布料种类、染料种类和印染要求的不同，会在原有流程上进行一定的增加、删减或者参数的改变，因此需要将整个印染工艺分解为若干个小模块以实现这一功能。
经过对印染工艺的了解，现将整体工艺拆分为如下功能块：

模块功能的实现应用顺序功能图流程的概念。在一个关联且封闭的顺序流程中，每一时刻只有一个步骤在运行，且各流程间互不干扰。而工艺模块的划分也正是本着一个模块内的工艺顺序执行、各个模块间的工艺尽量立这一原则。因此，一个模块对应一个流程即可。
3.2 自由式组合编程的实现
工艺要求能够自由的对功能模块进行顺序组合和重组，而PLC的程序是通过软件将PC中的内容写入到PLC固件中的，因此一经写入就不再可以改，程序的执行按照预定流程。于是我们通过与上位机的配合，再结合顺序功能图的特点，来实现自由编程的，其原理如下图：

在上位机中对各个功能模块进行组合，通过组态软件将这些模块所对应的流程的起始步进号存储到一个配方列表中。上位机PC发送配方当前的步进号给PLC，PLC接收到后启动该步进对应的流程，并在流程的后置位某固定的完成标志，发送给上位机。PC收到完成标志后，配方的步进号向下传递并再发送，如此实现自由组合编程。
四 小结

在上位机中对各个功能模块进行组合，通过组态软件将这些模块所对应的流程的起始步进号存储到一个配方列表中。上位机PC发送配方当前的步进号给PLC，PLC接收到后启动该步进对应的流程，并在流程的后置位某固定的完成标志，发送给上位机。PC收到完成标志后，配方的步进号向下传递并再发送，如此实现自由组合编程。