西门子6ES7368-3CB01-0AA0千万库存

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概 述
随着技术的进步，由可编程序控制器（简称PLC）组成的自动控制系统在很多行业和领域都得到了广泛的应用，在食品包装机械及制冷空调行业也不例外。PLC和工业人机界面（HMI）被大量地用于包装机及冷水机组上，例如在吸收式冷水机组上，OMRON的C200Hα、CSl、CJl系列PLC就以其优异的性能（运算功能、网络通讯功能、开放的容易使用的通讯协议等）获得了企业和用户的赞同而得到了广泛的使用。它的网络功能让企业能在自己的服务足不出户就可以监视在各地的用户所使用的机组的运行全部状态和数据，帮助客户解决运行中碰到的问题，提醒客户维护和保养机器，以及帮客户重新恢复机组的控制程序和设定机组运行参数等等。这大大提高了服务的质量和效率，也为企业节省了大量的开支。但是由于成本的原因，这些系列的PLC无法在其他冷水机组如风冷冷水机组、水冷螺杆机、活塞机等产品上应用，为此OMRON推出了另一款机型CPM2AH，这种机型体积小，扩充能力强，性能价格比高，非常适合在食品包装机械及水冷和风冷冷水机组中使用。以下以冷水机组控制为例进行进一步说明。

1 控制系统的配置方案
CPM2AH系列PLC是一款在小机壳内汇聚了的功能和优异的表现的产品。其基本单元有20、30、40、60点四种，包含了数字量输入和高速脉冲输入、继电器输出功能，根据系统开发的需要，可以增加扩展模块，扩展的模块包括开关量输入输出模块，Pt100温度输入模块（TS101／TS102），电流电压输入模块（AD041）和模拟量输出模块（DA041）。在通讯功能上可以：
（1）通过Host bbbb连接到计算机系统；
（2）通过1∶1 bbbb与OMRON其他系列的PLC进行通讯；
（3）通过Compobus／S和Device Net进行远程模块扩展，从而实现集散型控制。
由于OMRON的PLC产品通用性很强，很多公司的触摸屏都可以和它通讯连接，因此可以根据价格、功能和技术特点来选择相应的触摸屏产品与PLC配套使用。
对于其他有特殊要求，或设计中需要增加模拟量和数字量的情况，还可以酌情增加其他相应的扩充模块以满足要求。
2 控制系统功能
控制系统的功能包括：设备运转控制，运行参数监视，能量自动调节，故障报警记录和系统参数设定等功能：
（1）设备运转控制 可以以三种形式启动机组，本地启动、远程信号启动、定时启动，具体为：1）在远程信号和定时信号都屏蔽的情况下以本地方式启停2）在定时屏蔽、远程信号允许的情况下以远程方式自停3）定时允许的情况下以定时方式启停。在系统无全局故障情况下，以任何一种方式启动后，辅机设备先开启，然后开启主机。当机组中有多台压缩机时，控制系统将根据压缩机运转的时间来确定开启的压缩机编号，以使得机组中各台压缩机保持相对平均的运行时间。
停机也有三种开工，与机组的启动方式相对应。停机时，先将压缩机卸载，然后停止运行。但无论在何种启动的模式下，本地停机均拥有的操作权。
（2）运行参数监视 控制系统可以监视机组运行过程中的运行参数和设备运行状态，显示各重要参数的变化趋势曲线。如冷水出口温度、压缩机的负载情况等：
（3）能量自动调节在机组辅机运转正常，主机启动完成后即进入能量调节过程。可以通过选择冷水入口温度控制或冷水出口温度控制来决定机组是根据入口温度还是出口温度来实现控制。
在入口温度控制或出口温度控制下，比较实际温度和没定温度值，决定机组的上下载。实际温变值大于设定温度值时，机组上载；小于设定温变值时，机组下载。可以根据两者间的温差值来决定上下载的周期长短，温差大则上载或下载，温差小则上载或下载周期相应增长，温差在0.5℃之间可以停止上下载。
（4）故障报警记录 控制系统可以对下列情况进行报警和记录。如果是风冷冷水机组控制系统，则没有冷却水和冷却塔风机的相应报警功能，但会增加融霜和制热运行的故障报警。
冷水泵故障：冷水泵启动，经过延时时间后，如冷水泵连锁信号仍未到，冷水泵故障报警。
断流故障：冷水泵或冷却水泵都启动后，水流延时时间到后，水流开关信号未到，水断流报警。
防冻开关：防冻延时时间到，防冻开关信号未到，防冻报警。
冷水低温报警：延时时间后，如冷水出口温度小于3℃，冷水低温报警。
外部连锁故障：延时时间后，用户外部连锁未到，外部连锁故障。
压缩机过载：延时时间后，热保信号未到，压机热过载报警。
高压报警：延时时间后，高压保护未到，压机高压报警。
低压报警：延时时间后，低压保护未到，压机低压报警。
油压报警：延时时间后，油压保护未到，压机油压报警。
传感器故障：延时时间后，如传感器显示温度值大于200℃．传感器故障报警。
冷却水泵故障：冷却水泵启动，延时时间后，冷却水泵连锁未到冷却水泵故障报警。
冷却塔风机过流：风机启动，延时时间后，过流保护信号未到，风机过流报警。有任何一故障发生，开关量故障输出，系统声光报警。故障排除后，需手动复位。
（5）系统参数设定控制系统可以对下列参数进行设定：
温度修正值，修正传感器采集的实际温度值，默认下修正值为0；
水流开关延时时间（默认为3秒，小为0.5秒）；
低压延时时间（默认为5秒，小0.5秒）；
油压延时时间（默认为50秒，小0.5秒）；
关机延时时间（默认为120秒）；
压缩机少运行时间（默认为120秒）；
允许压缩机启动的停机延时时间（默认为480秒，小为300秒）；
冷却塔风机开温度（默认为28℃，小25℃，大30℃）；
冷却塔风机关温度（默认为23℃，小20℃，大25℃）；
冷水入口温度（默认为12℃，小为10℃）；
冷水出口温度（默认为7℃，小为5℃）。
对风冷热泵机组还有强制除霜运行时间，除霜起始条件和结束条件，制热运行参数等。
此外系统还可以修改控制器内置时钟，从而有效地通过定时功能实现控制，可以通过设定开关机时间，自动定时开启和关闭机组。可以通
过分别设定一周每天的开关机时间，经过与内置的时钟比较自动运行机组。

3 技术特点
OMRON小型CPM2AH系列PLC具有优异的性能价格比，所组成的控制系统具有如下技术特点：
（1）稳定的性能CPM2AH系列PLC外型小巧结构紧凑，OMRON公司长期积累的生产控制经验和严格的技术标准保证了其稳定的性能，即使在恶劣的工业环境下仍然能正常运行。经过高低温的考验，使得该PLC可以适用在特殊的场合。
（2）模拟量功能CPM2AH使用的TS101／TS102温度控制模块，直接连接PT100温度传感器，提升温度测量的精度和性。
（3）通讯功能增强CPM2AH提供内置的RS232C端口和RS422端口。OMRON开放的通讯协议可以方便的实现上位机远程监控功能，用户可以随心所欲自己定制开发通讯监控系统。
（4）高速的程序执行速度快的程序指令执行速度，使得控制过程无误。
（5）很强的扩充能力 模拟量可以增加到12路；系统支持Device Net协议，具有强大的扩充能力，通过远程端子，可以扩充到256点，方便组成集散控制系统。

供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。变频调速技术是一种新型成熟的交流电机无调速技术，它以其特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，特别是供水行业中。由于生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了加深入的应用。恒压供水方式技术、水压恒定、操作方便、运行、节约电能、自动化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：(1)维持水压恒定；(2)控制系统可手动/自动运行；(3)多台泵自动切换运行；(4)系统睡眠与唤醒。当外界停止用水时，系统处于睡眠状态，直至有用水需求时自动唤醒；(5)在线调整PID参数；(6)泵组及线路保护检测报警，信号显示等。

将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较，当管网压力不足时，变频器增大输出频率，水泵 转速加快，供水量增加，迫使管网压力上升。反之水泵转速减慢，供水量减小，管网压力下降，保持恒压供水。

1　系统硬件构成

系统采用压力传感器、PLC和变频器作为控制装置，实现所需功能。

安装在管网干线上的压力传感器，用于检测管网的水压，将压力转化为4～20 mA的电流信号，提供给PLC与变频器。

变频器是水泵电机的控制设备，能按照水压恒定需要将0～50 Hz的频率信号供给水泵电机，调整其转速。ACS变频器功能强大，预置了多种应用宏，即预先编置好的参数集，应用宏将使用过程中所需设定的参数数量减小到小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制。该宏提供了6个输入信号：启动/停止(DI1、DI5)、模拟量给定(AI1)、实际值(AI2)、控制方式选择(DI2)、恒速(DI3)、允许运行(DI4)；3个输出信号：模拟输出(频率)、继电器输出1(故障)、继电器输出2(运行)；DIP开关选择输入0～10 V电压值或0～20 mA电流值(系统采用电流值)。变频器根据给定值AI1和实际值AI2，即根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速，以保管网压力恒定要求。

根据泵站供水实际情况与需求，利用一台变频器控制3台水泵，因此除改变水泵电机转速外，还要通过增减运行泵的台数来维持水压恒定，当运行泵满工频抽水仍达不到恒压要求时，要投入下一台泵运行。反之，当变频器输出频率降至小，压力仍过高时，要切除一台运行泵。所以不仅需要开关量控制，还需数据处理能力，采用FX－4AD(4模拟量入)获得模拟量信号。它在应用上的一个重要特征就是由PLC自动采样，随时将模拟量转换为数字量，放在数据寄存器中，由数据处理指令调用，并将计算结果随时放在的数据接触器中。通过其可将压力传感器电流信号和变频器输出频率信号转换为数字量，提供给PLC[1>，与恒压对应电流值、频率上限、频率下限(考虑到水泵电机在低速运行时危险，保证其频率不20Hz，因此频率上限设为工频50Hz，下限设为20Hz)进行比较，实现泵的切换与转速的变化。

系统在设计时应使水泵在变频器和工频电网之间的切换过程尽可能，以保证供水的连续性，水压波动尽可能小，从而提高供水质量。但元件动作过程太快，会有回流损坏变频器。为了防止故障的发生，硬件上设置闭锁保护，即1Q与4Q，2Q与5Q，3Q与6Q不能同时闭合。

2　系统软件设计

控制系统软件是指用梯形图语言编制的对3台泵进行控制的程序。它对3台泵的控制，主要解决 系统的手动及自动切换、各元件和参数的初始化、信号及通讯数据的预处理、3台泵的启动、切换及停止的条件、顺序、过程等问题。

当变频器输出频率达到频率上限，供水压力未达到预设值时，发出加泵信号，投入下1台泵供水。当供水压力达到预设值，变频器输出频率降到频率下，发出减泵信号，切除在工频运行方式中的1台泵。系统刚启动时，情况简单，启动一号泵即可。但考虑3台泵联合运行时情况复杂，任1台或2台泵可能正在工频自动方式下运行，而其他泵则可能在变频器控制下运行，因此预先设定增减水泵的顺序。即获得加泵信号后，按照1号泵、2号泵、3号泵的顺序考虑。获得减泵信号后，按照3号泵、2号泵、1号泵的顺序考虑。

为了防止故障的发生，软件上也设置保护程序，保证1Q与4Q、2Q与5Q、3Q与6Q不能同时闭合。在加减泵时设置元件动作顺序及延时，防止误动作发生。

考虑到系统工作环境对运行状态的影响，在设计中采用硬件、软件上的双重滤波来干扰的影响。硬件上变频器提供了滤波时间常数，当模拟输入信号变化时，63％的变化发生在所定义的时间常数中；软件上采用数字滤波的方式，系统采用平均值的方法[2>。

计算近10次采样的平均值，其计算公式如下：

3　系统参数的确定

系统变频运行主要靠变频器来实现。变频器有一数量很大的参数群，初始情况下，只有所谓的基本参数可以看到。只需设定简单的几个参数，变频器就可以工作。

除基本参数外，还对完整参数进行设定。

完整参数的设定主要是PID参数的整定，它是按照工艺对控制性能的要求，决定调节器的参数Kp，TI，TD。控制表达式为：

变频器根据偏差调节PID的参数，当运行参数远离目标参数时，调节幅度加快，随着偏差的逐步接近，跟踪的幅度逐渐减小，近似相等时，系统达到一个动态平衡，维持系统的恒压稳定状态[3、4>。

4　试验结果

由于系统的显示和通讯功能，可以对系统工作情况进行监测。考虑到管网覆盖面积大，泵站海拔高度相对低，远端供水压力需维持3kg，因此泵站出水口压力维持5kg。试验条件为管网初始无压 力，电磁阀控制一定量相同用水情况下启动系统。获得的数据经MATLAB进行插值拟合可得系统在不同条件下跟踪压力变化的曲线[5>。

试验记录的数据显示，系统在未进行滤波和PID控制时，响应速度特别慢、误差大、振荡严重，见图5。在未进行滤波而引入数字PID控制时，响应速度明显加快，但振荡问题未能得到解决，这是由于喘振现象的存在；当管道压力与设定值近似相当时，水锤效应影响明显，压力波动异常，PID的参数跟踪整定，形成恶性循环，管道中空气的存在也会导致振荡问题。

该系统是按照工业生产需求设计的，实现了预定的一系列功能，保证了系统的稳定和性，在长时间运行中了良好的效果。只需作相应修改就可推广到相关供水系统中

传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能 保证正常的工业生产。随着计算机控制技术的发展，传统继电器控制技术必然被基于计算机技术而产生的PLC控制技术所取代。而PLC本身优异的性能使基于 PLC控制的温度控制系统变的经济稳定且维护方便。这种温度控制系统对改造传统的继电器控制系统有普遍性意义。

2 加热炉温度控制系统基本构成
加热炉温度控制系统基本构成入图1所示，它由PLC主控系统、移相触发模块整、流器SCR、加热炉、传感器等5个部分组成。该加热炉温度希望稳定在100℃工作（其它工作温度同样可以照此方法设计）。

图1 加热炉温度控制系统基本组成

加热炉温度控制实现过程是：传感器将加热炉的温度转化为电压信号，PLC主控系统内部的A/D将送进来的电压信号转化为PLC可识别的数字量，然后 PLC将系统给定的温度值与反馈回来的温度值进行处理，给移相触发模块，再给三相整流电路（SCR）一个触发脉冲（既控制脉冲），这样通过SCR的输出我 们控制了加热炉电阻丝两端的电压，也既加热炉温度控制得到实现。其中PLC主控系统为加热炉温度控制系统的部分起重要作用。

3 PLC控制系统
3.1 PLC控制系统的硬件配置
在 加热炉温度控制系统中PLC采用日本三菱公司FX2N，其硬件采用模块化设计，配合了多种特殊功能模块及功能扩展模块，可实现模拟量控制、位置控制等功 能。该系列PLC性高，抗干扰强、配置灵活、。本温度控制系统中PLC我们选择FX2N-48MR-001型，它与外部设备的连接如图2、表 1所示。

图2 PLCI/O接线图
表1 PLC I/O地址分配表

3.2 流程设计
根据加热炉温度控制要求，本系统控制流程图如图3所示。

图3 加热炉控制流程图

3.3 控制算法
由于温度控制本身有一定的滞后性和惯性，这使系统控制出现动态误差。为了减小误差提高系统控制精度，采用PID控制算法，另外考虑到系统的控制对象，采用增量型PID算法。
△V(n)=U(n)-U(n-1)

+[e(n)-2e(n-1)+e(n-2)]}=KP{△e(n)+e(n)+[△e(n)-△e(n-1)]}
式中e(n)、e(n-1)、e(n-2)为PID连续三次的偏差输入。△e(n)、△e(n-1)为系统连续两次执行的误差。KP为比例放大系数T、TI、TD分别为采样周期、积分时间、微分时间。
当 加热炉刚启动加热时，由于测到的炉温为常温，sp-pv＝△U为正值且较大，△U为PID调节器的输入，此时PID调节器中P起主要作用，使SCR为大 电压给加热炉加热。当加热炉温度达到100℃以上时，sp-pv＝△U为负值，经PID调节，使SCR输出电压减小，加热炉温度降低。当温度正好达到 100℃时，△U为零PID不调节，此时SCR输出的电压正好平衡加热炉消耗的热量，系统达到动态平衡。
3.4 K型热电偶分度电压拟合
（1）根据具体问题，确定拟合多项式的次数为n。
（2）由公式
Sk=(k=0,1,2, ……2n)
tr= yi(r=0,1,2, ……n)
计数出Sk与Tr
（3）写出正规方程

（4）解正规方程组 求出a0，a1，…，an
（5）写出拟合公式多项式Pn（X）=一 次多项式也叫作线性拟合。由上述方法可拟合出K分度电压随温度变化公式为：V=0.04T（其中V为电压，T为温度）。此拟合公式是在温度从0℃到 120℃之间变化的近似公式，因此正规方程只用到S0、S1、S2拟合的多项式次数为n＝1，电压随温度的变化可近似为线性变化。如果温度变化范围比较 大，则电压随温度变化为非线性变化，上述电压随温度变公式需要重新拟合，拟合多项式的次数也必然大于2。
3.5 系统调试
系统调试分为两大步骤，一是系统软件调试；二是系统硬件调试。
（1）系统软件调试。系统软件调试是在PC机上进行，我们将PLC控制程序输入PC机后，根据运行要求，设定若干数字开关量，模拟量，对系统的每一个功能进行检测测试并在此基础上不断完善程序以达到系统要求。

（2）系统硬件调试。相应的系统硬件也是在实验室里进行，用一个设备来摸仪控制对象。检查设备的诸个单元是否合乎要求，其次将软件和硬件结合起来进行测试。并不断完善PLC软硬件的配置以达到优的结果。

4 结束语
加热炉温度控制系统采用成熟的PLC技术和电力电子技术，采用软硬件结合，较好的解决了传统加热炉温控系统中出现的问题。针对我国大部分的加热炉用户来说本系统将是一个比较理想的温控系统。

近年来，随着我国自动化技术的提高，工厂自动化也上了一个新台阶。PLC作为一个新兴的工业控制器，以其体积小,功能齐全，价格低廉，性高等方面具有特的优点，在各个领域获得了广泛应用。

为了使产品性能稳定，易于维护，我们采用了以PLC为主控器的控制方案。由于双色印刷机要求易于操作，精 度高，故其输入，输出点较多，因此采用了双机通讯。上位机采用三菱FX2N-80MR+32EX+4D/A，主要负责主传动的控制，各机组离合压的控制， 以及气泵，气阀的控制等。下位机采用三菱 FX2N-64MR+4A/D,主要负责水辊电机的控制，主传动的调速输出，调版电机数据采集等。同时选用了一台三菱5.7寸触摸屏，主要负责水辊电机速 度显示，调版显示，以及整机故障显示等。本系统运行，维护方便，操作简便直观，大大提高了胶印机的档次，受到用户。

2 系统结构

上位机与下位机采用了RS485通讯，通讯方便，。对多色机而言，因素很重要。在设计中，每个机组既要考虑到控制，其中包括本位机组的急停，安 全按钮；还要考虑方便操作，包括每个机组均应有正点，反点按钮。因此，一方面输入点增加很多；另一方面，走线也很不方便。采用双机通讯，可以很好地解决此 问题，各机组的走线可以按照就近原则，进入离它较近的控制柜内，既节省了走线，也方便了控制。

由于印刷机是一个精度较高的机械，印刷品的好 坏一方面在于机械加工以及安装的精度，另一方面，也取决于水路，墨路的平衡以及合压的准确性。双色机的每一色组，都有水路和墨路装置。为了便于水辊速度的 调节，每根水辊都用一个变频器控制，同时，主电机速度也需要变频器调节。因此，为了实现多路速度调节，我们采用了三菱4D/A数模转换器，它将PLC方给 出的数字量，根据相应的算法，转换成0~10V直流电压输出，很好地实现了多路速度调节要求。

在印刷过程中，调版是一个比较繁琐的过程。尤 其对多色机来说，各组版对正的精度会对印品产生很大的影响。如果套印不准，印刷品就会出现字面重叠或影像不清。一般来说，印版轴向调节范围为-2mm~+ 2mm ,周向调节范围为-1mm~+1mm。如果使用手动调版，会浪费很多时间，而且精度不高。为了实现自动打版，我们在版辊上安装了电位器，通过电位器将模拟 量传送给4A/D，经过PLC处理，可将版辊的转动精度很好地控制在打版范围内。

触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的 简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境。用户可以自由地组合文字，按钮，图形，数字等来处理或监控管理随时可能变化的信息。随着机 械设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，无法提率。但使用人机界面，能明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单 生动。使用触摸屏，还可以使机器配线标准化，简单化，同时也能减少PLC控制所需的I/O点数，降低生产成本，也相对提高整套设备的附加。三菱触摸屏 和三菱PLC有很好的通用性，能在线监视并修改程序，不必很麻烦的重复插拔接口。

3 软件设计

3．1 给纸设计

印刷机整体的电气设计还是比较复杂的，对时间的要求也很严 格。在机器的很多地方装有接近开关，用来检测不同的时间点。在印刷过程中，走纸的好坏是影响机器质量的一个重要环节。所谓纸走的好坏，指的是无歪张，双张 等现象，如果有歪张，双张现象，在高速情况下，就会将走坏的纸，卷入机器内，从而破坏胶皮，给用户带来很大损失。

在实验中，我们发现，按照 上述流程编制的程序，在低速没有问题，但速度增高至7000r/h后，就会出现歪张锁不住现象。究其原因，主要是因为光头反应时间和磁铁动作时间滞后造 成。程序在执行过程中，采用循环扫描方式，为了让电磁铁输出提前，在设计中，我采用了中断和三菱编程指令的输入输出刷新指令，使电磁铁输出立即执行，提前 了电磁铁动作时间，即使在12000r/h的速度下，也能很好的锁住有故障的纸张，解决了给纸的一大难题。

3．2离合压设计

离压、合压在印刷中具有很重要的作用。离合压的准确性，对印品质量的好坏有着直接的影响。合压过早，会弄脏压印辊筒，给操作带来很多不便；离压过早，会使后一张纸印不上完整的图案，造成纸张浪费。
印刷时，版辊筒与胶皮辊筒先合压，胶皮辊筒与压印辊筒后合压。在我们的机器中，合压全部采用了气动装置，每个气缸都有一个动作时间。由于印刷速度是多段 速，在3000~12000r/h之间，根据用户需要可选择不同的速度。但是，气缸动作时间是一定的，齿轮转过角度是一定的，因此，机器速度不同时，合压 时间也不同。为了解决此问题，我们根据理论计算值，找出对于不同机器速度时，机器的延时时间。采用比较指令，当机器段速与理论值相等时，延时相应的时间， 使压印辊筒与胶皮辊筒准确合压。经过多次试验，离压，合压都没有问题。

3．3 人机界面设计

在人机界面中，设 计了7幅画面，包括整体图形，故障显示，机器速度和计数显示，水辊速度显示，调版监控等。故障显示使用指示器，给出位元件即可实现闪动效果，让操作者很方 便的知道故障部位，整体感很好。在水辊速度显示中，设计了一个柱状图，可以显示水量增加大小，只需按下柱状图，就可增加水量，同时也可方便监控。

4． 结束语

印刷机的一套电气设计属于系统设计，包括硬件，软件设计，涵盖范围较广。这里，我只简单介绍了其中比较重要的几部分，其它细节还有很多，这里不再一一列举。 使用三菱的一套控制系统，感觉，方便，在机器批量生产过程中，没有发现大问题。其PLC功能齐全，，指令简洁，与其他产品相比，感觉三菱整体 软件系统界面都比较友好，给用户编程，维修都带来大方便。其触摸屏与PLC有很好的通用性，可通过触摸屏>监视并修改程序，这是其它产品所不能匹 及的。总之，三菱的工控元件给设计人员和用户都带来了很多方便。

随着凯迪恩PLC应用范围的增加，在某些已经具有了很高的度。压瓦机就是这样。由于凯迪恩PLC性高、精度高、价格低，适合压瓦机 自动控制，现在已广泛应用到单剪、琉璃瓦、C型钢等十几种彩钢瓦设备上。其中琉璃瓦和C型钢的控制系统以设计理念，通用性强，应用范围广而具有领 先水平。下面简单介绍一下在C型钢设备上的应用。

二、工艺简述
带钢从设备的尾部送入，经过各种压辊压制成C型钢从头部送 出。传统工艺中，C型钢压制成型后需要人工进行定长切断，再搬运到冲孔设备按照客户要求的尺寸打孔，生产不能连续，效率不高。凯迪恩公司技术人员与设备生 产厂家密切配合，逐步改进生产工艺，终实现了全工艺过程自动控制，飞跃性地提高了生产效率，增加了客户设备的技术含量和附加值。
改进过程 分三步完成。步改进，增加长度测量装置和飞锯，当压制长度达到设定的长度时飞锯动作，自动切断型材。二步改进，加一台打边孔的液压冲孔设备，一次同 时冲四个孔，飞锯从中间切断，这样就形成了相邻两段C型钢的头、尾各两个边孔。三步改进，再增加一台打中孔的设备，在带钢压制过程中按用户设定的间距冲 出中孔，大可以打16个中孔。四步改进，针对新型C型钢要求在型材中部打出双孔的要求，将边孔4孔冲孔模具改为2孔模具，修改打边孔的程序，使得边孔 冲压设备能够在中部打出双孔，并且孔距由用户设定，大可以打8组双孔。这样就可以满足所有C型钢的要求了。现在以凯迪恩PLC为的C型钢控制系统能 生产这种要求的型材，孔距和长度精度满足要求。
三、硬件配置
输入点：检测开关、操作开关等。检测开关有：飞锯的起点、终点开关；边孔的起点、终点开关；中孔的起点、终点开关；编码器（A、B相）
；
操作开关有：方式选择开关（自动、手动、中位）；辊道前进、后退；飞锯切断、返回；中孔下降、上升；边孔下降、上升；急停开关。
输出点：辊道电机（变频器）、液压电机；飞锯前进、后退阀；中孔下降、上升阀；边孔下降、上升阀；
硬件配置： KDN-K306-24AR 一台
KDN-K321-08DX 一台
KDN-KA文本屏 一台
四、控制工艺
PLC和文本屏程序包括六大功能：设备参数设定、手动对位、生产参数设定、报警查询、生产画面、厂家信息。以下是具体特点：
·设备参数是出厂前工厂内部设定的参数，是由设备制造厂的人员来设定的。
·生产参数是生产人员设定的，比如生产的张数、边孔个数、中孔个数及长度等参数。
·报警查询是当有报警发生时，显示画面自动跳转到报警画面。生产人员处理故障后按复位键，设备可转入正常生产。
·厂家信息是显示生产厂家名称、地址、电话等信息。
· 生产画面是正常生产时显示的信息，包括生产设定的张数、实际的张数、设定长度、当前长度等等。
·手动对位是一种很灵活的方式，可以生产任意长度的C型钢。
·密码功能是凯迪恩公司根据客户要求设计的保护设备厂家利益的特色功能，每一套设备一个密码，由设备厂家自行管理。
· 自动补偿功能保证成品精度，既能补偿过冲量，也能补偿收缩量。
·设备参数可以保存，生产参数保存三天，如果断电时间不过三天，上电后仍可继续按断电时的状态生产。

五、结束语
凯迪恩PLC在压瓦机行业的批量应用，证明了凯迪恩PLC优良的性能。同时凯迪恩工程技术人员具有丰富行业经验，能够与设备生产厂家紧密协作，共同推出适合行业特点的控制系统解决方案，这种协作将有利于设备厂家提升产品的竞争力

1 概 述
在组合机床自动线中，一般根据不同的加工精度要求设置三种滑台（1）液压滑台，用于切削量大，加工精度要求较低的粗加工工序中；（2）机械滑台，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；（3）数控滑台，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。可编程控制器（简称PLC）以其通用性强、性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点，被广泛应用于工业自动控制中。特别是在组合机床自动生产线的控制及CNC机床的S、T、M功能控制显示出其的性能。PLC控制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数控滑台控制，可省去该单元的数控系统使该单元的控制系统成本降低70~，甚至只占用自动线控制单元PLC的3~5个I/O接口及<1KB的内存。特别是大型自动线中可以使控制系统的成本显著下降。

2 PLC控制的数控滑台结构
一般组合机床自动线中的数控滑台采用步进电机驱动的开环伺服机构。采用PLC控制的数控滑台由可编程控制器、环行脉冲分配器、步进电机驱动器、步进电机和伺服传动机构等部分组成，伺服传动机构中的齿轮Z1、Z2应该采取消隙措施，避免产生反向死区或使加工精度下降；而丝杠传动副则应该根据该单元的加工精度要求，确定是否选用滚珠丝杠副。采用滚珠丝杠副，具有传动、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的优点，但成本较高且不能自锁。

3 数控滑台的PLC控制方法
数控滑台的控制因素主要有三个：
3.1 行程控制
一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器（行程开关/死挡铁）来实现；而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电机的总转角，因此只要控制步进电机的总转角即可。由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数；因此可以根据伺服机构的位移量确定PLC输出的脉冲个数：
n= DL/d （1）
式中 DL——伺服机构的位移量（mm）
d ——伺服机构的脉冲当量（mm/脉冲）
3.2 进给速度控制
伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率;因此可以根据该工序要求的进给速度,确定其PLC输出的脉冲频率:
f=Vf/60d (Hz) (2)
式中 Vf——伺服机构的进给速度(mm/min)
3.3 进给方向控制
进给方向控制即步进电机的转向控制。步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向;如三相步进电机通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转;当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A…顺序通电时步进电机反转。因此可以通过PLC输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电机绕组的通电顺序实现。

4 PLC的软件控制逻辑
由滑台的PLC控制方法可知，应使步进电机的输入脉冲总数和脉冲频率受到相应的控制。因此在控制软件上设置一个脉冲总数和脉冲频率可控的脉冲信号发生器；对于频率较低的控制脉冲，可以利用PLC中的定时器构成，如图2所示。脉冲频率可以通过定时器的定时常数控制脉冲周期，脉冲总数控制则可以设置一脉冲计数器C10。当脉冲数达到设定值时，计数器C10动作切断脉冲发生器回路，使其停止工作。伺服机构的步进电机无脉冲输入时便停止运转，伺服执行机构定位。当伺服执行机构的位移速度要求较高时，可以用PLC中的高速脉冲发生器。不同的PLC其高速脉冲的频率可达4000~6000Hz。对于自动线上的一般伺服机构，其速度可以得到充分满足。

5 伺服控制、驱动及接口
5.1 步进电机控制系统的组成
步进电机的控制系统由可编程控制器、环行脉冲分配器和步进电机功率驱动器组成，控制系统中PLC用来产生控制脉冲；通过PLC编程输出一定数量的方波脉冲，控制步进电机的转角进而控制伺服机构的进给量；同时通过编程控制脉冲频率——既伺服机构的进给速度；环行脉冲分配器将可编程控制器输出的控制脉冲按步进电机的通电顺序分配到相应的绕组。PLC控制的步进电机可以采用软件环行分配器，也可以采用如图1所示的硬件环行分配器。采用软环占用的PLC资源较多，特别是步进电机绕组相数M>4时，对于大型生产线应该予以充分考虑。采用硬件环行分配器，虽然硬件结构稍微复杂些，但可以节省占用PLC的I/O口点数，目前市场有多种芯片可以选用。步进电机功率驱动器将PLC输出的控制脉冲放大到几十~上百伏特、几安~十几安的驱动能力。一般PLC的输出接口具有一定的驱动能力，而通常的晶体管直流输出接口的负载能力仅为十几~几十伏特、几十~几百毫安。但对于功率步进电机则要求几十~上百伏特、几安~十几安的驱动能力，因此应该采用驱动器对输出脉冲进行放大。
5.2 可编程控制器的接口
如伺服机构采用硬件环行分配器，则占用PLC的I/O口点数少于5点，一般仅为3点。其中I口占用一点，作为启动控制信号；O口占用2点，一点作为PLC的脉冲输出接口，接至伺服系统硬环的时钟脉冲输入端，另一点作为步进电机转向控制信号，接至硬环的相序分配控制端，如图3所示；伺服系统采用软件环行分配器时，

6 应用实例与结论
将PLC控制的开环伺服机构用于某大型生产线的数控滑台，每个滑台仅占用4个I/O接口，节省了CNC控制系统，其脉冲当量为0.01~0.05mm,进给速度为Vf=3~15m/min,满足工艺要求和加工精度要求。