西门子模块6ES7322-5HF00-0AB0千万库存

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目前，市场行的注塑机机械手就控制系统而言都是使用的微处理机加接口组成的小控制系统。在机械构造方面，当定位精度要求不高时采用时规皮带传动，行走部分配置滑线导轨，由变频调速器调速控制。本文提出一种基于PLC控制的注塑机机械手，充分利用PLC灵活控制的特点，行走部分配置滑线导轨，采用斜齿轮齿条传动和变频调速控制;是一种高性价比的机电一体化设备。文章分别从机械构造和电气控制两个层面对该机作了较为完整的论述。

1 引言

在塑胶制品中，以制品的加工方法不同来分类，主要可以分为四大类。一为注塑成型产品;二为吹塑成型产品;三为挤出成型产品;四为压延成型产品。其中应用面广、品种多、精密度的，当数注塑成品产品类，小到日常生活用品中的锅瓢碗盏、儿童玩具，大到精密工业设备上的零部件，随着各种高分子新材料的不断涌现，许多金属零部件亦有不断被这些新材料逐步取代的趋势。为配合注塑成型产品自动化生产要求，为保证制品的率，尽量减少人工的干预，基于上述思想，许多注塑机生产厂家将注塑机机械手的装置列入了客户辅助选用件的范围。

然而,对于原而言，绝大多数都没有此项装置，因此，开发适合注塑机使用的辅助机械手，就成了提升厂家产品的竞争力的一种重要手段和必然选择。

2 行业状况

各种类型机械手是自动化生产中的重要设备。尤其是在危险场合，在严重威胁人们和健康的环境下，采用机械手代替人，具有十分重要的意义。

珠江三角洲地区塑胶工业是十分发达的，在国内居地位，在上珠三角也有世界工厂之称。目前，该行业使用的机机械手以闽台生产的居多，如闽台劲力公司生产的劲力牌机械手、闽台威得客股份有限公司生产的“威得客”W255系列机机械手,等等。

剖析此类机械手的结构，其电气控制系统一般均采用微型计算机小系统或单片机系统，机械手驱动部分采用气动驱动，变频调速驱动和伺服驱动。在机械构造方面采用滑线导轨结构配时规皮带传动，或用滚珠齿轮齿条结构配滑线导轨。总体设计思想，都是尽量采用成熟的控制技术和机械零件与机构搭配而成。

3 基于PLC控制的注塑机机械手

上述注塑机机械手, 就机械手制造厂家而言, 由于是辅助设备因而售价较高, 尤其用于对原有注塑机的设备改造上, 经济上似乎“得不偿失”之嫌。所谓“价格比”的注塑机机械手就成了所有注塑制品生产厂家利用原有注塑机设备提升产品质量的重要选择和大需求。

3.1 以PLC为的控制系统

PLC是一种以微处理器为, 并综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型工业自动控制装置。它的大特点就是体积小, 功能强, 响应速度快，性高。控制过程均通过以梯形图的方式编程。随时可依生产工艺的不同要求而随机修改，还具有可扩展性。现在由于PLC均由世界上的电气控制设备制造商化研究开发和批量生产, 故由于生产而导致价格。随着经济一体化进程的加快, 市场竞争导致其价格有进一步下调的空间, 为各行业上广泛采用此种控制系统提供了有利条件。其控制系统原理图如图1所示

图1 PLC控制系统框图

图中人机界面亦采用技术上及工艺上均已十分熟悉的5.7"单色触摸屏, 采用手持式结构, 通过对话式操作界面，全中文模式，简单易学。内建程序可以随心所欲的搭配使用, 可自动监测故障并纪录。可随时修改三个坐标轴的运动参数及横行轴变频调速器的各项参数，以满足产品工艺要求。PLC通过读取注塑机的开合模信号和针信号，通过程序运行从而保证机械手与注塑机工作协调。

3.2 机电一体化机械传动模式

在当今技术新愈来愈快的时代，谁跟上技术发展的脚步，谁就有可能获得市场。目前，市场行的注塑机机械手，无一不是沿用上述思路来设计的。本文将上述思想引伸为一种设计模式:积木式结构。即将系统中相对立的部件，在满足系统工艺要求的前提下，采用性能价格比的机构予以配置。针对本系统的结构，横行轴采用变频器马达配减速机构驱动;上下轴及引拔轴使用气缸驱动。在横行、引拔、上下行走机构上均使用进口的高刚型线性滑轨。上下行轴及引拔轴装配支座均使用市售高刚型的铝合金型材，横行轴采用斜齿轮齿条传动。综上所述，高性价比的机械配置加高性价比的控制系统，由此催生了市场竞争力的注塑机机械手。

根据上述设计思想，以OMRON公司的CPM2AE为例，该型号是专为中国客户推出的PLC，具有高的性价比，笔者以此为，配上触摸屏和LG变频器，再辅以上述机械传动部件，即构成了注塑机机械手的硬件部分，而软件编程则以应用工程师十分熟悉的梯行图语言来编写，相信也并非难事。该注塑机机械手已应用于生产。造价较市场上同类型机低近2万元。

4 结束语

实践证明，利用十分成熟的PLC技术和变频器调速技术以及十分成熟的机械传动构件，采用积木式架构，应用工程师就可以地为企业设计制造出生产急需的机电一体化设备。成为在设备改造、升级，提高产品质量，参与市场竞争的有力

0、引 言

随着社会的不断发展，自动旋转门越来越多，对旋转门控制系统的控制要求也就越来邀高。例如：当无人接近旋转门时，旋转门能自动停止；当进出旋转门的人比较多时，旋转门能自动加速旋转；当按下残疾人按键时，旋转门能启用残疾人旋转速度；当行人通过旋转门不慎被夹时，旋转门能制动，待行人解脱后旋转门能自动恢复正常旋转速度；旋转门的全部运行状态都送入楼宇自动监控系统；等等。因此，要求旋转门控制系统在控制上具有高的自动化和智能化。下面通过一实例详细介绍利用通用变频器和三菱FX系列可编程逻辑控制器(PLC)实现上述要求的控制方法。

1、系统硬件设计

图1是旋转门控制系统原理结构。该系统主要由旋转门、接近传感器、可编程序控制器和变频器组成。

1.1 旋转门及接近传感器

该旋转门由4扇玻璃门相互垂直地镶嵌在同一个轴柱上构成，电机通过减速机构带动旋转门的轴柱，从而产生门的旋动(见图1)。

图1 旋转门控制系统结构图

为了实现系统的全部自动化和智能化，系统在旋转门圆形框架的上端，安装了4个接近传感器，其中3个面向进门的行人(见图1中的A1)，一个面向出门的行人(见图1中的A2)；在门框外侧的边沿别安装了2套防夹传感器(见图1中的E1和E2)；在圆弧门框外侧的表面上，分别安装了暂停按键和残疾人换速按键(见图1中的B1、B2和C1、C2)；D1和D2是旋转门的定位或加减速起点行程开关。

1.2 FX2-32 PLC

该系统利用日本三菱公司的FX2系列PLC，作为该系统的控制指挥。该PLC把来自旋转门现场的信号、变频器的状态信号以及楼宇自动监控系统的指令，经过收集、处理后，完成对变频器的频率控制和对楼宇自动监控系统的信息反馈。当X0闭合时，启动该旋转门控制系统。

当xl闭合时，旋转门的转速不受客流量多少的控制，以固定不变的转速旋转。反馈给楼宇自动监控系统的信息状态如表1所示。

表1 旋转门运行状态表

注：表中“1”表示“ON”，“0”表示“OFF”。

1.3 变频器

由于旋转门处于公共场所，行人或物品阻碍旋转门正常旋转的现象时常发生，因此导致电动机的负载变化大、过电流现象发生频繁，所以选用通用FVR0l5E7s—7Ex型变频器。该变频器具有快速响应的电流限制功能，当负载波动相当大时，变频器不跳闸，能自动减速运行；当负载恢复正常时，变频器能自动升速到设定值。使用该变频器，电动机低速驱动能力强，起动转矩能达到额定值的150％。该变频器还具有电压自整定等一系列功能。变频器接线原理见图1，所有动作都由PLC控制。

2、系统软件设计

2.1 变频器的主要控制参数

经过现场调试后，变频器的主要控制参数确定如下：

当客流量比较小或Xl为“ON”时，变频器的工作频率为42 Hz(Y11为“ON”时)，电机起动时间6 s，制动时间15 s；当客流量比较大时(X3、X4和X5都为“ON”时)，变频器的工作频率为50Hz(Y11和Y10同时为“ON”时)；当次按动换速键时，变频器的工作频率变为21 Hz(Y11和Y13同时为“ON”时)，当二次按动换速键时，变频器的工作频率由其他现场状态控制；当有行人不慎被夹时，旋转门制动并待行人解脱后，经过10 s的延迟，启用变频器二“加／减速”选择，自动恢复到正常旋转速度(电机起动时间和制动时间均为25 s，实现方法是Y11和Y3同时为“ON”)。

1、引言

在国产高压变频器的设计中，为了提高高压变频器内部控制的灵活性以及在现场应用的可扩展性，通常在高压变频器中内置PLC。自从20世纪70年代台PLC诞生以来，PLC的应用越来越广泛、功能越来越完善，除了具有强大的逻辑控制功能外还具其他扩展功能:A/D和D/A转换、PID闭环回路控制、高速记数、通信联网、中断控制及特殊功能函数运算等功能，并可以通过上位机进行显示、报警、记录、人机对话，使其控制水平大大提高。

本文以广州智光电机有限公司为攀钢集团成都钢铁有限公司污水处理厂设计生产的国产高压变频器ZINVERT-H800/B10为例，介绍了三菱PLC在高压变频器控制系统中的运用。

2、广州智光电机高压变频器简介

广州智光电机有限公司推出的新一代ZINVERT系列智能高压变频调速系统为直接高－高型变频调速系统，通过直接调节接入高压电机定子绕组的电源频率和电压来实现电动机转速的调节从而达到节能的目的。它是集大功率电力电子控制技术、微电子技术、高速光纤通信技术、自动化控制技术和高电压技术等多学科为一体的产品。该产品采用主流双DSP控制系统和大规模集成电路设计，通过的数字移相技术和波形控制技术实现了高压电机的灵活调节和能耗控制。

3、PLC在国产高压变频器中的设计使用

3.1 PLC主要逻辑控制

（1）用户要求高压变频器在出现故障停机时能快速自动切换到工频旁路运行，笔者给高压变频器专门配置了可以实现自动旁路功能的旁路柜，如图1所示，K1～K4为手动操作闸，J1～J3为高压真空接触器。在变频器发生故障时，旁路柜可以在几秒内完成从变频到工频的转换;而变频器在工频运行时，通过1个按钮就可以实现变频器从工频到变频的转换。这样的控制要求增加了变频器整机控制逻辑的复杂性。

图1 自动旁路柜

自动旁路柜控制逻辑简要介绍如下：

变频调速系统退出变频转工频运行有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，当变频器发生停机故障时变频器自动从变频转工频;选择手动方式时则需人工操作。

变频调速系统退出工频转变频运行也有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，只需在控制柜上按一个按钮，变频器就自动完成从工频转变频;选择手动方式时则需人工操作.

（2）PLC控制系统原理图

PLC主机选用输入输出点数48点，型号为FX2N-48MR，PLC作为系统逻辑量控制的控制，在自动旁路柜的逻辑关系控制中起着至关重要的作用。PLC控制系统原理图如图2所示。

图2 PLC控制系统原理图

旁路柜的逻辑控制要求比较复杂，采用PLC控制，接线简单，提高了性;旁路柜的逻辑改也变得很简单，只需修改PLC梯形图程序就可以了，很方便满足用户现场的控制要求。

（3）PLC功能指令实现高压变频器PID闭环控制

用户现场对变频器闭环控制提出的要求是:变频器能够根据用户系统用水量的变化，自动调整变频泵的转速，实现管网恒压供水;同时还可以在液晶屏上设定压力目标值。

针对用户的要求，PLC另外配置了模拟特殊模块FX2N-4AD和FX2N-2DA。FX2N-4AD为模拟输入模块，有四个输入通道，大分辨力12位，模拟值输入范围为-10V～10V或者4～20mA;FX2N-2DA为模拟输出模块，有2个输出通道，大分辨力12位，模拟值输出值范围为-10V到10V或者4到20 mA。这样通过读取指令（FROM）和写入指令（TO），以及PLC带有的PID闭环控制功能指令（如图3所示），就可以实现对用户现场的管网水压进行PID闭环控制。

图3 带有的PID闭环控制功能指令的PLC 程序

其具体编程过程是这样:PLC读取指令（FROM）读取用户水压反馈值，把反馈值用移动指令（MOV）存入PID指令中的D12数据地址里; 把用户的水压设定值用移动指令（MOV）存入PID指令中的D10数据地址里;D200～D222保存PID的运行参数;D14为PID指令的运算值输出，通过PLC的写入指令（TO）把PID闭环运算结果D14写入模拟输出模块，再通过模拟输出模块转换成-10V～10V或者4～20mA的模拟信号送入高压变频器控制器进行频率设定。

在进行PID运行参数设置时，P、I、D的参数设定尤其重要，其设定的好坏直接关系到管网水压控制的好坏。P表示比例增益，设定范围为0～99(%)，比例调节设定大，系统出现偏差时，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例增益，会造成系统不稳定;I表示积分时间，设定范围为0～32767(*100ms)，积分时间越小，积分作用就越强，反之I越大则积分作用弱;D表示微分时间，设定范围为0～32767(*10ms)，微分调节有前的控制作用，合适的微分时间能改善系统的动态性能。

攀钢污水处理厂供水管网比较庞大，管网水压对水泵转速的变化响应比较缓慢， 因此PID的计算速度不能过快，即比例调节不能过快，否则如果管网水压突然变化大时，变频器的调节容易形成较长时间的振荡。根据这一情况，如图3所示，可以在PLC控制程序中加入PID间隔计算时间 （T0）以及PID运算死区（M0），这样就可以把PID的计算速度调节至与管网水压变化速度相一致，避免管网水压震荡。

（4）PLC功能指令实现PLC与变频器上位机通信

为了使变频器上位机能对PLC进行显示、报警及记录，PLC还配置了通信模块FX2N-232BD，实现与变频器上位机的串口通信，通信编程指令如图4所示。

图4 通信编程指令

PLC RS232串口通信可使用无协议（RS指令）或协议与上位机进行通信，本例中使用无协议与上位机进行通信，如图四所示:D8120用于设定PLC通信格式，D50表示发送起始地址，K60表示发送字节数量，D150表示接收起始地址，K20表示接收字节数量。

4、结束语

高压变频器自动旁路柜采用PLC进行旁路逻辑控制，通过在攀钢污水处理厂运行的智光高压变频器模拟故障说明，高压变频器自动旁路柜在从变频转工频，工频转变频的相互切换非常方便，能在10s以内完成，大大提高了水泵运行的性。现场PID闭环控制效果非常理想，水压波动非常小，波动在过0.1kg时，变频器能调节转速，把水压控制在设定范围内，调节转速时不会产生任何振荡。同时通过PLC与高压变频器控制器的串口RS-232通信，在高压变频器液晶屏上能监视系统管网水压及PLC各种状态量。

、引言
在聚乙烯塑料生产工艺中，挤压造粒设备是一类工艺较复杂的机械设备，其控制系统是设备正常运行和产品质量的关键。在以往各生产线的设备中大多是采用进口的配套DCS控制系统，其维护和改进都较困难，并且造价很高。我们在近期新产挤压造粒设备中，采用了PLC控制系统，其性能稳定且造价低廉。
在改造前的生产运行中，由于进料的不稳定性及产号改变的经常性，使得手动操作不仅很难使产品达到较理想的水平，而且经常出现堵料、防爆膜由于压力过高损坏及其它机械故障等，从而生产开工率不高，达不到设备标称产量。采用PLC控制系统控制后，大大改善了设备运行的性及连续稳定性，使产品质量达到较高的水平。
2设备工艺特点及控制要求
2.1设备工艺特点
图1为塑料生产线工艺流程简图，其主要包括混炼机、喂料机、融熔泵和切粒机四个大部分。

混炼机功能是将不同原料成分进行混合，并塑炼成一种稠状流体——熔体塑料；喂料机用于吸纳从混炼机流出的熔体塑料，并将其均匀地传送到融熔泵入口进行地升压挤出。经过塑炼处理过的熔体塑料，在高压下被挤过模板成条丝状；在切粒机中被均匀地切割，后形成标准的颗粒产品，通过颗粒水的冷却并输送到后系统工序。
挤压机的自动控制流程如图2所示：

图中：FT-2425为混炼机入料流量，量程为0～15T/h；
PT-2426为喂料机出口压力，量程为0～10MPa；
PT-2427为熔融泵出口压力，量程为0～50MPa；
2.2控制要求
2.2.1主要回路控制
 根据设备工艺要求，挤压机主要需要三个控制环节：喂料机控制回路、融熔泵控制回路和切粒机控制回路。此外还有熔融泵润滑油储油罐温度控制回路和熔融泵润滑油出口温度控制回路等。
①喂料机控制回路——在混炼机的入口设有一电子秤，可检测入料动态流量，其变化用于控制喂养机的吃料速度。
②融熔泵控制回路——该回路采用串级控制，即融熔泵的工作速度由喂料机的转速和喂料机的出口压力共同来控制。其中喂料机的转速作为辅助控制参数，喂料机出口压力的PID输出作为主要控制参数，即通过对融熔泵转速的调节，控制喂料机出口压力稳定在5mp。
③切粒机控制回路——该回路也采用串级控制，即切粒机的工作速度由融熔泵的转速和融熔泵的出口压力共同来控制。其中融熔泵的转速作为辅助控制参数，融熔泵出口压力的PID输出作为主要控制参数，即通过对切粒机转速的控制调节，以保证产品颗粒尺寸均匀，外观合格。
2.2.2联锁控制
在设备控制中还需要一些报警联锁控制，主要报警联锁控制有：
①喂料机润滑油压力报警联锁
②熔融泵润滑油压力报警联锁
③喂料机、熔融泵和切粒机电机轴承温度报警联锁
④熔融泵网前、后爆破膜状态联锁
⑤切粒机切粒室视窗开关联锁
⑥切粒机颗粒水流量低联锁
⑦喂料机、熔融泵及切粒机转速低联锁
2.2.3手/自动切换控制
由于设备在启动时，运行状态及工作参数较复杂，一般需要操作人员进行手动控制，当设备系统运行较稳定一段时间后，才能切换到自动控制系统。所以在喂料机控制回路、融熔泵控制回路和切粒机控制回路的控制实现无扰动平稳切换。
3系统构成
该自动控制系统如图2所示，其采用上、下位机的体系结构。在控制室内由二台工控计算机作为人机接口操作站，在下位的PLC采用OMRON公司的SYSMAC CS1系统；CS1系统是具有高速、、高、紧凑型CPU的PLC系统，其CPU选用CS1-CPU65H型号。
在计算机与PLC之间采用Controller bbbb网络，该网采用双绞通讯电缆，其大通讯速率为2M，大距离达1km。

3.1硬件配置
3.1.1操作站
在控制室内设有两台工控计算机作为人机接口操作站，其中一台可做为系统程序管理员站。工控机主要配置为：PⅢ 1.3 CPU、256MB内存、40G硬盘及19”纯平CRT，在工控机插有一块Controller bbbb网卡——3G8F5-CLK21，用于和PLC通讯。打印机用于主要工艺参数报表的定时打印。
3.1.2PLC模块配置
在PLC中配备的I/O单元如下：
模拟量输入单元——C200H-AD003（8通道、4～20mA输入）
热电阻输入模块——C200H-TS102（4通道、热电阻信号输入）
热电偶输入模块——C200H-TS002（4通道、热电偶信号输入）
模拟量输入单元——C200H-DA004（8通道、4～20mA输入）
开关量输入单元——C200H-ID212（16点、直流输入）
开关量输出单元——C200H-OC225（16点、继电器输出）
3.1.3变频器
混炼机、喂料机、融熔泵和切粒机分别由四台变频器控制，其中融熔泵变频器为高压变频器。
3.2软件构成
系统软件构成如图3所示。在bbbbbbsNT操作系统下，装配有如下介绍的各个软件。

3.2.1操作系统
上涣教üた鼗诘牟僮飨低尘猈indows NT40中文版操作系统。bbbbbbs NT系统既具有bbbbbbs友好且易于使用的界面，又具有系统的性和数据的性。
3.2.2软件
 系统软件采用美国罗克韦尔软件公司开发的RSView 32（中文版）工业组态软件，是一种集成式的、组件化的人机接口软件，它运行于bbbbbbs95/98/2000/NT等操作系统下，可实现监视和控制自动化设备和过程。其可以很方便地完成工艺监控画面的形成、数据实时、趋势记录分析、报警报表打印等。该组态软件还具有很强的网络浏览器集成功能、嵌入标准的编程语言（VB）、在线帮助、支持实时视频图像和嵌入字处理、电子表格和ActiveX文本等功能。

 系统软件主要完成对设备的主要工艺参数和运行状态分别以工艺画面和表格的形式进行监视、在画面设置并监视主要控制回路的调节参数及过程、对主要仪表数据进行趋势记录、报警记录及联锁值的设定。
3.2.3OPC软件
OPC（用于过程控制的OLE）是一个工业标准，基于微软的OLE（现在的Active X）、COM（部件对象模型）和DCOM（分布式部件对象模型）技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。Active X/COM技术定义各种不同的软件部件如何交互使用和分享数据。不论过程中采用什么软件或设备，OPC为多种多样的过程控制设备之间进行通讯提供了公用的接口。
SYSMAC OPC Server是于OMRON系列PLC等设备的OPC软件，在该系统用于组态软件RSView32的数据接口，实现与PLC的数据交换。
3.2.4通讯工具软件
FinsGateWay是OMRON系列PLC的通讯接口工具软件，主要用于计算机与PLC各种通讯网络之间的管理，并提供建立通讯的数据接口。在该系统中，其主要用于计算机和PLC Controllerbbbb网的之间的通讯控制和数据管理，在其软件中可以对Controllerbbbb网卡——3G8F5-CLK21进行设定务启停控制。
3.2.5编程软件
CX-Programmer是OMRON公司PLC的软件编程、调试工具程序，其运行在bbbbbbs98＼NT操作系统下，具有丰富、简捷的操作环境和强大的编程、调试功能。OMRON的SYSMAC CS1系列PLC具有较丰富的指令系统，其包括继电器指令、定时器和计数器指令、计算指令（包括三角函数、指数、幂运算等）、数据转换、诊断、位移寄存器、比较、数据传送、程序控制和PID控制等指令。利用这些指令即可完成挤压机设备参数的数据采集和处理；顺序和逻辑联锁控制设备电机的启停；各个主要回路的PID调节控制等。
4结束语
该系统于2002年6月投入运行，经过数月的观察及控制参数的不断摸索后，设备运行稳定，且在达到设备产量时，也能够满足多种牌号产品的质量要求，大大提高了生产效率，得到了良好的效果

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