西门子一级代理商-触摸屏总代理商公司

西门子一级代理商-触摸屏总代理商公司介绍了基于PLC控制的伺服电机系统在密封垫圈绕制中的应用，阐述了密封垫圈绕制系统中PLC控制的设计，讨论了系统硬件和软件设计，包括电气线路设计、软件编程设计、文本通讯、PLC控制伺服电机定位和电焊机工作的设计。
       
            前言
       
        PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。PLC具有通用性强、维护方便、性高、抗干扰能力强、编程简单等特点，已在工业自动化领域得到了广泛的应用。特别是在电机控制上，PLC集成了的控制指令集，这可大大缩短编程者对程序的开发时间，提高调试的效率。
       
        位置伺服系统，一般是以足够的位置控制精度（定位精度）、位置跟踪精度（位置跟踪误差）和足够快的跟踪速度作为它的主要控制目标。系统运行时要求能以一定的精度随时跟踪指令的变化，因而系统中伺服电动机的运行速度常常是不断变化的。故伺服系统在跟踪性能方面的要求一般要比普通调速系统高且严格得多，并且不会出现象步进电机在高速状态下旋动时出现“脱步”等现象，其在位置控制方面具有相当高的精度而且在高速旋动时具有与低速运动状态下相同的转矩，即可以实现恒转矩运行。伺服电机的以上一些特性可以很好地满足本系统的设计需要。
       
        密封垫圈在石油管道、液气压系统等诸多领域内有着广泛的用途，是一种密封性其优良的产品。主要原材料包括钢带和石墨等，因为其良好的密封性，所以在的需求量非常庞大，企业为提高其生产效率，要求采用自动生产设备。
       
        该生产系统现大都采用的是手工操作的方式，在生产过程中，时刻需要人工干预产品的生产过程，通过测量来确定产品是否符合工艺要求。比如，时刻需要用游标卡尺来测量产品的外径来保证产品的质量;整个焊接过程由人工操作，自动化程度低，产品的生产效率低下，已无法满足日益增强的竞争需要，所以提率迫在眉睫。
       
            1、系统组成
       
        根据生产工艺的要求和对实际系统的测量，预估电机带动模芯运行所需的力矩和运行速度，综合不同规格下的各种要求，选取了PLC作为控制系统，驱动伺服电机和焊机，采用文本显示器设置相应参数。总原理框图如图1所示。
       
        
       
        图1 PLC控制电路框图
       
        1.1 硬件部分
       
        本系统电气硬件控制电路的设计，主要包括保护电路、电源变换电路、伺服电机驱动部分电路、伺服电机供电电路和控制电路。对于伺服电机的控制采用PLC作为主控制器，主要控制线有4根：伺服使能信号线、指令脉冲输出信号线、伺服电机旋转方向控制线和伺服电机故障信号输出线。前3根信号线的引出主要是对伺服电机的位置运动进行控制，通过相应设置和程序设计来达到要求的精度。故障输出信号线主要是对电机的不正常运行进行保护，比如电机的过流、过压运行等。通过适当的程序来对故障信号进行处理，保证伺服系统运行的性和性。除此之外，还安装了急停按钮对特别紧急事件进行处理，以保证系统的性。
       
        电气主电路主要由空气开关、熔断器（保险丝）、电源指示灯、接触器、电源开关按钮、急停开关按钮等组成。功能是保证220V电源供电的性与性，同时，熔断器等可以对后续电路过流等情况起到一定的保护作用。220V交流电源电压经过转换变成24V直流电源电压驱动电磁阀工作，控制气缸的动作与释放。PLC开关量输人中有2个光电开关量的输入，主要为钢带和石墨缺料时的信号输入，通过PLC程序来控制伺服电机和各机械部件在上述状态时的运动。
       
        1.2 软件部分
       
        软件设计主要对输入的开关量等信息进行分析、处理、综合后输出控制信号来对伺服电机和执行部件（主要为焊机）进行的运动控制。满足系统控制精度的要求。主程序流程图如图2所示。
       
        
       
        图2 主程序流程图
       
        在实际生产过程中，由于石墨带的刚度不够，在绕制过程中发生断裂等问题。因此在实际程序设计中要求伺服电机在启动和制动过程均要有加减速时间以防止电机产生速度突变，造成石墨带的断裂和危及操作人员的。根据系统要求，将系统运行状态中的某些参数通过通信模块显示于文本屏上，达到实时监控的目的。其中参数主要为产品工艺的要求参数，比如焊点数、材料绕制的圈数等参数的实时显示。文本显示器除了显示功能外，还集成了参数设置的功能，主要是对生产的产品规格型号的选择和绕制圈数的设定。通过规格型号的选择来确定焊机动作与释放时间的分配和伺服电机转速的设定，使两者达到合理的配合，大限度地提高产品的生产效率。通过对产品绕制圈数的设定可以实时控制产品的合格率并可以随时按生产要求来选择生产产品的规格。了手工操作下，能生产的产品比较单一的缺点（规格少），提高了设备的利用效率。
       
            2、系统问题及解决方案
       
        2.1 伺服电机定位问题
       
        本次系统设计中主要存在的问题是模芯的定位。当一个产品制作完成后，怎样才能使模芯在高速回归原点时与压轮压下的位置的偏差不过1mm。考虑到伺服电机的定位功能，设计中采用了记录全程脉冲数的方法。这种方法充分利用了伺服电机的定位功能，实现率的定位。在整个系统设计中，将PLC的Y0口作为伺服电机脉冲的输出端，因此利用PLC指令集中的特殊功能存储器D8140，D8141来记录PLC发给伺服电机的脉冲数并将其累加。通过运算求出不到一圈的脉冲数，再用一圈的脉冲数减掉上面的运算结果。将此结果的脉冲数再通过PLC的Y0口发给伺服电机来控制其回归原点。如果仅用以上方法即使回归了原点但其仍无法满足1mm的精度要求，需要对伺服驱动器参数设置中的21号参数（零偏差幅度）进行相应计算设定。因为伺服驱动器出产时21号参数一般是400脉冲，当要求定位的精度很高时，这个默认的参数是不适合的。可以通过式（1）进行计算来确定需要的参数值。
       
        （1）
       
        其中：132072为电机旋转一周所需的脉冲数，为固定值，单位为脉冲/周;S为每转一周的移动量，单位为m;J为系统所要求的精度，单位为m为零偏差幅度，单位为脉冲。
       
        对于本系统，模芯采用小尺寸，S=0.580 9m，J=0.001m，可求得P=226脉冲;（实际电机旋转一周需要的脉冲可以通过调节驱动器的电子齿轮比参数得到）考虑到系统的转速比接近1：10，所以P可以取20脉冲。综合考虑各种规格之后可以取小值P=1脉冲。
       
        在软件设计中还应要使用特殊辅助继电器M8145，其功能是停止Y0口的脉冲发送（立即停止）。采用程序驱动M8145可以防止伺服电机在发送脉冲时的过脉冲现象，提高定位的精度。
       
        2.2 焊机的时间控制问题
       
        对焊机的开始放电时间的控制直接关系到产品的质量。对于密封垫圈其要求在轮启动焊接的时候能够达到在电机带动模芯旋转一圈的过程中，按顺序先5—l0mm焊接3个点，然后再以40—50mm的距离焊接剩下的点。在这个过程中要保持电机有一定的转速，大概20r/min，还要保持焊点的均匀、美观和一定的强度。在设计中将电焊机的时间控制模式改为“1”（外部时间控制），又鉴于PLC的扫描方式不同于一般的单片机芯片，所以要考虑程序的扫描周期。在以上转速下利用公式（2）算得可以启动电焊机工作的时间：
       
        S=V×T （2）
       
        式中：S为焊接距离;V为电机运动速度;T为电焊机可以工作的时间范围。
       
        算得时间T，加上扫描时间就是焊机要动作的时间范围，对其进行启动和释放时间合理分配。该系统中电焊机启动时需要l0ms的高电平维持时间（实际设定），才能进入稳定的放电状态，而且焊机的响应时间存在不稳定性，所以设定电焊机启动时高电平维持时间为20ms，电焊机可以很好地进行工作，达到控制的需要，保证焊点的质量。
       
            3、结论
       
        经过现场安装与调试，本系统其性能比传统的手工操作系统优良。而且体积小，结构也简单，为日后的维护和功能扩展奠定了良好的基础，精度能够达到要求，大大提高了效率，操作也加简单方便。对操作人员来说，也加。

本文介绍区别于传统的工控机（IPC）作为上位机，可编程控制器（PLC）作为下位机的分级型串行控制系统，开发了基于二者的航空玻璃拉伸机并行控制系统。实践证明，该系统具有较高的实时性和稳定性。0 引 言
       
        PLC具有通用性强、性高、抗干扰能力强、控制系统结构简单、编程方便及易于使用等优点，被广泛应用于生产过程的控制，但PLC的显示功能较差，且进行人机交互的操作不方便，为此大多数采用计算机作为上位机进行工艺流程参数显示，控制参数设置等，PLC作为下位机控制生产过程，让PLC与计算机相结合，使操作方便，并大地改善了控制系统的性能。
       
        在实际的工程应用中一般PLC与工控机组成分布式/分级型控制系统，属于串行控制范畴。众所周知，PLC在开关量控制方面具有很强的优势，具有很高的性，但中小型PLC的显示功能较差。如果利用工控机作为上位机来这个缺陷，又将导致工业PC强大的数据采集和处理功能得不到充分利用，造成资源的大浪费；而单采用工控机作为控制系统，又有易干扰和性差的缺点。
       
        本文从实际出发，开发的并行控制系统有效地做到了二者优势互补，并成功地应用于航空玻璃拉伸机中。
       
        1 系统组成
       
       
       
        玻璃拉伸的工艺过程是将具有一定厚度的正方形玻璃毛坯，按照规定的延展率，在一定温度和拉力下沿四个方向均匀拉伸至设计尺寸，并冷却定型。玻璃经定向拉伸后提高了韧性、抗裂纹扩展性和抗银纹等性能，从而延长玻璃的使用寿命。工艺过程要求控制系统具有实时性、可行性和稳定性。系统组成如图1所示，该系统的一次完整工序包括：上料、送料、装卡、加热、保温、位伸、冷却和下料。
       
        
       
        图1 系统组成
       
        2 控制系统
       
        2.1 控制原理
       
       
       
        控制系统由工控机与PLC组成。工控机接收传感器输出的测量信号，经过控制算法后，将控制信号传给PLC；工控机还用来进行参数设置、状态显示和信息存储，并具备控制算法、数据分析和抽样判别等功能〕PLC根据现场信号控制动作流程，并根据工控机的判别和控制信息执行拉伸。这样既能保证系统性能，又使系统操作简便，便于生产过程的有效监控。控制系统原理如图2所示。
       
        
       
        图2 并行控制系统原理
       
        系统中，工控机-PLC-被控系统（如控制循环1）和PLC-被控系统（如控制循环2）分别组成各自的控制系统，分别处理不同特点的数据。由于步工序以及下料，属于顺序动作，而且位置和温度可通过行程开关、仪器/仪表转换为开关量来表示，所以由PLC来执行控制；当达到设定温度后，由于存在各种变化因素的影响，需采用复杂的控制算法（如模糊控制算法）来实现对保温腔的保温以及拉伸速度、位移和拉力的控制，而且的冷却拉力对玻璃的质量有很大的影响，鉴于控制数据量大、算法复杂，转为工控机来完成。在进行拉伸的同时，PLC从控制系统中解放的资源可以为下一步工序作准备工作，达到并行运动的目的，以提率。
       
        2.2 控制系统流程
       
       
       
        控制系统流程如图3所示。按以下步骤进行。
       
        
       
        图3 控制系统流程
       
        1）开机后，各寄存器清零，工控机与PLC进行握手通信，表明一切准备就绪。
       
        2）对中机构，调整玻璃位置，运料小车吸盘吸取玻璃。
       
        3）按送料按钮，运料小车把毛坯运到位置，靠行程开关定位。
       
        4）到达位置后，装卡卡头动作，卡紧。
       
        5）保温腔闭合，风机、加热炉开动，进行加热，直到温度达到设定的拉伸工作温度。
       
        6）进入保温状态，工控机根据采集的温度数据选择合适的温度控制算法，并通过PLC控制加热系统。当各种准备条件（温度等）完备时，工控机实时地采集拉伸速度、位移和拉力数据，通过PLC控制拉伸系统。
       
        7）达到设定的延展率后，由工控机根据特定工艺要求，严格控制冷却拉力及回退位移，保证工件质量，直至冷却到室温。
       
        8）保温腔开启，运料小车运出成品，为下一工序作准备。
       
        2.3 通信和控制软件开发
       
       
       
        在工控机与PLC的并行控制系统中，如何实现工控机与PLC的通信非常重要。
       
        为了达到并行控制目的，采用工控机的DO口与PLC进行通信握手及控制信号传输，RS-232串口传输数据的方式，很大程度上避免了传统的控制信号与数据信号都通过串口传输带来的时间延迟，保证了控制的实时性和精度。
       
        经过控制算法后得到实时控制的数据为：风机速度、加热炉功率和拉伸电动机速度。通过PLC传输给相应的驱动系统（风机变频器、加热炉接触器和拉伸电动机变频器）。需要发送的变量见表1。
       
        表1 工控机-PLC通信变量表
       
        
       
        从表1中可以看出，VB501和VB502的数值都是一个字节，所以可以直接通过Comml口向PLC发送。而VW503～VW506都是双字节数值，若直接发到PLC将出现协议错误无法识别，所以分离为两个相邻的字节发送，在PLC端则可以直接读取VW503～VW506的字，得到0～32000的控制数值。在发送的字节数组里需要有开始标志“255”和结束标志“254”。实验证明，控制数值±1的改变对频率值没有影响，频率值改变0.01的小控制数值变化为±5，所以，如果控制字节数组中出现结束数值254，则相应加±1。

本文介绍了采用三菱公司PLC对1250离心机电控系统进行技术改造，实现变频器调速并详述了该系统 设计。实践运行结果表明，该系统运行稳定、操作简便，能满足生产 工艺要求。
       
            1、前言
       
        1250离心机是立式刮卸料自动过滤离心机，主要用于固相为颗粒状 悬浮物料 固液相分离，也可用于纤维状物料 固液相分离。 矿物、环保、医药、化工等行业中广泛应用。目前多数离心机仍由继电器控制，采用有级调速，离心机工作转速调节单一、设备故障率较高，生产效率低下。为克服这些问题，我们对制药厂1250离心机电控系统进行技术改造，采用PLC控制和变频器调速，该系统自动化程度高、稳定性好，运行，现已成功应用于多家制药厂。
       
            2、系统原理
       
        离心机工作原理是将待分离 物料经进料管送入高速旋转 离心机转鼓内， 离心机力场 作用下，物料 滤布(滤网)实现过滤，液相经出液管排出，固相则截留 转鼓内，待转鼓内滤饼达到机器规定 装料量，停止装料，对滤饼进行洗涤，同时将洗涤液滤出，达到分离要求后，离心机低速运转，刮装置动作，将滤饼刮下，完成一次工作循环。图1为1250离心机结构图。
       
        
       
        图1 1250离心机结构图。
       
        离心机离心工艺过程：1）进料：当变频器速度达到20Hz时，打开进料阀、料层检测阀，当检测到料层满时，关闭进料阀并延时10S，料层满信号消失再次打开进料阀连续执行上述动作2次。2）离心：当三次料满信号产生时，关闭进料阀变频器升速至50Hz进行高速分离，离心时间可由触摸屏设置，时间到后变频器降速至40Hz。3）清洗甩干：打开清洗阀进行清洗，清洗时间、暂停时间和清洗次数 所分离药物品种由触摸屏设置。清洗工艺完成后进入甩干过程，变频器升至50Hz，甩干时间由触摸屏设置。时间到后进入卸料状态。4）卸料： 甩干后料层过厚，刮采用分段定时旋转卸料，即刮旋转（时间可设置）→ 停2秒 → 刮下降（下降高度可设置），重复上述动作，直至后一次刮下降至下限感器动作，然后上升到部至上限位停止动作。
       
            3、系统设计
       
        3.1 硬件设计
       
        系统采用三菱公司FX2N-40MR型可编程序控制器（PLC）控制，当程序设定好后可进行无人看护 自动化操作或选择手动控制，并对加料、初过滤、洗涤、精过滤、卸料等进行全过程监护。离心机调速采用PLC D/A模块、变频器进行调速， 电压（0-10V）来控制变频器 频率，变频器采用德国伦茨公司EVF系列变频器，功率22KW。触摸屏采用EASYVIEW 5.7英寸4灰度触摸屏。

本文就一条年产100万平方米釉面砖生产线关键设备之一的PLC自动入坯控制系统的改造，作以探讨。
        1、引 言
       
            可编程控制器（简称PLC）以其强大的功能、很高的性、抗干扰性、编程简单、使用方便、体积小巧等优点，在工业陶瓷生产过程控制中得到了普遍使用。但是当陶瓷生产工艺发生变化或有特殊要求以及生产过程出现新问题时，PLC控制系统或编程方案就应作相应的改变和优化。本文就一条年产100万m2釉面砖生产线关键设备之一的PLC自动入坯控制系统的改造，作以探讨。
       
        2、入坯工艺流程简介
       
       
       
        如图1所示，图1中：M1、M2为皮带电机，M4、 M5为辊台为电机，G1-G6为光电检测管，YV1为电磁阀，BX1为操作盒。当施釉线或素坯线的坯体经M1电机的传送带送至光电检测管G1位置时，G1动作，M2电机转动，由其传送带将坯体向窑前的辊台上传送，若G1处无坯体时，M2则停止；当坯体送至G2时，M1停止，送至G3时M2停止，同时电磁阀YV1得电，M2的皮带支撑架下落，坯体由窑前的辊台变速电机M4、M5驱动，由辊子传动送向窑内；至G4时，YV1失电，皮带被升起，M1电机启动，重复上述过程。
       
        
       
        图1 入坯工艺流程
       
        3、存在的问题与改进
       
       
       
        原控制系统的梯形图如图2所示。采用了OMRON SP10小型机，从试运行几个月的情况来看，该机性高，基本能满足使用要求。但从生产工艺、控制方式以及实际使用过程来看，其控制系统还存在下述缺陷。
       
        3.1 生产工艺方面
       
       
       
        该单层辊道窑既可作为产品的釉烧，又可作为素烧。当作为素烧时，传送带上的坯体是素坯，机械强度釉坯，工艺要求无碰伤等;当作为釉烧时，工艺上还要求严禁坯体层叠等。因此在传送过程中，应运行平稳，衔接处过渡自然，皮带升降缓慢。这些要求可以从调整传送带和对电机的控制方式（如采用变频调速）、以及对电磁阀的改造来解决。但是由电机M4、M5控制的辊台辊子，由于长期工作在较高的温度环境下，不可避免地会产生弯曲变形等，使入窑坯体排列紊乱，甚至层叠粘连而产生废品。通常这一现象由人工来监控，费时费力，笔者在图1中增加了两个光电检测管G5、G6，与报警电路及PLC相连，成功地实现了自动监控，如图2所示。
       
        
       
        图2 坯体排列监控图
       
        3.2 控制方面
       
        （1）PLC自停故障
       
            该机在试运行时，时常出现停机现象。究其原因主要是环境温度太高，导致PLC自动保护系统动作所致。工业陶瓷窑炉的环境温度高，是一个很普遍的问题。却未引起设计者的足够重视，PLC控制柜虽然距辊道窑低温段有一定距离，但PC机与控制电机的磁力等电气元件，同时被控制面板封在一个较小的空间内，且柜内无风扇，散热不良。夏季环境温度的升高，加之生产车间通风条件有限，导致PC机停机频繁。当增设柜内风扇后，再无停机现象。
       
        （2）急停按钮的设置问题
       
       
       
        原系统急停按钮SB3设置在控制柜上，不便于实现两地控制，常造成半成品的大量损坏。因此在图1上增加按钮盒BX1,与施釉线急停按钮及SB3串联，使停机、开机方便自如。
       
        （3）电机M2频繁点动影响寿命
       
            本生产线未设置大型储坯器，当坯体供应不连续时，电机M2的等待时间太短，频繁启动而发热，曾烧坏一台。其问题出在编程上，从原梯形可以看出（如图3所示），G1处一有坯体M2便动作一次。应改为若坯体到达G2处，且G1处有坯体时，停M1;否则M1继续转动，使坯体供应连续。