产品描述
长春西门子中国一级代理商触摸屏供应商
在未来的几年,PLC仍将继续用于自动化领域。但是随着机器的改进和自动化效率提高的需求,PLC不再是的。PAC技术给PLC提供了很好的,增加了传统PLC所不能提供的I/O和处理。
在过去的几十年里,可编程逻辑控制器(PLC)一直被广泛用于自动化领域,而在可预知的未来,PLC仍将长盛。面向离散控制而设计PLC的实际上已经成为工业领域一个具有伟大意义的统治性工具。
然而,随着工业用机器和工厂系统的复杂性的增加,PLC已经很难而且也不可能成为完成所有自动化任务。现在的自动化系统已经了PLC的功能范围,使得工业机器领域的工程师在自动化系统中集成多的I/O、处理和控制策略。
新的可编程自动化控制器(PAC)硬件系统就是这样一个非凡的PLC系统扩展方案,能够很容易整合到PLC系统中,给工业机器增加多的功能,并提高机器的效率。
1、需求:如何提高机器的效率
如何提高机器的效率?让我们来看看Integrated Industrial Systems (I2S)公司是如何做的。I2S在现有的PLC系统上实现大的改进。这是一个来自美国的私有原始设备制造商,数十年以来一直致力于制造的轧制设备和控制系统,用于全世界的铁和非铁金属行业。在这一领域的雄厚技术底蕴使之成为的。
I2S也曾经长期使用PLC来自动化和控制生产的轧制设备。近几年他们一直在试图新轧制设备控制系统,以提率和质量。为了提高炼钢设备的效率和质量,他们主要对其伽马测量系统进行了改进,以便能准确地控制金属厚度。
数年以来,伽马测量系统一直是I2S产品家族中的标志性产品,现在依然广受欢迎,但是系统的很多硬件和软件特征都已经过时了。为了新该系统并改进其机器,I2S公司需要一个具有的模拟输入分辨率的方案,以连接伽马测量传感器和信号处理,从而从传感器中模拟信号,实现高度的厚度测量,再由PLC使用在轧制机器的控制系统中。
2、伽马测量仪技术
伽马测量仪使用“镅”作为恒发射源,这一发射源位于“C”框架组装的较低部。结构的部是一个和前置放大器。当通过发射源和之间的间隔时,金属带会吸收一部分辐射,吸收量视其厚度和密度而定。剩下的一部分就由进行测量,并转化成带厚度测量。
实施改造步:现有设备试验
为了节省时间和费用,I2S先试着在已有的PLC系统中进行模拟测量和处理。但是,PLC的模拟I/O和信号处理无法达到所需的度。I2S公司要确保运行于PLC中的控制系统不会因为额外I/O和处理的增加而减少。
因此,他们需要这么一个系统,这个系统能够从伽马传感器中模拟信号并进行处理以计算的厚度测量值,并能将这个厚度测量插入到PLC控制系统中。但是,所用的PLC不适合处理和高速模拟I/O。
二步:如果现有设备无法奏效,就试试其它方法
在认识到PLC无法提供连接伽马测量传感器所需的I/O和处理后,I2S转向了PAC技术。它选择了国家仪器的CompactRIO PAC,以提供改进轧制机器质量所的附加功能。CompactRI/O是一个可重置嵌入式系统,既结合了传统PLC的优点和性,又能提供多I/O和处理。国家仪器的所有PAC都可以通过其LabVIEW图形编程工具来编程,因此可以很容易进行编程和配置。
三步:添加I/O
CompactRIO有一个嵌入式现场可编程门阵列(FPGA)芯片和实时处理器,可通过内置的LabVIEW功能块来编程。另外,它还拥有过30个模拟和数字I/O模块,具有内置信号调节(反锯齿、隔离、ADC、DAC等)、高速计时(模拟I/O速度达到800kHz ,数字I/O速度达到30 MHz)和高分辨率(24b ADC),可与任何工业传感器或者触发器连接。
图1 CompactRI/O架构
I2S使用CompactRI/O模拟输入模块来连接伽马级厚度传感器,以提供测量所需的高速计时和分辨率。由于每个I/O模块都是直接和FPGA相连的,工程师们于是能使用LabVIEW FPGA来轻松自定义CompactRIO的模拟I/O速率。
四步:添加处理
从伽马传感器获得模拟数据之后,CompactRIO使用内置的NI LabVIEW实时浮点功能块来在实时处理器中对数据进行处理,并将之转化成的厚度测量。
LabVIEW的实时功能块对数据进行确定的对数处理(如下面的等式1和等式2所示),以进行计算厚度测量值。由于LabVIEW Real-Time具有内置计算和分析功能,PAC能够很容易进行这一操作。
等式1:log I = (log I0)y/μ = (y/μ) log I0
等式2: y/μ = log I0/log I = log (I0-I)
CompactRIO系统在FPGA和实时处理器中进行所有的I/O和信号处理,并将高度厚度测量传输到相连的PLC上,又不会降低现有PLC控制系统的速率。借助于CompactRIO的性能,I2S的工程师可以为伽马级传感器添加这一自定义测量和分析功能,而不需要牺牲轧制机器的控制速度。
五步:整合PAC
每个轧制机器都带有三个形成网络的CompactRIO系统。这三个系统都是智能节点,能利用一个工业标准Modbus/TCP、TCP/IP或UDP协议进行通信。其中有两个系统与伽马级传感器连接,并进行模拟输入测量和处理,来计算厚度测量值。
图2 典型系统拓扑
三个CompactRIO系统则从另外两个系统中厚度值,并转换成模拟输出测量值,输入到正在控制轧制机器的PLC上。所有三个系统都通过以太网连接实现了互连,并使用一个UDP以太网信息协议来传输厚度测量值计算。将PAC连接到现有PLC架构上有三个基本方法:
1. 基本模拟和数字I/O。模拟/数字信号能够从PAC输出到PLC中。这是将PAC整合到PLC的一个基本的方法。I2S公司就是运用这种方法来将处理过的数据从CompactRIO PAC传输到运行轧制机器控制系统的PLC上的。
2. 工业网络。大多数PAC产品都支持工业协议,如DeviceNet、Profibus 、 CANopen以及基于以太网的协议如TCP/IP、UDP和Modbus TCP/IP。这使得工程师在连接PAC到PLC上时有很多网络选择。I2S公司运用的是以太网协议来在CompactRIO PAC之间传输数据,并将PAC和PLC连接到形成网络的HMI。
3. OPC Connectivity PAC还可以作为OPC客户端或者服务器,并通过OPC标签来收发网络数据到PLC或其它PAC上。OPC标准提供了一套标准的流程,让不同厂商的自动化系统之间可以很容易实现连接。
处理过的数据会以不到20毫秒的间隔在通过以太网互连的CompactRIO系统之间传输。CompactRIO测量值的获得、处理和传输速度都很快,因此,将厚度测量值键入到PLC控制系统的过程丝毫不会降低整个系统的速度。
I2S公司可以很容基于LAN的CompactRIO系统和10/100 Mbps以太网接口将系统连接到形成网络的Allen Bradley PLC,并利用一个标准的TCP/IP协议将之连接到人机接口(HMI)系统。轧制机器中的所有仪器都通过以太网实现了连接,因此不需要在一个电器噪音嘈杂的环境下长距离地传输模拟信号了。
3、总结
在未来的几年,PLC仍将继续用于自动化领域。但是随着机器的改进和自动化效率提高的需求,PLC不再是的。PAC技术给PLC提供了很好的,增加了传统PLC所不能提供的I/O和处理。将PAC连接到现有PLC架构中的方法有很多,所以工程师们将能够很容易地改进其基于PLC的自动化系统。
组合应用了三菱FX系列PLC,变频器,显控(Samcon)SA系列触摸屏。采用通信方式对变频器进行控制来实现系统控制功能,用户可以通过触摸屏控制系统的运行。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量,根据用水量的不同,PLC频率输出给定变频器的运行频率,从而调节水泵的转速,达到恒压供水。1、引 言
在工业现场控制领域,可编程控制器(PLC)一直起着重要的作用。随着国家在供水行业的投资力度加大,水厂运行自动化水平不断提高,PLC在供水行业应用逐步增多。触摸屏与PLC配套使用,使得PLC的应用加灵活,同时可以设置参数、显示数据、以动画等形势描绘自动化过程,使得PLC的应用可视化。
变频恒压供水成为供水行业的一个主流,是保证供水管网在恒压状态的重要手段。现代变频器完善的网络通信功能,为电机的同步运行,远距离集中控制和在线监控等提供了必要的支持。通过与PLC连接的触摸屏,可以使控制加形象、直观,操作加简单、方便。
组合应用PLC、触摸屏及变频器,采用通信方式对变频器进行控制来实现变频恒压供水。
2、系统结构
变频恒压供水系统主要由PLC、变频器、触摸屏、压力变送器、动力及控制线路以及泵组组成。用户可以通过触摸屏了解和控制系统的运行,也可以通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。通过安装在出水管网上的压力变送器,把出口压力信号变成4~20 mA或0~10 V标准信号送入PLC内置的PID调节器,经PID运算与给定压力参数进行比较,输出运行频率到变频器。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量,根据用水量的不同,PLC频率输出给定变频器的运行频率,从而调节水泵的转速,达到恒压供水。PLC设定的内部程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组,以此协调投入工作的水泵电机台数,并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速,使系统管网的工作压力始终稳定,进而达到恒压供水的目的。
3、工作原理
该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时,通过触摸屏或控制柜上的启动和停止按钮控制水泵运行,可根据需要分别控制1#~3#泵的启停,该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时使用。自动运行时,由1#水泵变频运行,变频器输出频率从0 HZ上升,同时PID调节器把接收的信号与给定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够,则频率上升到50 HZ,由PLC设定的程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组,使得1#泵变频切换为工频,2#泵变频启动,若压力仍达不到设定压力,则2#泵由变频切换成工频,3#泵变频启动;如用水量减少,PLC控制从先起的泵开始切除,同时根据PID调节参数使系统平稳运行,始终保持管网压力。
若有电源瞬时停电的情况,则系统停机,待电源恢复正常后,人工启动,系统自动恢复到初始状态开始运行。变频自动功能是该系统基本的功能,系统自动完成对多台泵的启动、停止、循环变频的全部操作过程。
4、设备参数的设置
在进行通信之前对PLC、触摸屏和变频器的通讯参数进行正确设置。本系统定义为Modbus协议,波特率为9600,数据位为8,无校验,停止位为1。变频器除设置通信参数外,还需启用“自由停车”以保护电机。
5、PLC控制系统
该系统采用三菱FX-200的PLC,继电器输出,PLC编程采用三菱PLC的编程软件,软件提供完整的编程环境,可进行离线编程、在线连接和调试。为了提高整个系统的性价比,该系统采用可编程控制器的开关量输入输出来控制电机的起停、自动投入、定期切换,供水泵的变频及故障的报警等,而且通过PLC内置的PID给定电机的转速、设定压力、频率、电流、电压等模拟信号量。
以往的变频恒压供水系统在水压高时,通常采用停变频泵,再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切换工频的方式,但其容易引起泵组的频繁起停,从而减少设备的使用寿命。而在该系统中采用直接停工频泵的运行方式,同时由变频器调节,只要参数设置合适,即可实现泵组的无冲击切换,使水压过渡平稳,有效的防止了水压的大范围波动及水压太低时的短时间缺水的现象,提高了供水品质。
介绍了一种由液压驱动、可编程控制器控制的中频加热液压弯管机。该文对其工作原理、液压系统以及PLC控制系统等方面进行了介绍,并阐述了该机的性能特点。控制系统采用了可编程控制器和人机界面,提高了系统的性及其柔性,增强了机床的抗干扰能力。 管道系统在电力、石化、等工程建设中有着广泛的应用。尤其是随着经济建设的发展,管道的规格和用材也在向着大型化和高强度发展。目前国内的中频弯管机多以外国的技术为蓝本,采用机械传动,自动化程度偏低,难以使大口径的管道在弯制的过程中,达到规定的质量和精度要求,因此,决定采用液压系统推进代替机械进给。经实践证明,是切实可行的。
1 弯管机工作原理
中频加热液压弯管机主要由机械装置、液压系统、中频加热系统、PLC控制系统、冷却系统等组成。机械装置主要有卡紧装置、小车推进装置、导向轮装置和摇臂回转装置等组成。弯管的工作原理如图1所示,其基本过程是:在将管道安装好之后,利用中频电源通过感应圈对其待弯区域进行加热,当加热到一定温度后,由小车将管道按照一定的速度向前推进,沿调整好的弯曲半径进行弯曲。
图1 中频加热液压弯管机工作原理示意图
2 中频加热液压弯管机的液压系统
中频加热液压弯管机的液压系统原理图如图2所示,主要由9个液压缸和2个液压马达组成。主夹缸在弯管时始终保证管道通过夹具固定于转臂之上,确保管道按预定的半径进行弯曲;导夹缸起辅助夹管的作用,同时具有导向和支撑的功能;推进缸在弯管,为弯管机提供动力;辅夹缸在弯管时把弯管固定于推进小车之上,防止管道在推进时产生振动;定位夹紧缸将主夹头定位在摇臂导轨上,防止其在工作中因受力而移动;定位液压马达,实现摇臂工作台的移动;复位马达是在弯管结束时,使摇臂复位。在弯管机的液压系统中,弯曲主夹缸、导夹缸、辅夹缸、推进缸以及定位夹紧缸均采用液控单向锁紧阀,减少压力损失,以保证弯管过程中夹紧、弯曲动作。
图2 液压系统原理图
操作人员装好管坯,通过点动按钮控制电磁铁9YA通电而10YA断电,从而调整弯管的半径,半径调整好之后,点动另一按钮控制7YA通电而8YA断电,定位夹紧。然后按下启动按钮,在可编程控制器(PLC)的控制下依次自动执行以下的动作:
(1)电磁铁3YA通电,主夹缸驱动夹头关闭,从而把管子加紧;
(2)电磁铁SYA通电,辅夹缸驱动夹头关闭,把管子和推进小车固定在一起;
(3)电磁铁11YA通电,导夹缸驱动压料模把管子压紧;
(4)电磁铁13YA通电,主驱动缸推动小车,从而由小车带动钢管前进,沿调整好的的弯曲半径进行快速弯曲;
(5)电磁铁巧YA通电,将快速推进改为工进;
(6)弯管结束后,电磁铁12YA通电而11YA断电,导向缸退回,使压料模后退;
(7)电磁铁6YA通电SYA断电,辅夹头松开退回;
(8)电磁铁4YA通电3YA断电,主夹头松开退回。
操作人员将弯制好的管件取下之后,按下复位开关令电磁铁16YA通电而17YA断电,摇臂反向回转,使弯管机复位,准备下一个弯管开始,从而完成一个工作循环。
3 弯管机的PLC控制系统
3.1 控制系统的功能
(1)弯管前的工装过程:包括摇臂定位,主夹头、辅夹头的开和闭,导向轮的开和闭以及工件位置的调整。
(2)主要工艺参数的实时采集和显示:包括加热温度、弯曲的角度。
(3)参数设定的功能:包括弯曲角度的设定、加热温度上下限、工件行进速度定工艺过程参数的设定。
3.2 控制系统原理
中频加热液压弯管机的控制系统采用可编程控制器,选用日本某公司的FXZN-64MR,操作系统采用新型人机界面F940G0T,它们之间通过一根通信电缆实现实时通信。FXZN-64MR接受人机界面上的操作控制按钮以及温度的参数设置和光电编码器检测的位置和角度控制信号,使液压缸按规定的顺序完成各动作。触摸屏一方面将弯管机操作控制信号和工艺参数等传送给PLC,另一方面将PLC工作状态和运行信息显在触摸屏上,实现生产过程的动态监视。中频加热液压弯管机的控制系统组成框图如图3所示。
图3 控制系统框图
3.3 PLC的FO地址分配
XO编码器A相脉冲输入 YO液压泵电动机控制接触器KM1
X1编码器B相脉冲输入 Y1液压泵电动机卸荷电磁阀1YA
X2急停按钮 Y2液压泵电动机卸荷电磁阀2YA
X3液压泵过载 Y3主夹紧进位电磁阀3YA
X4定位夹紧压力开关 Y4主夹紧退位电磁阀4YA
X5主夹紧进压力开关 Y5辅夹紧进位电磁阀5YA
X6辅夹紧进压力开关 Y6辅夹紧退位电磁阀6YA
X7导向进压力开关 Y7定位夹紧进位电磁阀7YA
X8定位退限位 Y8定位夹紧退位电磁阀8YA
X9主夹紧退限位 Y9摇臂工作台进电磁阀9YA
X10辅夹紧退限位 Y10摇臂工作台退电磁阀10YA
X11摇臂复位限位 Y11导向轮夹紧进电磁阀11YA
X12弯管机复位限位 Y12导向轮夹紧退电磁阀12YA
X13摇臂工作台进 Y13弯管快进电磁阀13YA
X14定位进 Y14弯管快退电磁阀14YA
X15主夹紧进 Y15弯管快进电磁阀15YA
X16辅夹紧进 Y16弯管机复位电磁阀16YA
X17导向轮进 Y17中频电源控制接触器KM2
X18弯管推进快 Y18冷却电磁阀18YA
X19弯管工进
X20弯管停
X21弯管快退
X22主夹紧退
X23辅夹紧退
X24导向轮退
X25摇臂工作台退
X26弯管机复位
X27中频加热按钮
X28冷却按钮
3.4 控制系统的软件设计
控制系统软件设计包括两部分:一为触摸屏界面设计;二是PLC程序设计。
1)触摸屏界面设计
触摸屏界面设计在计算机上安装触摸屏工具软件FX-PCS-DU/WIN-C,根据生产工艺的控制要求进行界面设计,并做好相关的设定,再进行编译,当计算机与触摸屏进行正确的通信后,下载给触摸屏F940GOT。触摸屏界面包括初始界面,手动模式、半自动模式、角度编辑,温度参数编辑和故障报警等。各界面之间可以方便、快捷的切换。
手动模式界面主要为手动操作设备的各按钮及其相关的显示:自动模式界面主要完成弯管的自动操作及其相关的显示。角度编辑界面主要用于设置弯管的角度参数,以及实时地显示当前的弯管角度。温度编辑界面主要用于设置弯管时管子的加热温度参数,以及实时显示当前的温度。另外还有报警界面。在生产过程中,如果出现故障,触摸屏自动转入报警界面,并且显示故障信息,以便于进行相应的处理。
2)PLC程序设计
对于弯管机的手动和自动2种工作方式,采用模块化分别对其进行程序设计。在此介绍自动工作方式。图4为自动弯管的工艺流程图。
产品推荐