拉萨西门子一级代理商CPU供应商

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在数控技术中，PLC是可编程逻辑控制器的缩写名称。几乎每台数控机床都有PLC以及PLC控制程序，它规定了数控系统在接收到从机床传来的各种输入信号后，如何按一定的时间顺序发出各种指令去指挥机床的各个功能动作或显示各种信息。

输入信号流程的基本形式如图1：24V DC电源正端通过虚线框送到PLC的输入端E××.×。虚线框所代表的元器件以及通过它送到PLC输入端的信号，其含义不外乎是以下几种：

图1　输入信号电路形式

（1）紧急停止开关、限位开关的触头——输入信号反映是否触碰了急停开关，各伺服轴行程是否了限位置；

（2）液压泵电机、润滑泵电机、冷却液泵电机和排屑器电机自动开关的辅助触头——输入信号反映了这些电机是否在正常运转；

（3）温度传感器——输入信号反映电控柜等装置内部温度是否正常；

（4）压力传感器——输入信号反映液压系统、气动系统、润滑系统中某点的压力是否在正常范围；在液压系统和润滑系统中还用于检测过滤器是否阻塞；

（5）位置传感器（接近开关）——输入信号反映主轴变速齿轮档变换到位的情况、自动换器的转臂和机械手的当前位置、托板工作台的位置、库元器件的当前位置、在主轴锥孔中是否放松了等等的信息；

（6）液位传感器——输入信号反映液压油箱、润滑液箱、冷却液箱、回流液箱内液面的高低。

尚有另外一些输入信号，借助予一些按钮和开关送到PLC中从略。

PLC 的输出信号比较简单。PLC的24VDC电源输出与各继电器线圈、电磁阀线圈或指示灯等元件相连，或驱动某元件动作，或发出某信号。电气原理图中对PLC 输出信号的注释往往有很明确的含义，维修人员不会误解。例如，某输出信号A××.×的注释是：“夹紧工作台”，则我们可以立即知道：当输出信号A××.× ＝“1”（逻辑“1”，即24VDC）时，就会发生夹紧工作台的动作。把A××.×＝“1”跟注释内容对应起来，划号。

然而，对于PLC的输入信号，情况则不然，因为E××.×＝“1”跟注释内容并不一定能对等起来。我们把输入信号＝“1”与注释内容相对应称为“正逻辑”注释法；把输入信号＝“0”与注释内容相对应称为“负逻辑”注释法。例如，我公司CW800加工上用E8.7＝“1”表示“液压油温度太高”，使用了 “正逻辑”的注释法，而另一台CW500加工，虽出自同一制造厂，却以E23.1＝“0”表示“液压油温度太高”，使用了“负逻辑”注释法。

一台机床的PLC输入信号注释如果全部使用“正逻辑”，会给故障诊断带来很大的方便；但事实上许多数控机床制造厂家给用户的PLC输入信号清单中都是正、负逻辑混用的，这给维修人员带来很大困难，笔者根据几年来维修机床的经验，认为可以用以下几个办法来确定某个输入信号的注释是使用了哪种“逻辑”。

（1）有些输入信号，特别是经由急停开关、限位开关触头串联电路输入的信号，以及经由自动开关辅助触头串联电路输入的信号，从电路图上可以判定：输入信号为“1”时才属正常状态。

（2）对于经由位置传感器中的感应式接近开关输入的信号，可以直接观察机床上的运动元件与传感器之间的相对位置得出明确的结论。受控的运动元器件（如换器转臂、机械手等）向接近开关趋近，到达规定位置后，接近开关发出“1”信号。因此，绝大多数情况下，编制PLC程序时，都会以“正逻辑”作注释。如在机床上不易观察到实物，也可以从机械装配图中得出结论。需要注意的是，也有例外情况。例如在图2中的受控运动元件向右运动过程中，缺口线尚未到达传感器轴心线位置时，传感器始终送出“1”信号给PLC，一旦缺口线与传感器轴心线基本重合，由于感应距离太远，传感器就送出“0”信号给PLC，数控机床制造厂在PLC程序中对这种情况往往简单地注释为“E××.×某某元件定位”，但从图中可以清楚地知道：定位时，输入信号实际是“0”，因此厂家用的是“负逻辑”注释。这一类的例外情况往往造成我们的误诊断，在坏的情况下会使机械故障越来越严重；所以在有疑问时，去观察实物环境或从机械装配图中求答案。

图2　受控机械元件的运动以及位置传感器的检测方式

（3）机床在正常运转情况下，不会有任何报警或故障信息显示。这时，可以利用自动运行时的空隙时间，在诊断某菜单页面上查阅到各输入信号的状态，将其抄录下来，然后与输入信号清单的注释一一对照。用这个方法可以得到以下这类信号究竟是“1”还是“0”算正常：“电控柜的温度”、“液压油的温度”、

[NextPage] “保护门栅开着/关闭”、“液压回路畅通/阻塞”、“润滑油、液压油、冷却液液面位置”、“压缩空气压力”、“参考点到达”等。对于运动着的机床，这类信息相对静止，所以记录下来有意义。一旦有故障，屏幕上出现报警信息时，再去查输入信号，与记录的内容一比较就可以确定故障的性质了。
（4）有些输入信号不一定“1”/“0”就是正常状态，而变成“0”/“1”就是非正常状态。这些信号是随特定条件而变化，并产生不同的结果。这在输入信号清单中，是看不出明确的详尽含义的。这类信号有“参考点限位”、“减速限位”、“Y轴和Z轴互锁限位”等。例如在CW500、CW800、 CW1000等加工上都有跟Y/Z轴互锁有关的限位信号，用于防止主轴箱已经降至低位时，立柱向前继续运动而撞到工作台，以及防止立柱已经靠近工作台时，主轴箱继续向下运动而撞到工作台。对于这类信号，我们要研究的是它们的动态变化，而不是静态状况。所以，必要时可以在机床不加工产品时与操作工配合，让轴慢慢运动，并将各限位开关的输入信号变化一一记下，留作分析用。
（5）某些信号，不论从电路图、实物环境，还是从屏幕显示来观察分析，均得不出明确结论。这时往往要借助于阅读分析PLC控制程序。
以上情况均可以从分析PLC程序文本中的有关程序段/块来解决。
例如CW500加工在使用冷却液过程中，将冷却液先收集于回流液槽中。该槽中装有一个液面位置传感器，它向PLC输入端口E21.1送出信号，以便让PLC输出口A2.6输出一个信号去控制回流泵M81的启动和停止；回流泵启动后就将回流液槽中的冷却液再抽回到冷却液箱里。如图3所示。

图3

该加工刚投产不久时我们发现一个“异常”的现象：M81回流泵只要冷却液在喷，不管回流液槽中的回流冷却液是满还是浅，它始终在转。再查E21.1，始终为“1”；而在PLC输入信号清单中E21.1的注释是“回流液槽液面达位”。如根据这个注释，A2.6当然应该为“1”，使中继K2得电，从而接通M81回流泵抽冷却液回冷却液箱去，以免回流液槽满溢。但事实上回流液槽中液面很低时，E21.1仍为“1”，如果E21.1的解释是用了“负逻辑”，那么为什么同样是海克特公司制造的CW800加工上回流液槽满溢的信号跟它相反?CW800上的回流泵为什么不那么“忙碌”，而CW500上的回流泵为什么转个不停?另外，我们也担心，万一有什么潜在故障使E21.1恒为“1”，回流泵老是转，回流液几乎被抽干了还在转，这样会损坏回流泵。
为此，笔者阅读了PLC程序，作了进一步分析后得出以下结论：
（1）内外冷却液泵不工作时间过了30s，回流泵M81就不必转动；
（2）一旦有内、外冷却液泵之一在工作，只要冷却液箱未满，电机保护开关没断开，回流泵M81就必转动；
（3）E21.1＝“0”才表示“回流液槽满”，即原PLC输入信号的注释使用了“负逻辑”。E21.1＝“1”并不说明回流泵不要工作了，它仅仅说明“回流液槽的液面没有达到位”。
于是我们明白了M81不停工作跟B182.3液位传感器送出的输入信号E21.1＝“1”/“0”并没有、必然的关系。
为了搞清E21.1常为“1”的原因，笔者后看了该传感器制造商的说明书才得到解决。这是一种新颖的液位传感器，它利用PVC管子中液面上升对中空管子内空气的压力逐渐增大，后薄膜鼓起的力量将一个常闭触头断开，而使常开触头接通。动作时压力差要求仅为10mPa。由于海克特公司使用了常闭触头，所以液面不到位，压差达不到10mPa时，PLC的E21.1始终为“1”。因此我们原先认为是“异常”的情况，实际上是正常状态。
从事数控机床维修工作的人如果能综合使用以上几种方法，对PLC输入信号的了解就不是点、线、面式的了解，而能达到立体的，多维的深入理解的层次。

 
 图2PLC控制系统结构
 
     PLC控制系统中包括：8槽CPU底板（C200HW-BCO81-V1）一块，通过内置的总线将各模块连接在系统中；电源模块（PA204）一块；CPU（CPU42-E）一块；16点开关量输入模块（ID212）一块；16点开关量输出模块（OC225）一块；8路模拟量输入模块（AD003）两块，分别对Ⅰ套和Ⅱ套净化装置的压力和流量进行采集；8路模拟量输出模块（DA004）一块，对变频器进行控制，从而对进水加压泵进行控制。 
     编程软件采用OMRON公司SYSMAC-CPT通用软件包，它可对C200HE系列及其它系列进行编程。

[NextPage] SYSMAC-CPT是基于bbbbbbs环境下的编程软件，将它装入上位计算机中，用RS-232通信线和PLC连接，采用梯形图直接对PLC编程和监控，编制的程序可在PLC和计算机之间相互传送或存储在磁盘上。 
     (3)上位机监控组态软件 
     本系统采用美国Inbbtion公司的FIX6.1工业控制组态软件，通过RS-232串行通讯口使PC机与C200HE系列的PLC进行通讯。 
     通过FIX组态软件可以对工艺过程进行实时监控。FIX组态软件是以块为基础的，不同类型的块可以定义多种不同的节点，每个节点承担了一定的控制功能，在整个水处理的工作过程中，要用到模拟数值输入/输出块、数字数值输入/输出块、计算块等。上位机对电磁阀的控制就通过数字数值输出块来进行，每个阀门的控制对应了相应的数字输出节点。因此，上位机不仅能接受来自PLC的控制信号并以动画的形式进行显示，而且还能够通过通讯端口向PLC发出控制命令，对现场进行控制。通过模拟块，上位机通过通讯端口可以从PLC上读取来自控制现场的仪表所采集到的压力和流量的实时数据，再经过计算块的转换，在上位机上将数值实时地显示出来，并对系统出现的故障能及时报警。旋转流管式膜微滤监控界面如图3所示，数据的实时曲线和历史曲线如图4所示。 
 

    聚乙烯塑料生产中，挤压造粒设备的控制系统是设备正常运行和产品质量的关键。各生产线的设备中大多是采用纯硬件搭接的控制系统或配套DCS控制系统。依据挤压造粒设备的控制特点，在近期新产挤压造粒设备中，采用PLC控制系统代替了原来由继电器搭接的陈旧古老的控制系统。改造后的PLC控制系统具有功能强劲、性能稳定、易于维护等优点。

    改造前，由于进料的不稳定性及产号改变的经常性，手动操作很难使产品达到较理想的水平，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。采用PLC控制系统控制后，改善了设备运行的性及连续稳定性，使产品质量达到较高水平。

    1 设备工艺特点及控制要求

    1.1 设备工艺特点

    塑料生产线设备工艺流程主要包括混炼机、喂料机、熔融泵和切粒机4个部分，过程见图1。

图1 设备工艺流程

    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熔融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，通过颗粒水冷却输送到后系统工序。挤压机的自动控制流程如图2所示。

图2 挤压机子自动控制流程

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。

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    1.2 控制要求

    1.2.1 主要回路控制

    挤压机主要需要3个控制环节：喂料机控制回路、熔融泵控制回路和切粒机控制回路。

    (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，其变化用于控制喂料机的吃料速度。

    (2) 熔融泵控制回路。该回路采用串级控制，即熔融泵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(+,输出作为主要控制参数，即通过对熔融泵转速的调节，控制喂料机出口压力稳定在5 MPa。

    (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熔融泵的转速和熔融泵的出口压力共同来控制。其中熔融泵的转速作为辅助控制参数，熔融泵出口压力的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。

    1.2.2 联锁控制

    在设备控制中还需要12套报警联锁控制，主要报警联锁控制有7个。

    (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。

    1.2.3 手/自动切换控制

    设备启动时，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，当运行较稳定后，才能切换到自动控制系统。所以在喂料机控制回路、熔融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。

1  引言
     随着国民经济的快速发展，高速列车大大提高了交通运输效率，同时也增加了对性的要求，如何在列车高速运行的情况下保证铁路设备的问题也变得越发重要。以原有的人工体制保证设备的，不仅费时费力，而且难以适应发展后的铁路系统的各种客观需要。根据以往我们开发工业监控系统的经验，结合铁路系统的特点，开发了适合铁路系统的微机监测系统，利用其采集大量信号，通过这些信号可以了解设备的运行状况并分析故障产生原因，它在保证铁路列车运行、及时发现故障、分析故障及保证铁路维修体制改革实现状态修方面发挥了不可缺少的作用。利用PLC作为微机监测系统的数据采集机可以保证其高性要求。

2  需求分析
     铁路系统关系到人民生命财产的，所以铁道信号微机监测系统具备以下特点:
(1) 高性
     监测系统在寿命期限内能在恶劣条件下平稳运行，将故障率降至;
(2) 抗干扰性强
     微机监测系统是暴露在铁路沿线运行的，所处的环境相对恶劣，为了提高数据采集和的性，避免发生错误报警，系统具有较强的抗干扰性;
(3) 可扩展性与可维护性
     与铁路系统的扩建相对应，监测系统应该易于扩展和维护;
(4) 高性价比
     完成状态检修的微机监测系统作为列车的辅助设备，不应投入太多资金，应该在下操作。
根据系统要求的高性和强抗干扰性，选用PLC作为系统的采集机。系统实现要解决的关键问题就是PLC的资源较少，我们经过合理分配，有效利用有限的资源。

     以广深铁路线某站为例，需要采集1024个开关量，128路轨道电压，6路外供电压，40路转辙机电流，768路电缆绝缘值，50路电源屏电压。设计铁道信号微机监测系统时，根据铁路系统运行特点和要求，采取一些特殊的技术和方法，建立适用的反映铁路系统及设备的宏观运行状态的系统，有效的管理整个铁路系统的运行。
 
3  系统构成
3.1 系统总体结构
     总体上看，本论文所要介绍的GSWJ型铁道信号微机监测系统结构可分为三部分:即采集电路—前置部分;下位机—采集机;上位机—监测机三个部分。各部分的作用分析如下:
(1) 采集电路
?对所有被监测量实现保护、隔离，将隔离后的信号转换为标准电压或电流信号;
?下位机(采集机)的控制下，将所有代表被监测参数的标准电压或电流信号，分类依次送至PLC相应的数据采集口。
(2) 下位机(采集机)
     依照程序或上位机发出的命令，向采集电路发出相应的控制信号，对电路送至采集口的信号进行，对采集的数据进行相应的综合，并将所采集的数据整理后存入相应的数据缓冲区，完成与上位机数据通讯。根据本站需求，本系统采用OMRON CS1系列PLC作为数据采集机;
(3) 上位机(监测机)
?通讯管理:上、下位机之间各种类型数据通讯的管理;
?数据管理:对采集的各类数据建立数据库，各种参数、图表、曲线的绘制，以及显示、查询和打印各种报警信息。
     本系统中，利用Dephi语言编写上位机程序，实现通讯管理和数据管理。

3.2 系统实现的几个关键问题
     从系统的需求分析可以看出，铁道信号微机监测系统需要采集的数据量大，对性和性很高，而且需要系统在方式下运作，如何合理配置，使资源得到有效利用是设计和难点，下面阐述几个关键问题的解决方法。
(1) 系统采集方式的选择
     铁路系统中，由于监测的信息点多，且各种被监测量要求的采集周期不同，如开关量要求的采集周期为250ms，轨道电压的采集周期为2min，如果采用常规的点对点采集，会大大增加系统成本，所以系统采用分类集中的信号采集方式，将同类信号集中并作相应的保护，经过切换，利用一个A/D口输入。另外，由于本系统是用于广深铁路线上，地处南方多雷击地区，而且电气化的高速铁路本身会产生高达几万伏的冲击电压，因此监测系统保证有很强的抗干扰性。系统采用欧姆龙公司的CS1系列PLC作为采集机，同时，对所有被采集的信号都作了隔离和保护。