泉州西门子中国授权代理商电源供应商

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实现控制的过程一般是：

图1.1 PLC典型开机流程

输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新--再输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新……停止地循环反复地进行着。
图1.1所示的流程图反映的就是上述过程。它也反映了信息的时间关系。
有了上述过程，用PLC实现控制显然是可能的。因为：有了输入刷新，可把输入电路监控得到的输入信息存入PLC的输入映射区；经运行用户程序，输出映射区将得到变换后的信息；再经输出刷新，输出锁存器将反映输出映射区的状态，并通过输出电路产生相应的输出。又由于这个过程是停止地循环反复地进行着，所以，输出总是反映输入的变化的。只是响应的时间上，略有滞后。当然，这个滞后不宜太大，否则，所实现的控制不那么及时，也就失去控制的意义。
为此，PLC的工作速度要。速度快、执行指令时间短，是PLC实现控制的基础。事实上，它的速度是很快的，执行一条指令，多的几微秒、几十微秒，少的才零点几，或零点零几微秒。而且这个速度还在不断提高中。
图1.1所示的过程是简化的过程，实际的PLC工作过程还要复杂些。除了I/O刷新及运行用户程序，还要做些公共处理工作。
公共处理工作有：循环时间监控、外设服务及通讯处理等。
监控循环时间的目的是避免"死循环"，避免程序不能反复不断地重复执行。办法是用""（Watchingdog）。只要循环时，它可报警，或作相应处理.
外设服务是让PLC可接受编程器对它的操作，或通过接口向输出设备如打印机输出数据.
通讯处理是实现PLC与PLC，或PLC与计算机，或PLC与其它工业控制装置或智能部件间信息交换的。这也是增强PLC控制能力的需要。
也就是说，实际的PLC工作过程总是：公共处理--I/O刷新--运行用户程序--再公共处理--……反复不停地重复着。

可编程控制器实现控制的方式

用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描方式。是用计算机进行实时控制的一种方式。此外，计算机用于控制还有中断方式。在中断方式下，需处理的控制先申请中断，被响应后正运行的程序停止运行，转而去处理中断工作（运行有关中断服务程序）。待处理完中断，又返回运行原来程序。哪个控制需要处理，哪个就去申请中断。哪个不需处理，将不被理睬。显然，中断方式与扫描方式是不同的。
在中断方式下，计算机能得到充分利用，紧急的任务也能得到及时处理。但是，如果同时来了几个都要处理的任务该怎么办呢？级高的还好办，低的呢？可能会出现照顾不到之处。所以，中断方式不大适合于工作现场的日常使用。
但是，PLC在用扫描方式为主的情况下，也不排斥中断方式。即，大量控制都用扫描方式，个别急需的处理，允许中断这个扫描运行的程序，转而去处理它。这样，可做到所有的控制都能照顾到，个别应急的也能进行处理。
PLC的实际工作过程比这里讲的还要复杂一些，分析其基本原理，也还有一些理论问题。有关人员如果能把上面介绍的入出变换、物理实现--信息处理、I/O电路--空间、时间关系--扫描方式并辅以中断方式，作为一种思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎样去实现控制的，也就好把握住PLC基本原理的要点了。

一、引言

自来水的过滤是关系到水质是否合格的关键步骤，滤池的反冲洗时间和效果则直接影响自来水的过滤质量，所以按要求定时控制反冲洗操作是控制水质质量的。

反冲洗设备处于手动状态时，清水阀阀位和水位不能配合，在整个反冲过程中控制设备多，操作复杂，液位、时间无法控制，出现冲走滤料等问题，影响反冲洗效果；在反冲洗过程反冲泵、鼓风机始终处于满负荷运转，造成大量电能损失；而且每个滤池都需单操作，操作工人劳动强度很大。这些都对生产造成不利的影响。

   因此对反冲洗装置的进行自动化设计，不仅可减轻操作工人的劳动强度，重要的是能提高系统反冲洗的质量，使设备达到的运行效果。

二、工艺流程

水厂中的水经缓冲、剂的制备与投加、混凝、平流沉淀等步骤后进入滤池，经过沉淀后注入清水池。滤池内滤料经过一段时间后，会沉积一些杂质、污垢，长期累计会影响进入清水池的水质，并影响沉淀速度。这时就需要定期进行反冲洗。

安亭水厂的反冲洗工艺主要采用气水联合反冲技术。在不同的步骤中通过开关鼓风机、反冲泵台数来达到气、水反冲的不同搭配进行冲洗，以达到清洗颗粒介质（石英砂）的目的。

在实际生产中，手动控制反冲洗操作步骤如下：
（1） 、  开降水阀（停止进水） 。 
（2） 、  当液位是否小于冲洗水位时关清水阀。
（3） 、  清水阀关足后开排水阀。
（4） 、  排水阀开足后开气冲阀。
（5） 、  气冲阀开足后开两台鼓风机（参考鼓风机开机流程） 。
（6） 、  两台鼓风机全开后，对气冲计时。
（7） 、  气冲计时完成后，关一台鼓风机（参考鼓风机关机流程） 。 
（8） 、  关鼓风机一台完成后，开一台反冲泵。
（9） 、  开反冲泵一台完成后，开水冲阀。
（10） 、  开水冲阀完成后，做气水联合冲洗计时。
（11） 、  气水联合冲洗计时完成后，关闭气冲阀。
（12） 、  关气冲阀的同时，打开剩余一台鼓风机的旁通阀，关闭剩余的鼓风机。
（13） 、  关鼓风机二台完成后，开二台反冲泵。
（14） 、  开反冲泵二台完成后，做水冲计时。
（15） 、  水冲计时完成后，关水冲阀。 
（16） 、  关水冲阀完成后，关二台反冲泵。
（17） 、  关排水阀并打开放气阀，同时打开进水阀。 
（18） 、  然后就开始静池计时，控制水位不要让滤料被冲走。
（19、 ）  在滤料接近静止时，关放气阀，当液位大于过滤水位就开清水阀，这样冲洗就完成了。

1、气水联合反冲洗工艺流程：  所有设备的启动和停止由操作人员在上位机发送指令或按周期自动判断，由 PLC 自行完成操作

三、系统组成

气水联合反冲洗工艺主要具有以下特点： （1）各滤池控制相对立，单体设备多。 （2）采集状态信号繁杂。 （3）自来水生产具有连续性、性和不间断性的特性。 （4）各滤池的设备分散。

气水联合反冲洗自动控制系统的信号主要有：上位机、操作台和触摸屏的控制输入及阀位开/关反馈信号；PLC系统的控制负载主要包括清水阀开度控制、阀门开/关信号、鼓风机反冲泵等的电机启/停信号。共有开关量输入（DI）130 个输入点，开关量输出（DO）70 个输出点，模拟量输入（AI）18个输入点。模拟量输出（AO）6 个输出点。其余信号可取内存信号。

根据反冲洗生产工艺特点， 在确定控制范围、 输入、 输出点数后， 对系统进行以下配置选型： 采用工业控制计算机为上位机； 用工控软件 IUCH7.1

编制软件；选用 AB 的小型 PLC  SLC5/05 为控制器的主站，并对反冲泵及鼓风机进行控制；GP2500触摸屏作为现场显示控制单元；选用 AB 的微型 PLC Micro logix 1200作为各滤池的基本控制级，对各滤池的生产设备进行分散控制，模块采用输入模块 1762-IF4、模拟量输出模块 1762-IF2OF2；通过 1761 NET-AIC  连通 DH-485 及 ETHERNET  ，组成网络，设置上位机及现场的人机界面，对生产管理和数据进行统计处理。

本系统全部设备的控制都由 PLC 来完成， 程序利用 RSLogix 500 编程软件编制。 可方便的利用 ETHERNET 网络或 DH-485 网络传送至各 PLC 的CPU单元。在各工艺段及单体设备的控制程序亦相对立，部分相同的工艺采用子程序调用模式。对于部分要求较的工艺参数的控制，则利用 PLC 进行闭环控制，在现场使用中能满足生产要求。因此程序结构比较简单，调试和维修方便

系统软件主要包括：工控组态软件 IUCH、RSLINX、RSLOGIX 500 编程软件、触摸屏编程软件。

工控组态软件采用 IUCH7.1组态软件，应用 bbbbbbMaker人机界面组态工具，由 bbbbbbView图形界面运行系统运行组态程序，通过 I/O server实现 SLC5/05 的通信。

RSLOGIX 500 编程软件支持 SLC500、Micro logix 系列处理器。应用梯形图编程控制鼓风机、反冲泵的开关状态，控制各基本控制级 PLC， ，控制各池阀门开关状态及水位，并完成定时反冲洗。

触摸屏软件编制实时显示、控制现场工艺流程图。

五、系统的简介

结合工艺的实际状况及系统的硬件配置，将该系统分为 3 个控制级，即远程控制级（工控机） 、现场控制级和基本控制级。

级为远程控制级，由 1 台工业控制计算机组成，位于中控室，使用 IUCH 作为操作平台。主要功能为显示各设备状态、参数及工艺流程，值班室人员实时监控现场过滤流程和反冲洗流程的工作状态，程序设定定时进行反冲洗，记录反冲洗流量和时间。

二级为现场控制级， 由 AB 公司小型 PLC SLC5/05 PLC  、 AB 公司 PLC    Micro logix 1200 series C、 输入模块 1762-IF4、 输出模块 1762-IF2OF2、和 GP 2500触摸屏组成，将 SLC5/05 PLC 作为主站通过 ETHERNET 网络把各滤池的分站 PLC连接起来，协调系统的统一操作，控制各分站的运行，完成自动定时反冲洗的控制流程。通过 GP 2500触摸屏形成人机界面，完成人机交互，现场显示工艺流程和各阀门的工作状态。

三级为基本控制级，由阀位控制器、中间继电器及按钮等组成。具有手动/自动两种控制方式：在手动状态通过现场操作台按钮实现对阀门、电机的操作；在自动状态通过输出模块完成对阀门、电机的控制。输入模块主要采集各阀门状态反馈信号，传输到触摸屏和工控机进行显示，由 PLC 进行判断控制。

六、相关 PLC 介绍

1、SLC5/05 PLC 是属于罗克韦尔自动化公司 SLC 500TM 系列的小型可编程控制器。 SLC500 系列可编程控制器具有速度快、功能强、编程方便、运行以及配置灵活的特点。大 I/O点数达 4096点，大容量多可达 64K 字（128K字节）的数据/程序内存，指令执行 0.9ms/K 典型用户程序,在线可编程（包括运行时可编程）带有内置 10 BASE-T 以太网通讯接口。

2、Micro logix 1200 series C  是属于罗克韦尔自动化公司 Micro logix 系列的微型可编程控制器。适用于分散控制，大 I/O点数为 88 点,支持在线可编程（包括运行时可编程） ，带有 DH485网络接口。

七、结束语

本项目采用工业计算机和多 PLC 通过 ETHERNET、DH-485 网络相连接组成的集散型控制系统。 （采用集散型控制的优点在于：单个滤池发生局部故时不影响其他滤池的运行。 ）利用了 PLC 抗干扰能力强、组网方便、适用于工业现场的持点，在上位机能实现对整个生产过程中设备的控制和工艺参数的设置、调整与监测，使整个反冲装置成为一个统一的整体，反冲过程连贯，控制准确，可以按要求完成定时反冲洗、按顺序反冲洗、单池反冲洗等多种自动反冲洗过程，从而大大地降低了操作工人的劳动强度，提高了反冲洗质量。能满足自来水厂自动反冲洗控制的要求。整个方案、经济实用，易于编程、操作及维修，在安亭水厂得到良好的应用。

数控加工的准备过程较复杂，内容多，含对零件的结构认识、工艺分析、工艺方案的制订、加工程序编制、选用工装及使用方法等。机床的调整主要包括命名、调入库、工件安装、对、测量位、机床各部位状态等多项工作内容。程序调试主要是对程序本身的逻辑问题及其设计合理性进行检查和调整。试切加工则是对零件加工设计方案进行动态下的考察，而整个过程均需在步实现后的结果评价后再作后一步工作。试切成功后方可对零件进行正式加工，并对加工后的零件进行结果检测。步工作均为待机时间，为提高工作效率，希望待机时间越短越好，越有利于机床合理使用。该项指标直接影响对机床利用率的评价(即机床实动率)。
3 机床数控系统需要解决的几个问题
机床是由机械和电气两部分组成，在设计总体方案时应从机电两方面来考虑机床各种功能的实施方案，数控机床的机械要求和数控系统的功能都很复杂，所以应机电沟通，扬长避短。机床控制系统选件、装配、程序编制及操作都应该比较合理，精度和稳定性都满足使用要求。同时为便于调试和检修，各项操作均设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及润滑开关等。PLC按照逻辑条件进行顺序动作或按照时序动作，另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行联锁保护动作的控制，PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制的主要产品,在机床的电气控制中应用也比较普遍。
在实际控制中如何既能提高定位速度，同时又能保定位精度是一项需要认真考虑并切实加以解决的问题。精度是机床保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。的控制系统有的检测元件作为保证。当现场条件发生变化时，系统的某些控制参数能作相应的修改，为满足生产的连续性，要求对控制系统可变参数的修改应在线进行。尽管使用编程器可以方便快速地改变原设定参数，但编程器一般不能交现场操作人员使用;所以，应考虑开发其他简便有效的方法实现PLC的可变控制参数的在线修改。另外为了防止电压过高损坏PLC，电源输入端加上压敏电阻。为了防止过热, PLC不许安装在变压器等发热元件的正上方，变频器与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。在元件间留有适当的空隙，以便散热，并且在配电箱上安装风扇降温。此外，为保证控制系统的与稳定运行，还应解决控制系统的保护问题，如系统的行程保护、故障元件的自动检测等。
4 永宏FBs系列PLC的NC机床定位伺服控制系统分析
数控机床是一种、率的自动化设备，提高数控机床的性就显得尤为重要。度是评价性的主要定量指标之一，其定义为:产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。数控机床的功能部件对机床的功能扩展和性能的提升起着为重要的作用，因此，它不同于一般配套件和附件的选用，不仅须与数控机床的整体结构谐和协调，融入整机系统具有的匹配性能，而且还能很好地彰显出该数控机床的个性化特征。用于高速化的数控系统不能仅是提高数据处理能力，而是应具备热误差补偿单元以及能实现速度前瞻控制、位置环前馈控制和加减速平稳控制等控制技术的功能。所以选择稳定的控制单元才能保证数控机床正常运行。
鉴于以上各项要求，笔者采用闽台永宏电机股份有限公司的FBs-44MN PLC作为该机床控制主单元，该型机具有较高的性价比，体积小，使用起来非常方便，接线简捷。其编程软件WinProladder有梯形图之称，易学易用且功能强大，编辑、监视、除错等操作非常顺手，按键、鼠标并用及在线即时指令功能查询与操作指引，使编辑、输入效率倍增。同时配以人机界面进行程序参数修改、设定以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。该控制系统具有性高，价格，结构紧凑等特点，非常适合机床的控制要求。

可编程逻辑控制器是该机床各项功能的逻辑控制，集成于数控系统中，主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。由图3可以看出，系统控制采用永宏PLC FBs-44MN控制，并配以人机界面进行程序参数修改、设定，以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。三轴均为全数字交流伺服系统，各轴伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠，以移动配有直线导轨的工作台和主轴铣头，其定位准确，速度快。主轴铣头由变频器控制，根据及工件和进给量，来设置主轴合理的转速，并在程序中设定它的启动停止。各轴均设二端限传感器和原点传感器，冷却和润滑也都有异常检测，在报和人机界面处显示报警信息由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统高的精度，快的速度，驱动功率大的特性指标。早期使用一般电机作为定位控制，由于速度不快、或者精度要求不高，所以足够应对所需场合;当机械运转为了效率而将速度加快时，当产品质量、精度要求越来越高时，电机停止位置的控制就不是一般电机所能达到的了。解决这一问题的方法是采用NC定位控制配合步进或伺服电机作定位控制。但在过去，由于它的价格很高，而限制了它使用的普遍性，近年来由于技术的发展及成本的降低，其价位已被用户所接受，使用数量也越来越多。为配合这一趋势，永宏PLC FBs系列将目前市面上的NC定位控制器功能整合在PLC内部SoC芯片内，除了免掉PLC与NC 定位控制器之间复杂的数据交换与连结程序外，大幅降低整体成本，为用户提供一种、简单方便的PLC整合NC定位控制的方案。永宏PLC FBs-44MN内部的SoC芯片含有多轴高速脉冲输出以及高速硬件计数器，并且提供简易使用和设计的定位程序编辑，对于这方面的应用，是如虎添翼、如鱼得水、得心应手了。PLC结合伺服驱动器所构成的NC闭环回路控制系统中，PLC负责发送高速脉冲命令给伺服驱动器，除了装在伺服电机的位移检测信号直接反馈到伺服驱动器外，外加位移检测器装在传动机构之后，真正反映实际位移量，并将此信号反馈到PLC 内部的高速硬件计数器，这样就可作的控制，并且可避免上述半闭环回路的缺点。永宏PLC FBs系列的定位功能将市面上NC定位控制器整合在PLC内，使PLC与NC控制器能共享相同的数据区，而不需要作两个系统之间的数据交换与同步控制等复杂的工作，但仍可用一般常用的NC 定位控制指令(例如DRV、SPD…等)。PLC控制4轴的定位工作，并可作多轴同动控制，除了提供点对点的速度控制，还提供了各轴间直线插补功能。当系统应用过4轴时还可利用永宏PLC的CPU bbbb功能达到多的定位运动控制。数控机床对位置系统要求的伺服性能包括:定位速度和轮廓切削进给速度;定位精度和轮廓切削精度;精加工的表面粗糙度;在外界干扰下的稳定性。这些要求主要取决于伺服系统的静态、动态特性。对闭环系统来说，总希望系统有较高的动态精度，即当系统有一个较小的位置误差时，机床移动部件会反应。在数控机床的加工中，伺服系统为了同时满足高速快移和单步点动，要求进给驱动具有足够宽的调速范围。
单步点动作为一种辅助工作方式常常在工作台的调整中使用。伺服系统速度的选择要考虑到机床的机械允许界限和实际加工要求，高速度固然能提高生产率，但对驱动要求也就高。此外，从系统控制角度看也有一个检测与反馈的问题，尤其是在计算机控制系统中，考虑软件处理的时间是否足够。全闭环伺服系统是将位置检测元件置于被测坐标轴的终端移动部件上，以检测机械传动链中螺距误差、间隙及各种干扰所造成的传动误差，并进行反馈补偿控制，从而提高机床的位置控制精度。在全闭环伺服控制系统中，对位置检测元件和反馈元件的选择很关键。感应同步器具有精度高、重复性好、抗干扰能力强，耐油耐污及维护简单等优点，特别适合于全闭环数控机床的工作场合。数控机床要求具备稳定性、快速性和准确性，而大型数控机床的机械传动装置转动惯量较大，固有频率低，要使其大大系统截止频率很困难，全闭环包括了该进给系统轴几乎所有不稳定的非线性因素，调整不当很容易使机床产生抖动现象。
因此数控机床全闭环伺服系统在保证性的基础上主要是解决机床进给运动的稳定性而获得比半闭环伺服系统高的位置精度。伺服电机的编码器将位移检测信号反馈到伺服驱动器，驱动器将输入信号的脉冲频率和脉冲数与回馈信号的频率和脉冲数，经内部的偏差计数器与频率转电压电路处理后，得到脉冲偏差值与转速误差值，这样使控制伺服电机实现高速、精密的速度与位置闭环回路处理系统。伺服电机的转速与输入信号的脉冲频率成正比，而电机的移动量则由脉冲数决定。图4是PLC控制下的伺服电机工作示意图。
5 相关程序设计与操作
PLC通过编程器输入程序，达到控制目的。由于PLC工作过程是循环，所以程序执行速度很快。另外软件故障检测设计在采用硬件设计的基础上采用软件检测外部行程开关状态，当行程开关失灵后，通过程序控制停止机床的运行，有效地减少了机床因元件失灵造成的事故。
图5是使用编程软件WinProladder编辑定位程序参数设定指令图，图6是具体操作加工程序图。

6 结束语
我国是一个机床生产和应用大国，但数控技术的应用水平还不高，严重制约着我国制造业水平的提高。上的相关开发计划对我国的数控技术的发展提出了严峻的挑战，同时也带来了机遇。只有选择合适的PLC才能使定位达到预期的效果。永宏FBs系列PLC的NC定位功能在机床数控系统设计中占有重要的地位，该机床经过长期运行表明，整个系统设计合理，控制精度高，运行，提高了生产的自动化水平，减小了操作人员的劳动强度。
由于采用了PLC控制，使电气部分的抗干扰能力增加，提高了机床的运行性，因而增加了设备的柔性，提高了设备的使用效率。

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