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艾默生CT PLC与变频器在卧式钢球研球机的应用

程控变频钢球研球机是国家重点新产品，其中电气部分的设计利用RS485通讯口，充分应用了PLC和变频器的通讯功能，使整个设计优化。
关键词：变频器；可编程控制器；RS485通讯口；钢球研球机
1 引言
程控变频钢球加工机床是我公司主导产品，产销量居国内首位，并批量出口美、德、日、韩、意大利等国。产品设计吸收了国内外多项先进技术，本文就电气传动控制部分进行阐述。
九十年代以来，变频传动技术日臻完善，其调速稳定，节能降耗，方便可靠等优点突出，已完全取代原来的滑差调速和直流调速。而可编程序控制器易于编程，易实现传统的继电器控制不能实现的许多功能。PLC与变频器的系统集成自动化已成为产品设计时的解决方案。RS485通讯只需用两根线，安全可靠且传输距离远被广泛应用在变频器和PLC上，这就使变频器与可编程序控制器通讯极为便利，低廉的成本也tigao了产品的竞争力。

2 工艺过程简述

研磨机的主要动作为转动研磨盘由主减速电机经一对三角皮带轮，通过卸荷带轮内的花键幅带动主轴旋转获得，输球料盘由减速电机经过一对链轮传递蜗杆减速箱，减速后由料盘内的直齿轮啮合带动料盘旋转。两者均需要选用不同的转速来加工不同系列的钢球，为此均选用变频调速。为了安全期间，在系统中也加上了机床运转保护功能。如主轴运行监控接近开关，装在机床的主轴大皮带轮上，随时监视研磨盘的运动状态，防止皮带打滑造成研磨盘卡死，当转速低于正常值时，就停车报警；料盘除设有转速检测外，还加有堆球时快速停机，在设定时间内若恢复正常则重新自动运行的保护。

3 系统硬件设计

3.1 单自动化平台

艾默生CT的EC10系列小型PLC因其运行速度快、通讯组网能力强、编程灵活、仿真模拟运行方便、程序保密性强、抗干扰能力强、性能稳定可靠，钢球研球机成为钢球研球机PLC的自动化平台。根据工程经验，爱默生EV1000系列变频器故障率能极低，能实现高转矩、宽调速范围驱动，有优越的防跳闸性能，对恶劣电网、高温、潮湿和粉尘有较大的适应能力，能较好满足钢球专用加工设备的多样化的使用环境，可以实现单品牌同平台技术集成，也成为项目设计的。由此项目通过选用爱默生的EC10-1614BRA小型PLC及EV1000-4T0055G和EV1000－2S0007G变频器，达到了单一自动化平台技术集成，例如EC10系列PLC对艾默生CT系列的变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可控制变频器的运行控制。

3.2 电气原理设计

系统主电机电气原理（料盘电机控制与主电机同）如图1所示。为了用户调速及监控运行速度，电动机转速由电位器调节，其数值由线性数显表显示，不通过通讯控制。主令按钮线直接接于PLC的开关量输入点上。PLC——变频器对电机的启动、停止、点动功能采用通讯控制方式，使用双绞线通过RS485口来实现PLC对变频器的启停控制，这样极少占用PLC的输出点，也无需用接触器控制，降低了机床的成本。EV1000的RS485口直接端子连接，极为方便。但需要注意的是RS485口“+”，“—”极性不能接反，否则将无动作。因变频器本身具备过电流，过电压，欠电压，接地，过热和过载等多项保护功能，一旦异常故障发生，常开点RA，RC闭合，变频器立即停止输出，将断开所有的动作并停车报警，我们将其接入PLC的输入点来控制。变频器故障时可查看变频器屏幕上显示内容，对照变频器使用说明书异常原因及处置方法，采用相对应的措施进行处理即可。变频器多项对输出的保护功能使我们无须对电动机另加保护环节，直接接于变频器的输出端子上即可。针对变频器的输入端保护相对较为薄弱，在输入端加上无熔丝断路器QF实现反时限热保护。

4 系统软件设计

EV1000变频器具有丰富的控制功能。因为研球机的两控制电机均为减速电机，选择做静止自整定，然后对高操作频率，低操作频率， JOG点动频率，加/减速时间，频率指令来源，运转信号来源，停车方式、过载报警检出及时间等参数进行设定。针对个别机床的共振现象对载波频率，跳跃频率，电机稳定因子等参数进行设定。为实现轻压启动机床及节电等性能，对转矩tisheng、自动节能、AVR功能等参数设定来优化系统性能；对通讯位址，通讯送传速度，通讯资料格式等参数进行设定，以使PLC对变频器实施控制。EC10系列PLC对艾默生CT系列的变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可控制变频器的运行。
通讯协议采用MODBUS模式，EVFWD为正转，1为COM1通道(EC10只支持通道1)，1为通讯地址，其值必须预先设定，与变频器通讯地址一致，“唯一”且不可覆盖。EVREV为反转指令，EVDFWD为正向点动指令，EVSTOP为停止指令。

5 结束语

该系统应用变频器调速实现无级调速，满足用户工艺多样化的需求。使用RS485通讯口，不占用PLC的输出点，接线少，tigao了产品的可靠性。所选艾默生CT变频器具有较强的自诊断功能，便于维护。该系统自投入使用以来，运行稳定，工作可靠，尚未出现故障，具有很高的性价比

信捷PLC在磨床上的应用

XC系列可编程控制器及XC-GRM量仪模块在磨床行业上的优势

1、 控制精度高达±1um

量仪模块对测量数据进行特别的运算处理之后（抗抖动、温度补偿等等），将数据传送给PLC进行控制，保证了系统的控制精度。

2、测量范围宽达1000um,可以进行宽泛围操作

在不需重新调试的情况下，既可以磨削余量1～5um的返修工件，也可以磨削800～900um的大余量工件。即使工件尺寸差异很大，仍然能够实现快速趋进功能。
3、 操作界面简单友好，降低了设备调试的难度

直接通过触摸屏进行磨床工艺参数设置，不需要复杂的调试过程。即使使用量仪方式进行加工生产，操作工也只需按照屏幕提示的顺序操作一遍便可完成设备的调试。

4、脉冲输出频率高达400KHz

控制器的高频输出支持从1Hz到400KHz的超宽范围，因此，无论是步进电机还是伺服电机，都可方便的进行控制。

5、 省去测量仪表，实现数字化、智能化控制

将测爪信号直接接入XC-GRM磨床专用量仪模块，PLC直接读取测爪测量数据，节省了用户的成本，简化了调试过程，并tigao了工件的磨削精度。使系统的集成度大大tigao。

6、实现工件直径测量数字化，实现jingque计算快趋量功能

通过量仪模块直接读取工件直径数据。在毛坯上料后，直接测量出毛坯需要的磨量，进而推算出该工件快趋所需要的快趋进给量，以达到快趋结束便开始磨工件的目的，从而大大tigao了生产效率。

7、实现量仪控制模式下的工件自动对刀

操作工通过屏幕上的对刀按键，PLC控制步进（伺服）电机以低速进给，在对刀过程中自动记录量仪读数的变化，从而自动计算出优化的工艺参数。

8、支持连续多段步进控制

通过PLSR脉冲输出指令，磨床控制需要的四个进给段“快趋、黑皮、粗磨、精磨”可以一次连续完成，中间无须停顿。

9、多段步进跳跃功能

通过PLSNEXT指令，可以在多段步进发送过程中，通过外部条件（而不等该段脉冲发完）直接转到下一段步进。该功能可用于量仪控制。

10、 FlashRom存储器

重要的工艺参数可保存于FD0～FD2047闪存数据区。即使在PLC电池耗尽的情况下，系统仍可保留参数数据。

二．基本配置

1、PLC本体：用于磨床的逻辑控制，其输入部分用来接收按钮、行程开关、保护信号等输入信号，其输出部分用来控制步进（伺服）电机、电磁阀、电磁卡盘、测爪收张等。

2、量仪扩展：测爪信号线接入量仪扩展，扩展将该信号输入转化为范围为0～6500数据，并通过扩展接口将数据传输给PLC本体；该模块的电压输出同时控制测爪的“张开/收缩”动作。

3、输入点扩展：某些型号的磨床（如203等）可能会出现输入点数不够的情况，可以通过该扩展增加16个输入点。

4、人机界面（触摸屏）：设备操作人员和设备的接口。通过其画面，操作人员可以了解当前机床的运行状态，进给量，补偿量，套圈当前的直径等等。设备的工艺参数，如快趋量、粗磨量、进给速度、粗磨留量、精磨留量、毛坯范围等等，也是通过人机界面输入PLC本体。另外，设备的故障诊断也是通过触摸屏界面显示出来。在量仪控制时，测爪的零位调整、粗磨到、精磨到等信号调整，也是通过人机界面进行。

三、配线举例（以208C内圆磨床为例）

1引言
地铁的供电系统为地铁运营提供电能。无论地铁列车还是地铁中的辅助设施都依赖电能。地铁供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。
地铁全面采用变电站自动化设计，由于变电站数量多、设备多，在加上其完善的综合功能，信息交换量大，而且要求信息传输速度快和准确无误。在变电站综合自动化系统中，监控系统至关重要，是确保整个系统可靠运行的关键。
变电站自动化系统，经过几代的发展，已经进入了分散式控制系统时代。遥测、遥信、遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件独立完成，并将这些信息通过通讯系统送至后台计算机系统。变电站自动化的综合功能均由后台计算机系统承担。
将变电站中的微机保护、微机监控等装置通过计算机网络和现代通信技术集成为一体化的自动化系统。它取消了传统的控制屏台、表计等常规设备，因而节省了控制电缆，缩小了控制室面积。
2地铁变电站自动化系统组成
在本地铁变电站自动化系统设计中，采用分层分布式功能分割方案。系统纵向分三层，即变电站管理层、网络通讯层和间隔设备层。分层式设计有利于系统功能的划分，结构清晰明了。系统采用集中管理、分散布置的模式，各下位监控单元安装于各开关柜内，上位监控单元通过所内通信网络对其进行监视控制。变电站自动化系统需要对35kV交流微机保护测控装置、直流1500kV牵引系统微机保护测控装置、380/220V监测装置、变压器及整流器的温控装置、直流/交流电源屏等设备进行监控和数据采集。
由于可编程序控制器技术经过几十年的发展，已经相当成熟。其品种齐全，功能繁多，己被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现地铁变电站自动化的RTU功能，能够很好地满足“三遥”的要求。本系统采用了Modicon Quantum系列PLC，来实现变电站自动化的RTU功能。Quantum具有模块化，可扩展的体系结构，用于工业和制造过程实时控制。对应于变电站的电压等级和点数的多少，可以选用大、中、小型不同容盈的PLC产品。
随着当地保护装置功能的日益强大，可以通过与保护装置的通讯来实现遥控和遥信功能。一些特殊要求的情况下，采用DI, DO, AI模块来实现遥控和遥信。使用PLC的DI模块来实现遥信、用PLC的DO模块来实现遥控、用PLC的AI模块来实现遥测、用PLC的通信功来完成与微机保护单元的通讯。利用PLC的各种模块可以很方便的实现“三遥”基本功能。
3地铁变电站自动化系统设计
3.1系统结构
变电站管理单元内的主监控部分采用可编程控制器PLC。CPU模块采用80586处理器，主频66MHz，内存2M，并配有存放数据、可调参数和软件的RAM和FLASH MEMORY。能对CPU及I/O进行自诊断。
电源模块，采用冗余配置。电源采用冗余配置，系统输人两路直流电源，保证系统在1路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，tigao系统的可靠性。通讯模块采用Modbus+通讯模块。系统结构如图1所示:

间隔层的微机保护装置经过RS一485总线分成几个组，连接到网桥的Modbus通讯口上，通过网桥收集数据并将这些数据通过MB+网络送到主监控单元PLC。
系统的主监控单元可通过可编程网桥编制不同的规约，满足与不同智能设备之间的接口需要。MODBUS网桥NW-BM85C002 MB+网桥/多路转换器，每台网桥具有4个通讯口与间隔层的智能设备通讯，网桥将MODBUS协议的数据进行协议转化，通过 MB十网络与PLC建立网络通讯，同时在中央信号屏中还配有可编程网桥NW一BM85C485，通过MB+网络与PLC连接，每个可编程网桥具有四个通讯协议可编程的RS一485口，在本方案中对其中的两个口进行编程，使之通过IEC一60870-7-101与中央控制中心通讯。
系统网络通讯层向上通过可编程网桥的RS一422接口采用IEC60870-5-101规约实现与控制中心通讯;向下网络通讯层通过网桥RS-422接口MODBUS标准规约实现与主变电站内的各开关柜或保护屏内的微机综合保护测控单元等智能装置通讯，满足变电所综合自动化系统控制、测量、保护的技术要求。通过网桥与智能设备及控制中心通讯，由网桥实现协议转换，降低PLC的CPU模块负荷率，tigao系统的可靠性。
配置液晶显示器，用于变电所内监控、软件维护，设备调试，站控层操作等人机接口。带有液晶显示器实现站内数据的显示和控制。液晶显示以汉字实时显示所内所有事故、预告信号、所内各微机综合保护测控单元的运行状态。事件变位的内容、时间等。当多个事故信号同时发生时，液晶显示报警装置按新旧次序，在所内时间分辨率的范围内依次显示各种信息，并能存储。操作员通过按钮对显示进行选择，必要时操作员可通过该组操作按钮对开关进行所内集中控制。
“就地一远方”控制切换装置。为便于系统运行的需要，在中央信号屏内装有“就地一远方”切换开关，实现就地控制和远方控制之间的方式切换和闭锁。在变电站控制上，方便分层控制和管理。
系统的电源采用冗余配置，系统输人两路直流电源，保证系统在一路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，tigao系统的可靠性。
3.2开放式、宜扩展性设计
可以与满足相应标准规约(profibus, spabus, modbus等)的其它公司相关的(IED)互联进行信息交换。充分考虑到变电站扩建、改造等因素，间隔层设备基于模块式标准化设计，可根据要求随意配置，变电站层设备设置灵活。
网络通讯层设计考虑到工业以太网、CAN、422、modbus+等现场总线的接口设计，能充分满足大liuliang实时数据传送的实时性和可靠性。
3.3软件设计
PLC软件方面，由于PLC以循环扫描和中断两种方式来执行程序。为了完成所有RTU功能，PLC采用循环扫描方式，与各个间隔层保护单元进行通讯。通过Modbus总线，读取各个保护单元的遥测、遥信信息，同时通过总线通讯对各个智能保护装置进行设点操作，实现对开关的遥控功能。本系统采用了Quantum系列PLC配套的con-cept编程软件中的FBD方式，进行了PLC的组态，实现了变电站自动化的三遥功能。
如图2所示的遥控功能的组态。通过使用合适的功能块的组合，可以实现你所要的功能。其中的功能块有concept软件的FFB libarary提供的标准功能块，也可以自己定义，自己独特的功能块。

遥信的实现，有两种方式。一种是通讯方式，当变电站设备发生变位时，通过PLC与智能保护装置的通讯，读取变位的信息到PLC中，并将其上送给控制中心。另一种为D工模块方式，通过连接设备的位置继电器，PLC的DI模块能够感知设备的变位信息。
遥测的实现也包含两种方式。一种是通讯方式，PLC通过与智能保护装置的通讯，实时获取保护装置采集的遥测量信息，相当于由保护装置完成现场级的采集功能。另一种为AI模块方式，由PLC自己来完成现场的遥测量采集，并将采集到的数据存放在R A M中。网桥将RAM中的遥测量信息，作为二级数据，实时的与控制中心进行通讯。
网桥中的报文接收分析程序分析控制中心传来的报文，如果分析认为其是遥控报文，对其进行报文解析，将获取的遥控对象信息写入PLC，由PLC程序与智能保护装置通讯，来完成遥控功能。
3.4系统功能及特点
变电站自动化实施对变电站各种设备进行实时控制和数据采集，实现对各种设备的微机控制、监视、逻辑闭锁、微机测量以及实现所间开关联跳功能。
变电站自动化系统的特点:
(1)完善的自检功能，除通过通信对各单元进行监控外，各单元中保护和监控模块都具有极强的自检功能，同时二者相互监视，一旦发生异常，及时报警，tigao系统运行可靠性。
(2)开关、刀闸状态信息采用常开及常闭双位置接点，通过软件判断其合法性。
(3)监控系统采用PLC代替传统的RTU，各智能模块采集的数据通过现场总线上传到通讯控制器。
(4)取消了常规光字牌，采用计算机模拟光字牌，并按不同电压等级的分层模式来显示。
(5)简化防误闭锁设计，重要设备之间用硬接线实现闭锁功能，综合自动化软件具备软件逻辑判别功能，但考虑到已有运行和检修经验，一般不在后台软件中进行闭锁。
(6)对暂态变位信号，经软件处理，采用自保持方式，未经人工确认信号不会消失。
4结束语
在实际运行中，网桥与控制中心的双通道设计，给运营和检修带来了很大的便利。因为是软件自动切换，克服了进口系统手动切换通道的缺点，通道的状态由软件来判断，大大tigao了发现问题的及时性。双通道同时出现故障的概率并不是很高，实际运营中有在备用通道长时间运行的情况，这样就给检修人员预留了充足的时间来检查问题。
PLC硬件由于应用工业级可靠性设计，因此实际运行中非常可靠，绝少出现死机的情况，可靠性远高于采用bbbbbbs操作系统的通用计算机，很好的满足了供电监控的要求。从交付使用到现在PLC还没有出现过硬件故障，凸显了PLC对地铁的潮湿、高温环境的适应性。模块化的设计也使的系统的检修和更换更为便捷。
需要更改进的方面，就是对通信的改进。由于设计中没有采用光纤通讯模块，各设备对由绝缘检修和线缆破损窜进来的高压电，不能非常有效的隔离，会造成设备的高压击穿，造成不必要的损失，计划在今后的设计中对于高电压的隔离方面加以改进，就可以很好的避免这种问题。

科威PLC和触摸屏在吹膜机上的应用设计

 一
 吹膜机简介、主要工艺及技术要求
1. 吹膜机的简介
吹膜机是将塑料粒子加热融化再吹成薄膜。塑料薄膜、管材、电缆等生产过程中由于塑料颗粒等原材料实际堆积密度时刻变化、不均匀流动，以及昼夜温差、电网电压波动、过滤网堵塞等原因，造成成品厚度不均，为解决此类问题，我公司研发了全自动米克重控制器，本产品可以实现自动控制吹膜机的克重，通过电子秤采集进料的liuliang，并根据liuliang的变化控制给料的速度来实现控制出膜的克重。
吹膜机主要用于吹制低密度聚乙烯(LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）及线性低密度(LLDPE）等塑料薄膜，广泛用于水果、食品、服装、纺织品、菌种种植、日用品等民用和工业品的内外包装。
2. 主要工艺流程
吹膜机主要工艺流程：
将干燥的聚乙烯粒子加入下料斗中，靠粒子本身的重量从料斗进入螺杆，当粒料与螺纹斜棱接触后，旋转的斜棱面对塑料产生与斜棱面相垂直的推力，将塑料粒子向前推移，推移过程中，由于塑料与螺杆、塑料与机筒之间的摩擦以及粒子间的碰撞磨擦，同时还由于料筒外部加热而逐步溶化。熔融的塑料经机头过滤去杂质从模头模口出来，经风环冷却、吹胀经人字板，牵引辊，卷取将成品薄膜卷成筒。
3. 技术要求
（1）.电源：AC220V±10%；
（2）.工作温度：-5℃－－50℃；
（3）.环境湿度：≤90%相对湿度（无凝结水）；
（4）.称重传感器激励电压： 10VDC±5％，大提供电流100mA。；
（5）.模拟量输出类型：0～10V,0～20MA；
（6）.编码器激励电压DC24V，大提供电流100mA；

 二  
实施方案
1. 系统方案配置
吹膜机控制器方案的配置：CMJ-12M12T-2HAD、EX1-2AD\2DA、7寸
2. 应用的主要功能
（1）.采用高速高精度称重信号处理功能；
（2）.采用标准信号控制牵引电机或给料电机的变频器。
    （3）.全自动控制米重重量，减少人工干预，降低工人劳动强度。
    （4）.具有缺料、换卷等报警功能，可以实时提醒工人及时处理各种突发情况，减少废品率tigao生产效率。
    （5）.实时显示当前卷长，方便掌握卸卷时机。
    （6）.实时显示当前产量及总产量，方便管理。
    （7）.具有过滤网堵塞报警，可提示工人及时更换滤网。
    （8）.所有接口采用数字隔离技术，抗干扰能力强。
    （9）.具有RS485和以太网接口，方便联网管理。
    （10）.实时显示膜重膜厚。
（11）.主要功能界面如下
    ①运行界面：监控设备运行的实时数据。

    ②参数设置：对系统运行参数的设置。   
3. 实现工艺流程
半自动充棉机实现工艺流程：
1、输入设定袋重、袋长，袋宽，袋厚。
2、点击显示屏上的“自动/手动”按钮，将系统运行状态切换为“手动运行”状态。
3、调整牵引电机变频器到适合拔膜的频率，在参数设置画面“给料变频器”方框中输入生产工艺需要的给料频率经验值，启动给料电机和牵引电机，开始拔膜。
4、拔膜完毕后，等待监控画面的“实际袋重”“实际袋厚”显示值稳定后，点击显示屏上的“自动/手动”按钮，将系统运行状态切换为“自动运行”状态。
5、待膜稳定十分钟左右，取样袋称量所生产薄膜的重量以及测量薄膜的的厚度或称量其米重。
6、若取样参数或实测米重符合生产规格则可跳过此步，否则点选参数设置中的重量修正值，当实际袋重大于设定袋重时可适当增加修正值，反之则减小修正值，一般经过一到两次的修正，实际生产袋重符合生产需求（一般只有次启动控制器的时候才需要调整重量修正值)。
7、进入正常的自动生产，观察监控画面实时监控的参数数据是否异常，注意在自动生产的过程中发出的缺料报警，换网报警，卷长换卷，卷长停机报警以保证自动控制膜重膜厚的质量。

 三 
 项目总结
1. 方案的优点
目前吹膜机的方案有：
（1）手动调速方案
①手动调速是设定变频器固定速度进行控制，无反馈调节，在外部有干扰的情况会影响莫的厚度；吹膜机控制器方案带有反馈调节，实时调节变频器的速度来控制膜的厚度，在外部有干扰的情况下，能跟踪调节膜的厚度控制。
②在需要更改膜的规格时，手动调速方案需要手动更改变频器的速度，吹膜机控制器方案只需要修改膜的参数规格，系统自动调节控制膜的厚度；
（2）单片机米克重方案
①吹膜机控制器方案比单片机方案，在修改使用功能方面更为方便，需要增设附加功能，吹膜机控制器方案更为灵活性。
2. 注意事项
（1）.不要安装在阳光直晒处，且避免温度突然变化及强的机械振动；
（2）.称重信号线请用双绞屏蔽线，且与其它可能产生电气干扰的电线隔开；
（3）.手动调节牵引速度的频率不要太快，系统内部有一个调节控制薄膜厚度有一个运算周期；
（4）.定期检查各运转电机温升和机械传动情况；
（5）.称量斗不要与机器侧面相碰；
（6）.称量斗要调整水平。