沧州西门子S7-300代理商

引言 

     在新开发的产品中有一个型号为Q7的长条铝基台，要在上面加工两个φ3.7×1.65的平底盲孔，由于要求精度高，批量大，故无法用传统的钻模在钻床上加工，也很难在传统铣床上面加工，即使能加工效率也很低，并且设备损耗和电力损耗也很大。此工件的加工有着非常广泛的代表性，生产的很多产品有着类似的要求，为此，我们设计制做了一台用于此类产品加工的设备——通用型数控钻铣床。 

 一、系统概述 

     系统构成如图1所示，控制部分采用PLC，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，根据刀具及工件和进给量，来设置主轴合理的转速，并在程序中设定它的启动停止。各轴均设二端极限传感器和原点传感器，冷却和润滑也都有异常检测，在报警灯和人机界面处显示报警信息。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。此机床整体虽为半闭环控制，只要选件、装配、程序编制及操作合理，精度和稳定性还是能满足使用要求的。

  
 图1

 二、硬件配置 

     PLC选用永宏的FBS-40MCT，该型机具有较高的性价比，体积小，功能强，24点输入，其中有16点高速计数器，频率可达120K，16点输出，其中有4轴步进或伺服输出整合在里面，输出频率可达120K，使应用起来非常方便，接线简捷。编程软件WinProladder有梯形图大师之称，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。 

     接点分配：取各轴伺服电机的Z相信号作原点开关，要分接在几个高速输入点上，用中断进行机床原点复归，其余限位开关、操作开关、液位检知等常规接点可按顺序依次接入。X、Y、Z三轴伺服电机连在前3轴伺服输出点，主轴高低速、冷却、报警等接在其余输出点上。 

     X、Y、Z3轴伺服系统均选用相同的，和利时的ES系列全数字交流伺服驱动器0040E-CBCEE-02，和60系列小惯量的伺服电机60CB040C-2DE6E。该伺服系统功能比较完善，如能耗制动、电子齿轮、自动加减速等，具备多种脉冲串输入，保护功能也比较完备，有欠压、过压、过流、过载、堵转、失速、位置超差、编码器异常等。在此设备中按集电极开路驱动方式连接至PLC，高脉冲输入频率为200K,伺服ON、Z相信号等也做相应连接。 

     变频器选用富凌的DZB70B0015L2A，规格为单相1500W，400Hz，有多步速供编辑使用。由于正常使用时不频繁变速，故速度调节设定不引出，只在变频器操作面板上调节，设定两个速度，高速用于加工，低速用于对刀。调节相关参数与主轴匹配，如基频、基压、运行频率上限、载频等，并改动相应跳线。 

     主轴没有采用传统方式，而是根据加工需要，采用了雕刻机用的电主轴，安阳莱必泰的ADX80-24Z/1型，其体积小、噪音低，直径只有80mm,这样使整个主轴箱便于整体密封，可有效地防止加工中的碎屑飞溅到Z轴的丝杠和导轨上造成损害，也使主轴箱外表显得美观。它的高转速为24000转/分，使正常工作转速6000-14000转有一个合适的余量范围。 

     人机界面选用人机电子的通用可编程文本显示器MD204L，它可以以文字或指示灯等形式监视、修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态。 

 三、软件设计 

     机床工作的流程图如图2所示，开机后先检测手动开关是否有效，若手动开关有效，即利用各手动控制开关执行手动操作的项目。若手动开关无效，则启动原点复归程序，各轴进行机床原点复归，先回Z轴再回其它两轴，当所有轴都原点复归成功后才能进行到下一步。若刀具和工装夹具、工件程序均没有变动，可复位到加工预备状态而不进行对刀，若需对刀，则打开对刀开关启动对刀程序，3轴分别对刀，即找工件原点，利用手动各轴移动开关快慢移动各轴，使工件的三个面分别碰触低速旋转的刀具，刚好碰上为止。对好后，按对刀OK确认，再输入刀补，经过程序处理，即形成工件原点也就是编程0点，编程时根据此0点按照图纸计算刀具路径，可使操作者思路清晰，编辑运算简单。操作者编辑的是用户程序，可以编辑刀具轨迹，就是各轴移动坐标，还有移动速度、循环加工时的循环次数等。编好程序后或使用当前程序时，即复位到预备状态：各轴移动到初始位—一个合适的位置，装卸工件方便、不易碰触刀具时，装上工件，按启动即可开始加工，主轴运转，冷却液开，各轴按程序设定坐标移动。当加工结束时，机床复位，即各轴又移动到初始位，主轴停，冷却关，这时可卸下工件，完成加工过程。
  

 图2

     工件的加工流程图如图3所示，以Q7产品为例，胎具上一次装夹15只工件，那么就有30个φ3.7的平底盲孔需要加工，刀具选用φ3.7的2刃钨钢立铣刀，钻削加工，钻削深度1.65mm。在预备状态时紧靠工作台上的定位固定好胎具，按启动后，主轴旋转，待主轴即将达到额定转速时，X、Y轴同时运转到加工工位，也就是个孔的X、Y工件坐标值，此时冷却液打开、Z轴快速下降到加工区，即铣刀端面即将触及工件加工面，迅速变用缓慢的工进速度开始钻削加工。当加工深度到达设定深度（1.65mm）时，Z轴带动铣刀迅速抬起，抬起的高度为铣刀端面水平方向上碰触不到工件及胎具为准。计数器加1后程序进行比较运算，判断加工是否完了，如否，则X、Y轴继续运转到下一加工工位，再重复Z轴下降加工动作。如加工完了，产量计数器加数、主轴停转、冷却液关闭，同时发出5s声光报讯，用以提醒操作者，各轴移动到初始位：Z轴到上端；X轴到左端；Y轴到外端。卸下胎具后，一个加工周期完成，装上胎具再按启动即开始进行下一轮加工。
  
 图3

 四、一些着重的电气措施 

     1. 主回路加装漏电断路器，相应回路都安装合适的断路器。 
     2. PLC和伺服系统的电源处都分别加有电源滤波器。 
     3. 各直流继电器线圈都并接反峰二极管，交流接触器线圈并接阻容吸收回路。 
     4. 润滑、主轴冷却都设液位低报警器。 
     5. 伺服控制线、人机界面通讯线等使用屏蔽线，并远离电源线。 
     6. 在拖链内走线，使用耐折的柔性电缆，并尽量增大拖链的弯曲半径。 
     7. 变频器与PLC、伺服驱动器等保持一定距离

1. 概述
    纺纱是将纺织纤维纺制成纱或线的过程。纺纱的实质是使纤维由杂乱无章状态转变成顺序纵向排列并加上捻度，使之具有一定强力的过程。

    气流转杯纺纱作为新型的纺纱工艺，它先将熟条开松成单纤维，再由气流输送到转杯内进行凝聚合加捻成纱，纱绕在纺纱器外的纱筒上，实现了加捻和卷绕机构的分开。直接轴承技术提供特别长的润滑周期和服务周期，从而取得好的经济效益。机器上每个纺纱器上的JSI自动集体生头系统，保证高生产率、快速转换和减少挡车工的工作量。

2．系统描述
    在本系统的方案中，我们的主机采用Modicon Micro系列可编程控制器：TSX37 2201。通过PCMCIA RS485通讯扩展卡把所有的机节板连在一条通讯总线上。

    机节控制板部分采用专门为某纺织机械公司开发的Twido系列可编程控制器（气流纺专用控制器）。型号：TSX08 CD16F80DS。提供了端子方式连接的RS485通讯口。人机界面采用 Magelis 系列操作员对话终端。型号：XBT-G2120 5’7 蓝屏触摸式。变频器部分采用施耐德ATV58系列的产品。

1) 变频器控制的卷取电机和喂入电机需要较高的速度和精度要求，因此，采用速度闭环控制；光电编码器为RS422接口，5VDC；M4、M5变频器停车时要求快速制动，因此，变频器需加能耗制动电阻；

2) 主机采用可编程控制器，需要能和机节板控制器进行通讯，主机还和人机界面相连。

3) 机节板控制器需定制。

4) 人机界面为触摸式，能设置参数及显示设备的工作状态。

控制原理图：

3. 结束语
    这是一个典型的全套采用施耐德电气控制产品的系统。Twido定制板的成功开发是决定该系统是否能够成功的关键。新的控制系统不仅给客户带来了成本的极大优化，并且能更好的根据工艺的要求进行修改设计，进一步提高了客户在行业中的竞争力，同时也增强了客户对电气控制系统本地化的信心

本文着重介绍了触摸屏作为上位机管理系统与 PLC通讯在混凝土搅拌楼中的实际应用，主要阐述了该系统采用集中控制方式的优越性以及制作方法。该系统特点是触摸屏通过 RS232 串行通讯，达到管理与控制相结合，便于实时监控，减少了故障率，大大提高了施工生产效率。 
 关键词： 触摸屏 PLC 搅拌楼 应用特点 

 一、 TP 介绍 

 （ 1) 简介 
 TP 触摸式工业图形显示器（简称触摸屏）是一种连接人类和机器（主要为 PLC ）的人机界面（国外称为 HMI 或 MMI ），被称为 PLC 的脸面。它是替代传统控制面板和键盘的智能化操作显示器。可用于参数设置、数据显示、以曲线、动画等形式描绘自动化控制过程，并可简化 PLC 的控制程序。 
 　　 比之模拟仪表、操作台控制的优点： 
 1 ） 体积变小，几乎不占空间； 
 2 ） 连线简单化。 

 (2) TP 触摸屏的主要作用 

 　　 监视：以数据、曲线、图形、动画等各种形式来反映 PLC 内部位状态，存储器数值，从而直观反应工业控制系统的流程、走向。 
 　　 控制：可以通过触摸操作改变 PLC 内部位状态，存储器数值，从而参与过程控制。 

 (3) TP 触摸屏主要功能 

 1 ） 以动画形式表现控制过程，可实现工况图、流程图，设备由静态到运行，画面模拟动画显示； 
 2 ） 离散点的 ON/OFF 表示；可实现管道、阀门、指示灯的颜色变化，电气开关闸刀的开合、档板的开关、多选一开关的实现等； 
 3 ） 参数设置、数据显示；可设计数据表格，制作操作面板的仿真图象； 
 4 ） 棒图、（半）饼图、容器图、趋势图及各种仪表表示；可制作操作面板的仿真图象，可实现信号量值、液体深度的变化；模拟表头指针或游标的移动等； 
 5 ） 各种报警动作：生产过程中出现异常情况，自动报警并用文字显示故障类型，画面同时自动切换至故障所在的流程画面； 
 6 ） 可进行报表打印（非屏幕硬拷贝）、报警信息打印，打印时序可由用户确定；可连 CCTV 监视头（ NTSC 制式），显示现场实时信息。 
 7) 把原来的开关、指示灯等移到触摸屏上，则可省去 PLC 上原来对应开关、指示灯等的输入输出点，从而可减小 PLC 系统的规模。 
 8 ）权限管理：操作员只有在开机时输入正确的登陆密码后，触摸屏才能进入运行状态 

 (4) TP 触摸屏在恶劣条件下使用特点 

 1) 防尘、抗震 
 2) 防水、防电磁 

 二、可编程序控制器（ PLC ）在搅拌楼控制中的应用特点： 

 　　 1）可靠性高　　 PLC 在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使它可直接安装于工业现场而稳定可靠的工作，防磁，抗震，防尘。 
 　　 2）编程简单、容易掌握。 
 　　 3）适应性强，应用灵活。搅拌楼中心控制室的 PLC 系统可同时控制搅拌楼附属设备如：搅拌楼的骨料上料皮带、水泥及粉煤灰的脉冲控制系统。 
 　　 4）控制系统设计、修改、调试方便，工作量少。 
 　　 5）功能强大。　 PLC 具有开关量输入 / 输出，模拟量输入 / 输出，大量的内部中间继电器，时间继电器，特殊继电器，数据寄存器，可进行逻辑控制、数据处理、模拟量处理。 

 三、 TP 和 PLC 在搅拌控制系统中的应用 

 1) 数据流程 

 　　 在这套控制系统中， TP 主要是发挥工业流程监控、数据显示、资料存储、打印、生产管理、发布生产操作命令的作用，它并不参与过程控制， PLC 主要是采集现场生产信息 , 及时向 TP 传送各类生产状态和数据如：配料门的限位、搅拌机的状态、各称量斗的传感信号，操作台的开关信号等，使 TP 能以生动形象的动画形式及时显示出来， PLC 根据程序运行结果和 TP 发布的指令来控制现场设备。具体见如下框图： 

  
 2) 系统配置框图 

 3) 系统主要构成： 

 　　 触摸屏 : TP 采用 加拿大 TouchWin 公司 TP 系列触摸屏，它负责处理现场与运行操作有关的人机界面，使操作员通过触摸屏实时了解现场运行状态，各种生产数据的当前值以及是否有故障报警发生，并可对工艺生产过程进行控制和调节 , 触摸屏本身具有 “ 配方 ” 功能，通过其内部的宏指令可以将不同产品的不同工艺配方存储在其中，随时调用，大大节提高工作效率 , 它可以与近 30 个厂家的 PLC 通讯，兼容性极强，而且还可以和计算机通讯（开放式通讯协议），基于 bbbbbbs98/2000/XP 操作平台下的专用组态软件，界面友好直观，易学易用，大大节省产品开发周期。具有 RS232/422/485 通讯口，方便于连接其它厂家的 PLC 及外设产品（如：条形码、存储卡、变频器、个人计算机等）。触摸屏上的并行口还可以直接和打印机连接实时或定时打印当前或历史数据。在编程软件中选择好触摸屏和 PLC 型号后，在其系统设定中选择 PLC 型号，通讯的波特率为 38400bps ；奇偶校验为奇校验；数据长度 8 位；停止位 1 位；通讯方式 RS-232 。 
 ……PLC 可采用 XINJE 或西门子、欧姆龙等系列产品 
 …… 打印机 可采用 HP 或其他品牌的针式打印机和喷墨打印机 
 ……TP 软件 采用 TP 专用的制作软件 TPsoft 编程软件中备有大量的图形库（开关、灯、棒图等）供选择，还可以根据用户需求编辑所需要的工艺图形，能够转换 BMP 文件和 AUTOCAD 中的 DXF 文件。还具有留言板功能用于交接班记录用。在编程软件中可以设定触摸屏背光灯的关闭时间，节省其使用寿命。触摸屏中具有内部编程指令 —— 宏命令，可以减轻 PLC 的编程负担，甚至有些简单的设备中可以取代 PLC ，由触摸屏编程直接和其它设备通讯 
 ……PLC 编程软件 采用的是 XINJE 的 FC 编程软件，用它完成整个程序的编制、调试。 
 …… 监视摄像头 
 …… 软起动器 

 4) TP+PLC 控制系统参数： 

 (1)A/D 转换 :1-16 路通道 
 (2) I/O 模块 : 采用 DC 输入输出 , 光电和机械隔离 
 (3) 配料精度 : 
 　　 水泥 粉状 水剂 :±1% 
 　　 砂石骨料 :±2% 

 5) 触摸屏和 PLC 控制系统的主要功能： 

 (1) 整个控制过程处于中文系统下工作 , 管理完全汉化 
 (2) 实现配料 , 下料 , 拌和 , 出砼自动控制 
 (3) 拌和时间 , 下料顺序随即可调 
 (4) 配料 , 下料 , 拌和动态模拟显示 
 (5) 系统自动校称 
 (6) 配方可达 200 余种 
 (7)I/O 状态自动检测 
 (8) 自动生成数据库 , 生产流程图 , 报警系统图 , 参数报表 
 　　 历史查询 , 报表制作和打印 

 四 . 下面以某电站 2× 1m3 搅拌楼为例介绍各方面的制作 

 1) 系统组成： 
 …… 触摸屏选用 TFT 液晶显示器 
 …… 可编程序控制器选用信捷 FC-32R-E 
 …… 打印机选用 EPSON 

 2) 附属设备： 
 …… 强电柜一台，主要为各种动力设备提供电源、及各控制电源 
 …… 操作台一台 

 . 
 ……PLC 及放大器柜 
 …… 上料皮带控制箱 
 …… 传感器 10 套 
 …… 其他低压电器 

 3) 触摸屏画面的制作采用 TouchWin 编辑工具软件完成。各画面画面包括各控制菜单及视频窗口，首页可由相关单位编写广告画面欢迎词或系统机型说明。本系统主要包含以下几项： 

 在主菜单画面中设计了 9 个画面选择开关 , 用于打开 9 个不同功能的画面 , 画面分布 : 
 a) 流程控制 : 在生产过程中切换到此画面 , 用于生产流程监控和控制 
 b) 重量设定 : 主要是用于配方设定和修改 
 c) 时间设定 : 主要是用于搅拌机搅拌时间设定 , 配料抖动时间及提前量设定，下料顺序时间参数设定 
 d) 主控画面：在进行系统校验时用于主控系统运算的基本参数，这也是程序运算的核心，因此为了防止误修改在标定画面中加入了权限功能 
 e) 状态监控：真实反映现场的 I/O 状态，利于故障的检查和排除 
 f) 配方：用于存储配方和调用配方，在此系统中设计了 20 个配方 
 g) 数据列表：在生产过程中随时记录每一循环的称量数据，便于汇总查询和打印 
 h) 打印：根据数据报表的内容控制打印机，在本系统中采用的时针式打印机 
 i) 资料管理：主要是操作使用说明以及相关的接线信息 
     

  
 在设计各画面控件时，首先在画面框中画出所需要的控件，然后进行大小比例调整，上色，接下来进行属性连接，画面上的控件属性数据全部由下位机 PLC 提供，所以 TP 画面制作起来非常方便快捷，在实际运行过程中，若需在 TP 画面中增加新的内容，如开关、菜单选择等，只需在设计软件中增加相应的项目传送至 TP 即可。 

 在 TP 和 PLC 进行通讯和调试参数前，需特别注意以下几点： 
 a) 选择直接传送方式：选择直接通讯方式 ( 选择 PLC 类型及对应 I/O 地址 ), 该方式下 ,TP 直接读取或改写 PLC 的数据寄存器和继电器内容 , 这样可以大大减轻 PLC 用户程序的负担 . 
 b) 系统数据区：当选择直接传送方式时 ,TP 内部寄存器首地址开始的数个数据寄存器被规定为系统数据区 , 系统数据完成画面切换等动作 ,TP 和 PLC 内部占用特定的寄存器区 , 完成各种功能．系统数据区是 TP 与 PLC 交换数据的媒体 ,TP 初始化时 , 需确定 PLC 系统数据区的的起始定义号． 

 6)PLC 的程序分三部分设计：传感器模拟量数据采集及处理、逻辑控制部分、报表处理部分。在实际应用中，可根据需要随时增加 PLC 的功能，如：搅拌楼（站）附属设备的控制，皮带系统和水泥、煤灰脉冲系统等． PLC 实时采集传感称量值和输入信号 , 经逻辑运算后 , 由输出模块控制称量斗、搅拌机、螺旋输送机的启停以及报警等。程序设计思想和步骤 :a) 首先要全面了解被控制对象的机构、运行过程等，并明确动作逻辑关系； b) 根据系统功能要求（包括输入、输出信号数量的多少、性质、参数；选择 PLC 型号及各种附加配置，并有规则、有目的的分配输入、输出点； 根据控制及流程要求，对应输入、输出开发相应应用程序； c ）同时连接 PLC 与外部设备连线 , 将编制完成的程序写入 PLC 中，模拟工况运行，进行调试及修改； d) 在模拟调试成功后，接入现场实际控制系统中进行再次调试，直至完全通过为止 . FC 系列编程工具是 bbbbbbS 环境下的 PLC 编程软件 , 利用本软件可以进行程序设计，编程实现，编写注释说明文档和维护控制应用系统 , 它可以用两种方式编程即梯形图编程和命令语编程 , 见下图： 
 

 料皮带由于在配料过程中频繁起动，所以在这里采用的是软起动器。其目的主要是保护电机和机械，另一方面是防止因频繁起动引起的电网电压冲击 

 五．结束语 
 　 本系统由于采用目前占有量较高，技术成熟的加拿大 TouchWin 公司的人机界面及 FC 系统可编程控制器，既使生产过程中 PLC 控制系统硬件发生故障，也可以立即查明原因更换相应器件，大限度的缩小在线维修时间 , 另外在这种配置中，当 TP 因在运行中出现意外故障，无法显示和监控时， PLC 能单独完成一系列的工作，互不受影响，这样是防止当人机界面出现问题时，带来系统控制失灵。在系统界面设计过程中，比较多的考虑了用户的实际需求，界面操作简洁，明了。当生产过程硬件状态发生变化时，勿需修改软件，仅需在线进行简单参数设定既可，系统维护性强。