湖州西门子S7-1200代理商

  一、用PLC改造车床

    1996年公司购进一台轮毅去浇口车床，其主轴、液压和机械传动均采用继电器控制，接线复杂，故障较多。为了减少故障，提高机床可靠性和产品质量，我们采用OMRON CPM1A-40DR-A可编程控制器对该机床进行了改造。

    1．系统设计
    该设备的加工情况为轮毅卡紧在主轴卡盘上旋转，刀具安装于滑台上，滑台先快移下降，碰到减速限位后滑台进给切削，直至浇口去掉后滑台上升，完成一个加工过程。根据上述工序确定PLC的输入信号及驱动负载。输入信号包括手动和自动、冷却启和停、滑台下和上、液压启和停、主轴启和停、气动锁紧和松开等共19点，输出为10点，终确定选用OMRON 24点入、16点出的CPM 1 A-40CDR-A进行控制。

    2．程序编制
    给输入和输出信号分配好地址，设计出PLC的电气原理图，以及其它外部硬件接线图和安装所需的图纸。
    根据控制要求，画出程序流程图(下图)，然后根据流程图设计出梯形图。

    二、改造效果和效益

    改造后，大大地简化了控制线路。PLC可直接使用AC 220V电压，并且可输出+24V直流电压，供各电磁阀和其他元器件使用，减少了一块+24V直流电源输出板。PLC控制的实现，极大地提高了设备的安全可靠性。并使维修工作简单易行。在改造后近1年的运行中，基本上保证了设备每天24h的连续正常运转，设备控制系统到目前为止故障基本为零。

1、引言

传统的鼠笼式异步电动机起、制动控制方式一般有四种，即定子回路串电阻起动，Y/△起动，自耦变压器起动和延边三角形起动；制动方式有三种，反接制动，能耗制动和电容制动，其中任何一种起、制动控制方式的实现通常由继电器-接触器控制系统来完成。下面就以定子回路串电阻降压起动和反接制动为例，分析由继电器-接触器实现的鼠笼式异步电动机的起、制动控制。

如图1所示，此控制电路含三个接触器和一个中间继电器线圈，12个触点。起动时，KM2、KM3线圈均处于断开状态，按下起动按钮SB1，KM1线圈通电并自锁，电动机串电阻减压起动。当电动机转速上升到某一定值时（此值为速度继电器KS1的整定值，可调节，如调至100r/min时动作），速度继电器KS1的常开触点闭和，中间继电器KA通电并自锁，KA的常开触点接通接触器线圈KM3，KM3的主触点在主电路中短接定子电阻R，电动机转速上升至给定值时投入稳定运行。

图1 继电器接触器控制系统

制动时，按下停机按钮SB2，KM1线圈断电，其主触点断开三相电源；控制电路中常开触点断开，KM3失电，限流电阻串入；常闭触点闭合，接通反接制动接触器KM2，对调两相电源相序，电动机处于反接制动状态。当转速下降至某一定值时（比如100r/min），KS1常开触点断开KA，继而断开KM2，电动机失电，迅速停机。

这种传统的继电器接触器控制方式控制逻辑清晰，采用机电合一的组合方式便于普通机类或电类技术人员维修，但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率大，因此，运行的可靠性较低。随着PLC技术的发展，使用PLC进行电机的运行控制已成为必然趋势。

2、采用PLC实现鼠笼式异步电动器起、制动控制

可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，自60年代末，美国首先研制和使用可编程控制器以后，特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC（programmable logic controller），因此，与传统的继电器接触器控制系统相比较，笔者认为采用PLC实现鼠笼式异步电动机起制动控制是明智的选择。下面就是笔者设计的采用PLC实现的鼠笼式异步电动机起制动控制电路的接线图、梯形图和指令程序，如图2和图3所示。

PLC控制逻辑与传统的继电器接触器控制系统基本一致，其工作过程如下：

起动时，按下起动按钮SB1,X400常开触点闭合，Y430线圈接通并自锁，KM1线圈接通，主触头吸合，电动机串入限流电阻R开始起动，同时Y430的两对常开触点闭合，当电动机转速上升到某一定值时，KS1的常开触点闭合，X402常开触点闭合，M100线圈接通并自锁，M100的一对常开触点接通Y432的线圈，KM3线圈有电主触头吸合，短接起动电阻，电机转速上升至给定值时投入稳定运行。

制动时，按下停机按钮SB2，X401常开触点断开Y430线圈，使KM1失电释放，而Y430的常闭触点接通Y431线圈，制动用的接触器KM2线圈通电，对调两相电源的相序，电动机处于反接制动状态。与此同时，Y430的常开触点断开Y432的线圈，KM3失电释放，串入电阻R限制制动电流。当电动机转速迅速下降至某一定值时，KS1常开触点断开，X402常开触点断开M100的线圈，M100的常开触点断开Y431线圈，KM2失电释放，电动机很快停下来。过载时，热继电器FR常开触点闭合，X403的两对常闭触点断开Y430和M110的线圈，从而使KM1或KM2失电释放，起到过载保护作用。

上述控制过程指令程序如下：

3、PLC与继电器接触器控制系统的比较

通过对鼠笼式异步电动机起制动的传统控制方法和PLC控制方法的比较，从某种意义上看，PLC控制是从继电器接触器控制发展而来的。两者既有相似性又有很多不同处。

3.1 二种方案的不同点

（1） PLC内部大部分采用“软”逻辑

继电器接触器控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制；PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制。

（2） PLC控制系统结构紧凑

继电器接触器控制系统使用电器多，体积大且故障率大；PLC控制系统结构紧凑，使用电器少，体积小。

（3） PLC内部全为“软接点”动作快

电器接触器控制全为机械式触点，动作慢，弧光放电严重；PLC内部全为“软接点”动作快。

（4） PLC控制功能改变极其方便

继电器接触器控制功能改变，需拆线接线乃至更换元器件，比较麻烦；PLC控制功能改变，一般只需修改程序便可，极其方便。

（5） PLC控制系统制造周期短

PLC控制系统由于结构简单紧凑，基本为软件控制，因此设计、施工与调试比继电器接触器控制系统周期短。

此外，由于PLC技术是计算机控制的基础上发展而来，因此，它的软硬件设置上有着传统的继电器接触器控制无法比拟的优势，工作可靠性极高。

3.2 PLC方案的设计要点

（1） 设置滤波

在PLC中一般都在输入输出接口处设置π形滤波器，它不仅可滤除来自外界的高频干扰，而且还可减少内部模块之间信号的相互干扰。

（2） 设有隔离

在PLC系统中CPU和各I/O回路（主要指数字口）几乎都设有光耦合器作隔离，以防止干扰或可能损坏CPU等。

（3） 设置屏蔽

屏蔽有两类:一类是对变压器采取磁场和电场的双重屏蔽，这时要用既导磁又导电的材料作为屏蔽层；另一类是对CPU和编程器等模块仅作电磁场的屏蔽，此时可用导电的金属材料作屏蔽层。

（4） 采用模块式结构

PLC通常采用积木式结构，这便于用户检修和更换模板，同时在各模板上都设有故障检测电路，并用相应的指示器标志它的状态，使用户能迅速确定故障的位置。

（5） 设有联锁功能

PLC中个各输出通道之间设有联锁功能。以防止各被控对象之间误动作可能造成的事故。

（6） 设置环境检测和诊断电路

这部分电路负责对PLC的运行环境（例如电网电压、工作温度、环境的湿度等）进行检测，同时也完成对PLC中各模块工作状态的监测。这部分电路往往是与软件相配合工作的，以实现故障自动诊断和预报。

（7）设置Watchdog电路

PLC中的这种电路是专门监视PLC运行进程是否按预定的顺序进行，如果PLC中发生故障或用户程序区受损，则因CPU不能按预定顺序（预定时间间隔）工作而报警。

（8） PLC的输入、输出控制简单

PLC是以扫描方式进行工作的，即PLC对信号的输入、数据的处理和控制信号的输出，分别在一个扫描周期内的不同时间间隔里，以批处理方式进行，这不仅使用户编程简单、不易出错，而且也使PLC的工作不易受到外界干扰的影响；同时PLC所处理的数据比较稳定，从而减少了处理中的错误；另外，PLC的输入、输出的控制较简单，不容易产生由于时序不合适而造成的问题。

4、结束语

由于PLC在设计制造时充分考虑到工业控制的现场环境问题，并采取了多层次、多种有效措施来提高工作可靠性，因此，采用PLC实现电机控制，特别是对工作环境条件较恶劣的工矿企业应该是一项明智之举。

 在水泥生产过程中，成品的袋装称重是一个十分重要的环节，关键在于计量与控制系统的jingque性与可靠性。图1为水泥袋装流程图。当按下启动按钮时，称重电磁阀得电，气缸打开放料闸板，成品仓中的水泥灌装到包装袋中，使称重杠杆发生逆时针偏转，当力传感器检测到的电压信号等于称重设定值时，控制装置先使闸板关断，延时后使推包电磁阀与气缸执行推包动作，然后复位，完成一次袋装称重计量过程。

　　我厂成品包装车间有两台双嘴水泥包装机，形成四条袋装生产线，原使用抚顺某计算机研究所20世纪80年代末研制的z80微机控制包装系统，2003年初用西门子公司s7200系列plc对其进行技术改造，保留原工艺设备以及仪表——力传感器、称重电磁阀与气缸、推包电磁阀与气缸、操作按钮等，现场信号有检测力传感器模拟量四路、启动按钮开关量四路以及驱动电磁阀开关量八路。因此，plc的配置为模拟量输入四点，开关量输入四点，开关量输出八点。

　　1．主机为cpu224模块—共集成14输入／10输出计24个开关量i/o点，可连接七个扩展模块，有一个rs485通信／编程口，机内有24vdc电源。本系统用其四个开关量输入点di0~di3接入1#~4#嘴的启动按钮，八个开关量输出点do0~do7分别驱动1#~4#嘴的称重与推包电磁阀。

　　2．扩展一个模拟量模块em2314路模拟量输入，接收1#~4#力传感器经放大后的电压信号，该模块的模数转换时间＜250μs，分辨率为12位，转换精度为0.025%。

　　3．td200文本显示器为液晶显示覆膜键盘结构，内置汉字库，多显示80条信息，可在线修改过程参数；八个功能键可作为测试时的设置和诊断，也可作为运行时的控制；可设定实时时钟；提供强制i/o点诊断功能和密码保护功能；与主机相连时，用pc/ppi电缆接至cpu224模块的ppi接口即可。

　　4．自制一块信号放大板，把力传感器检测到的重量信号（mv）放大到模拟量扩展模块的输入量程范围（如2.5v/5v/10v等），并向传感器提供12vdc电源。

　　上述配置可以完成四路（1#~4#）水泥袋装的检测、称重控制与信自、显示等功能。如果需要，还可用通信电缆实现与上位机联网，从而实现生产过程的包装管理自动化。

　　s7200系列小型plc使用基于bbbbbbs平台的32位编程软件包step7micro/win，可采用语句表（stl)、梯形图（lad）或功能块（fbd)三种方式编程，一般通过一个主程序调用其他的子程序或中断程序来完成，程序结构简单清晰。

　　图2为该系统的主程序框图。系统初始化包括对cpu、各寄存器、计数器及td200文本显示器的初始设置。本文仅对s7200系列的独特配置td200编程作简要说明。在s7200系列cpu中保留了一个专用区域，用于与td200交换数据，td200直接通过这些数据区访问cpu。对td200初始化的组态步骤为，在step7micro/win窗口的tools菜单中选中teeoowizard，再选择chinese项即选择中文显示后，就可在信息显示窗口中敲入系统运行时所需显示的汉字。如对1#嘴设置如下：1#设定××公斤，1#称重××公斤，1#时间××秒，1#计数××袋，总计数xx袋等，其中xx为系统运行时的实测值。

　　（图2略）这套s7200小型plc比起目前流行的单片机智能仪表或工控计算机有着很高的性价比，主要优点如下。

　　1．plc具有i/o点状态同步显示，可以直观地判断plc外部电气部件的运行状态以及可汉字显示报警与故障信息，极大地缩短了平均维修时间mttr。

　　2．plc系统构成灵活，扩展容易，上述系统应用于四条袋装线，如果是六条或更多条袋装的生产线，只要增加相应的扩展模块；通信能力强，可以三种方式与多个主机、显示器或上位机组成网络控制包装系统。

　　3．plc指令丰富功能强大，但编程与操作十分简单，不但开发周期短，而且现场调试容易，如称重设定值、推包延迟时间、复位时间等都可通过中文显示器在线调试；日后维护、修改程序甚至扩展等都极易被现场技术人员掌握。

　　4．td200文本显示器提供了的人机界面，而且体积小，重量轻，安装简便，为可嵌入式或壁挂式。

　　5．系统可靠性高，实时性好，实际称重精度可达0.2%。6．具有较强的价格竞争优势。目前市场上能达到类似功能的微机计量控制系统价格在3~4万元，而s7200小型plc系统不超过此价的一半。

　　近年来，电子称重技术发展很快，称重显示控制领域一直在研制开发专用的计算机称重包装控制系统。笔者认为，基于目分成熟的plc技术与市场，把这种新颖小型化的s7200系列直接移植到水泥袋装称重计量系统中，会收到事半功倍的效果。