西门子CPU模块6ES7516-2PN00-0AB0技术参数

可编程序控制器PLC:可编程序控制器是整个系统的核心，由CPU单元含数字量和扩展模拟量模块组成。其中数字量完成各个阀门位置检测和限位及气体**微调等功能；模拟量A/D部分对氧气和乙炔气体质量**采样、系统压力采样、钢轨顶锻位移量的采样等。D/A部分对氧气和乙炔气体质量流控制阀门开度的控制，气体质量**的控制由两个独立的具有PID调节功能的闭环系统完成。压力传感器采用扩散硅型，内置压力变送器和线性校正电路，24V供电，输出4—20mA的标准电流信号对应压强0—60Mpa。

4.2 油泵与压机系统

超高压油泵使传递动力的液压油产生大压强达到60Mpa ，供油量每分钟4立升以上。电动锥式调压阀，压力传感器，PLC和人机介面构成一个闭环控制系统，油泵压力稳准快地跟踪人机所设置压力值。电动式超高压截止阀门能使油路在高低压的条件下快速进行换向并有保持压功能等；其阀门的位置由接近开关（OMRON--PNP）限制。压机总承是在高压油泵作用下能产生大70吨力，满足钢轨在焊接时顶锻和推凸、保压等工步所需要的力。保正在焊接全部过程中两段钢轨中心在一条直线上，使轨顶面底面轨腰对齐，满足机械强度要求。油泵和压机之间油路用专门快速连结器交连。目前在压强大于32.5 Mpa时换向在液压控制领域里还是技术。

4.3 加热系统

由气源、压力表、控制器；气体混合器；乙炔回火防止器，外燃型加热器；气体过滤器及气体快速接头；冷却循环泵等组成。加热器的火焰孔径大小及分布应保正钢轨断面处受热均匀，按照焊接工艺标准将钢轨加热到塑性状态的温度（一般为1300℃）。应有防止管路回火和防止漏气等安全措施。控制器比较复杂；由PLC部分开关量、模拟单元、人机介面、两个气体质量控制器（D07—9E）组成。特点**大200SML（N2）；线性度±0.2％F.S；准确度高±1.5％F.S；重复精度±0.2％F.S；响应时间1Sec；泄漏率＜1×10-8SCCSHe；具有气体通道清洗、关闭、阀控功能

4.4 磁性标尺

由电阻式位移传感器和5.2V基准电源构成，其测量精度达百分之一豪米。三块钕铁硼镶嵌其中，使用时安装拆卸十分便利，不需要设定磁尺几何原点。顶锻量是由PLC程序自动检测并运算出钢轨位移量的相对差值，由人机介面直接显示出来。钢轨被加热到200—1000℃时轴向膨涨明显，则人机界面直接显示出来是负值，同时系统压力有所上升，人机介面实时地动态地反映焊接过程各个参数的变化。

4.5 摆火机构

由直流可调速电动机和可变式曲柄连杆机构及滑动小台车组成，点动按钮能使加热器火孔正对准两钢轨间焊缝，保正点火时焊缝间无积碳污染。摆火电动机转动速度由程序改变，摆火位移线速度按余弦规律变化，这样能使得钢轨受热效果达到佳化。

5 软件设计

PLC系统配置与梯形图编程，人机介面用画面编辑Screen Editor编程（Sersion 1.05.7），两部分相互配合。

5.1 PLC编程

PLC程序采用模块化方式，将控制程序根据功能分为不同逻辑块即子程序，在主程序（ OB1）中可以根据条件调用不同的逻辑块，其特点是主程序简单明了，调试方便，由于逻辑块是有条件的调用，所以CPU利用率高，与人机介面通讯可靠。

5.2 触摸屏编程

（1）设定模组参数：系统控制区8个字长。通迅设置：①人机站号 0 ； ②PLC预置站号2 ； ③通迅端口RS-485 ； ④停止位1Bits ；⑤波特率 9600 ； ⑥奇偶校验 Even。

（2）用画面Gycle宏完成PLC内时钟与人机内时钟同步,创建一个所谓系统画面,并放置

SETB （2@V490.0） //系统画面开启宏V490.0=1
END
CLRB （2@V490.0） //系统画面关闭宏490.0=0
END
在系统画面上可以随时地调整人机内时钟（星期暂不用），配合PLC时钟写命令，完成时钟同步。
$100=GETSYSTEMTIME
(2@V236) =$100 //年
(2@V238) =$101 //月
(2@V240) =$102 //日
(2@V242) =$104 //时
(2@V244) =$105 //分
(2@V246) =$106 //秒
END
（3）历史趋势曲线：系统压力与标尺位移共用1号缓冲区，读取PLC地址2@1000；数值单位4（字）；取样周期1000 ms ；取样点111 ；触发源 PLC ；记录时间日期 Yes ；
氧气**与乙炔**共用2号缓冲区，读取PLC地址2@1008；数值单位4（字）；取样周期1000 ms ；取样点111 ；触发源 PLC ；记录时间日期 Yes 。

6 结束语

应用自动控制钢轨气压焊接设备，一次性连续地对十五个钢轨焊接头进行破坏性落锤试验，合格率为百分之百。在实际线路上经过一年多千余次焊接施工，合格率为百分之百，用户反映良好。基于台达自动化技术平台的智能型移动式钢轨气压焊接设备已经通过路局技术鉴定。

系统设计

2.1 工艺描述

设备主要由制冷系统、加热系统、除湿系统、加湿系统、水箱、恒温恒湿箱体等主要部分组成。设备以PLC与温度控制器自动化平台，系统集成温度传感器、湿度传感器、触摸屏、固态继电器等，组成恒温恒湿箱电气控制系统。使用温度传感器获得温度的感应电压，直接接入至一台温度控制器中，根据自动整定获得的PID参数，输出0-10V的线性电压对加热系统进行控制。使用湿度传感器获得湿度的感应电压，直接接入另一台温度控制器中，根据自动整定获得的PID参数，采用PWM控制方法控制固态继电器按照计算得出的通断频率，从而调节加湿系统开关的导通时间，达到使箱体内湿度恒定的目的。

2.2控制内容及功能要求

加热系统启动后，制冷系统则跟随启动，同时，温度控制器按照自动整定好的PID参数输出0-10V的线性电压，来控制加热系统的输出比例，从而按照周期变化后，终使温度的当前值恒定在设定值的正负0.1度之内。

加湿系统启动后，除湿系统则跟随启动，同时，温度控制器按照自动整定好的PID参数，采用PWM控制方法控制固态继电器按照计算得出的通断频率，从而调节加湿系统开关的导通时间，终使湿度的当前值恒定在设定值的正负0.3%之内。 当湿度的设定值在规定范围内，则加湿控制阀门按照预先设定的开关百分比，对加湿控制阀门进行控制，并显示开关阀门的状态与当前开度。

系统具有液位报警信号，采集到液位报警信号后，可根据工作前设定的报警等级，对整个系统进行停机处理或仅显示报警信息等处理，并可以对产生报警信号的时间进行记录，以备日后检查使用。并且设定有报警屏蔽开关，即报警屏蔽开关打开时，当系统产生报警的时候，系统只显示报警信息，当时报警器不发出声响。

触摸屏中设置有可对自动整定好的PID参数进行微调的页面，当温度控制器自动整定的参数并不能完全符合控制要求时，可以手动输入PID参数，即使温度控制器再次执行自动整定的功能，也并不影响PID参数。

系统可对当前的温度与湿度每隔一个固定时间存盘一次，存储在U盘中，并可在计算机中使用Excel工具软件打开查看。系统中采用的传感器可随时变更，以满足不同型号与工艺的产品使用，即使产品采用的传感器不同，只需在触摸屏中修改传感器的类型并对相关参数进行设定即可。系统具有照明灯开关按钮，当需要照明时，打开照明灯开关按钮，延时固定时间后，照明灯自动关闭。系统中温湿度的控制共采用单段控制与分段控制两种模式，当使用单段控制时，系统将温湿度稳定在设定值的偏差范围内即可；当使用分段控制时，启动启动后自动按段设定参数执行，当当前值在设定值允许的偏差范围内且每分钟的波动度、达到稳定时间后，系统自动切换到第二段参数执行，依次类推，以满足同类产品在不同温湿度段的检测工作。

自动化清洗工艺设计

   2.1工艺分析

    本项目清洗设备由10个清洗槽组成。设计采用两个机械手操作，个机械手分管1-8槽，第二个机械手分8-10槽，其中第8槽为公共槽，下放由个机械手完成，提拉由第二个机械手完成。具体工艺如下：

    个清洗篮从上料架提出，放至槽，经过1槽工艺时间，篮子从槽放至第二槽等待，然后机械手从第二槽位置挪到上料架位置，再提一篮放至第槽，接着机械手挪到第二槽位置，把第二槽中的蓝提出放至第三槽，然后退回到槽把槽中的篮子放至第二槽，在回到上料架，从上料架位置提篮放至槽，然后机械手移至第三槽，把篮子从第三槽放到第四槽，然后在第二槽放至第三槽，槽放至第二槽，上料架到槽，再移至第四槽，第四槽的篮子移至第五槽，然后第三槽到第四槽……以此来推一直到第八槽，然后第二个机械手动作把第八槽移至第九槽，第九槽工艺时间到，然后放到第十槽，同时个机械手第7槽放至第八槽，八槽工艺时间到，第八槽放到第九槽，个机械手按照前面步骤，一直到上料架放到槽，第十槽工艺时间到，第二个机械手把第十槽篮子提出放到下料架，完成一个篮子中硅片的清洗，放好后等待第八槽中篮子的工艺时间，第二个机械手取第八篮放至第九篮……第二个机械手与个机械手动作逻辑独立，唯一有关系的就是确保第8槽有篮子的时候，个机械手不能过去放篮子，同理没有篮子的时候，第二个机械手不能去取篮子，两个机械手不能同时出现在第八篮的上方，否则会出现不可预知的结果，损坏部件。

    2.2算法优化设计

    可以看出以上如果按平时一般的思路一步一步写的话，会非常的繁琐，如果要一步步写的话，程序量非常的大，而且这只是其中一种模式，如果全都是一步步写的话，估计程序两会大于16K，使之出现EH2程序容量不够写的情况，所以不得不使用更好的思路来写程序。经过考虑采用双循环的思路写程序，外循环为前面槽的目标位，内循环为当前槽的目标位，这样所有逻辑都是以循环中的目标值来确定，这样程序量大大的减少，程序控制在6000步以内。

    （1）正常清洗模式：此模式按前面的工艺处理。

    （2）下班处理模式：在正常模式中如果按下下班处理模式，上料架不再上篮，等到第1个篮搬到第二个篮，直接搬第七槽搬到第八槽，以此类推，直到所有篮子全部出槽。

    （3）故障处理模式：由于电器或机械出故障发生时，必须有一个故障处理模式，那故障处理首先机械手回到原点位置，然后从第八篮搬到第九篮，然后等待九槽工艺时间，时间到搬第九槽到第十槽，同时个机械手第七槽搬到第八槽，然后再调用下班模式，进行故障处理。

    （4）数据处理：由于槽的尺寸都是不一样的，那在编写程序时数据处理工作量是很大的，在数据处理时相同的依据就是我双循环的数据。

无纺布在发达国家的日常生活和工业生产甚至土建工程和医疗卫生中有广泛的用途。自从1990年开始，中国通过引进欧洲光、机、电、气、液全自动化成套生产线设备，有了现代意义上的无纺布生产能力。根据机电工程的理念，现代无纺布是典型的高新自动化设备密集型产业。例如某上市公司自1990年开始全厂5条引进欧洲自动化生产线的PLC达到60余台套共计3700多I/O点；变频器达到120多台，永磁同步交流调速自冷密封电机在一套梳理机机组的集成直轴伺服传动达到23台，具有世界**水平。5条线万吨年产能单班生产员工仅40人，拥有亚洲**的水刺型无纺布研发与生产能力。

　　无纺布的纺织工程学名叫做非织造布。非织造布工艺完全不同于传统的纺纱——织布过程，非织造布的大特点是不需要纺纱过程，它的“织布”过程更加类似于造纸工艺，非织造布通常是在一条生产线上直接实现从纤维到成布的连续加工过程。非织造布生产线“吃”进去的是纤维，“吐”出来的是布。参见图1针刺型无纺布工艺过程，定向或随机排列的纤维通过摩擦、抱合、粘合或这些方法的组合，而相互结合制成的水平缠结薄片、纤维网或絮垫，经过针刺机组在垂直布面方向缠结成布。因为没有传统意义的纺纱织布过程，所以叫做无纺布。

　　图1针刺型无纺布工艺过程

　　图1中的送棉箱，开松机和气压棉箱是将密实的纤维变成蓬松杂乱的纤维并送到梳理机入口，梳理机将纤维梳理成厚薄均匀的纤维网并送到铺网机，铺网机将送来的纤维网按照重量要求叠成多层的纤维网送往针刺机并由针刺机刺成相互结合制成的纤维薄片。无纺布生产线系统是一个看似各自独立、但却互相牵制的一个大系统，本文将以针刺机组为对象集成自动化针刺无纺布生产线。

　　2 台达机电简介

　　从早台变频器面世，台达机电至今已经能为客户提供PLC控制器、温度控制器、计数器、人机界面、变频驱动器、伺服驱动器、数控系统等一系列产品，已经有能力向客户提供完善可靠的机电一体化解决方案。汕头三辉企业是一家以生产无纺布机械为主的企业，与中达电通已有多年合作，对台达产品给予了强力支持与高度信任，并取得了非常良好的效果。本文主要以三辉企业生产的针刺机组生产线为例，简要阐述台达机电产品的整合应用及其优点。

　　3 自动化系统集成规划

　　3.1 总体技术路线

　　（1）PLC的存储容量和处理速度。整条生产线而言，数据运算及逻辑运算量很大，16K容量远远不够，单台PLC的处理速度将会影响生产的稳定性。

　　（2）针刺生产线的布局和设备操作。各机台是分散的，集中一地操作会为生产带来不便，但假如分散操作，必须会带来人机与PLC间的距离问题及PLC与受控单元的布线问题。

　　（3）设备组合方式。通常一条完整的生产线用户会采购生产设备厂家性能或价格有优势的产品，或根据自身生产的产品采用不同的设备组合，故每条生产线组合可能完全不同。

　　，为满足方便安装，方便整线整合，**系统性能，本系统按照单机设计、自由组合方式设计（见图2、图3），即是每台针刺机使用一台PLC、一台人机、每台针刺机提供联机接口，不同需求用户组成生产线时控制上只要将各机台连上控制总线即可，单机程式不须做修改，改动内容仅在总控制器部分。

　　台达的驱动器、控制器及人机界面等产品均带有RS485接口，采用通讯方式安装方便、价格低廉，故在规划整条生产线的控制方式时可以充分利用通讯的方便性。故可以拟出以下两种方式：图2方式，PLC与人机联线使用RS232,模拟量传递速度信号（考虑到通讯有实时性问题），变频器频率由PLC通讯给定，功能端子给定命令。图3方式，PLC与人机联线使用RS485, 模拟量传递速度信号，变频器频率由人机COM3通讯给定，功能端子给定命令。两者相比差异在于变频器控制源上。虽然效果一样，但图3方式远远增强了人机与PLC的通讯距离，亦即对本系统来说人机安放的范围将很宽，更适合生产线上分布安装，故将本系统按照图3设计。

　　如图3所示，本系统将使用到变频器，PLC和人机界面。按照机型体积和驱动能力，台达变频器分出多个系列产品，因VFD-B系列变频器支持矢量闭环控制，低频驱动能力强，而针刺机系统对速度稳定性要求较高，并且定位模式运行时要求低速大力矩，故本系统采用性价比较高的VFD-B。人机采用具有两个RS485的DOP-AE系列和PLC采用具有良好性价比的DVP-SA。

4 PLC程序设计概要

　　按照系统功能完成输入输出点规划后的工作就是程序设计。整条生产来讲，基本功能是快速处理速度信息并实现速度跟随，根据目前PLC的性能和已构建的硬件框架，可以使用总机集中分配信息，单机独立处理方式实现。单台针刺机而言，程序主要的工作变量有针刺密度（M针密）、针刺频率(F针频)、牵伸比(K)、入料速度(V入)、出料速度(V出料)，托网位置(T)和剥网位置(B)。保护变量有针刺次数(C)、针刺时间(t)、托网位置上限(TSL)、托网位置下限(TXL)、托网位置上限(BSL)和剥网位置下限(BXL)。为了便于维护，程序结构上以主程序调用子程序形式编写，分为针刺运算子程序（P0），托网剥网运算子程序（P1），保护子程序（P2），数据上传子程序（P3）及动作执行子程序（P4）。主程序部分包含程序初始化、子程序调用和解读总控制器发出的指令解读信息包含当前机台是本地单机运行还是远端控制，接受并发出本地速度指令还是外部模拟量速度指令，速度信息经过本机台是否采用还是传递到下一机台等）。

　　针刺运算子程序（P0）根据用户输入或前级针刺机输出的速度变量执行运算，得出针刺机需要运行的针刺频率并转换为给变频器的给定频率f：

M针密 = F针频 * m布针 / V出料

    V入

                               F针频 = ———

L 步进量

V出 – V入

                  K牵伸 = —————— → V出 = V入（1+K）      　V入

i1      60*f        i1

F针频 = N*——— =———(1-s)* ———

i2     p            i2

　　从以上算式可以推算出f与F针频、M针密、V出、V入、L 步进量的关系

　　托网剥网运算子程序(P1)算法是根据固定的动程分别与采样值运算，得出托网位置(T)和剥网位置(B)，T和B与限位值比较后给出判断结果并提示。在配方下载模式，子程序P1是将T/B分别与目标值比较并自动校准位置。

　　保护子程序（P2）：采样或统计系统信息，对各状态作出是停机或是提示动作。

　　数据上传子程序（P3）：收集并归类本地信息以供人机快速调用。

　　动作执行子程序（P4）：输出处理结果。

　　5 结束语

　　异构自动化平台在大系统集成工程中的信息整合困难越来越成为现代制造工程的技术瓶颈。台达机电产品的在同一工程的同构化集成能力，无论是在企业建设阶段还是在投产后的长远发展阶段，都有显而易见的技术优势。伴随台达机电产品的丰富与发展，功能的不断**，面对客户对整体服务的需求，产品拥有广阔长远的市场拓展空间。