6ES7214-2BD23-0XB8质量保障

户外广告箱分布较广、分散。全国各地都有分布，被控制点初步估计有70个左右，系统要求由一台系统监控主机能够有效控制70个被控点的灯箱的定时开关和状态显示及故障报警，每个被控点广告灯数量不一，多可到400台，每台灯的功率大约为40W.

系统介绍：

本方案由我公司根据以上控制要求制定，技术部经过详细制定，决定控制系统采用目前市场较成熟系统：GSM远程控制系统。由安装在电脑主机上的监控软件下达控制命令和监控运行状态，命令下达后通过西门子GSM猫控制命令到70个被控点，被控点分机接受到信号后，识别命令，执行动作后，将运行状态以信息形式回传至主机服务器，主机服务器分析GSM命令后显示被控点运行状态。

本系统核心部件均为进口西门子部件，我公司核心技术已相当成熟，关键的弱电控制强电技术和信号转换技术在国内外市场均已经过严格的考验。通讯信号采用国际市场通用的第二代通讯技术“GSM移动通信技术”，实现无线远程控制及监控，方便、快捷。系统采用模块化设计，通过监控软件可详细报警指示具体分布报警，单一设备损坏不影响其他设备运作，且系统具有可扩展性，随意扩展被控点数量。

系统功能：

1：自动开关（定时控制）

本系统支持用户使用软件对被控灯箱进行定时控制，如在软件上编辑信息“每天8：00开，20：00关”，用命令将此命令发送至全部被控点，被控点将执行8：00开，20：00关的命令，每天均统一执行此命令，定时时间段可更改。

2：手动开关

管理员可由监控软件上点击全部按钮，同时将70个被控点全部打开或逐一打开每个按钮，如点击济南打开按钮，软件将立即将打开信息发往济南被控分机处，济南被控分机将立即执行打开动作，同时分机配带的断电检测将检测外部电路的通与断，将相关信息反馈给监控软件，软件将实时显示被控点状态。

  PLC系统有工控机、两台调制解调器、PLC运行及储存器、各类传感器等输入部分及各类电继电器等输出部分，SIMATICMan-ager是S7-PLC自动控制程序的管理程序，安装在地面监控室的工控机(上位机)内，通过一台在监控室的调制解调器和一台安装在盾构机调制解调器相互译制，与盾构机的PLC串口相连，从而监控和控制PLC运行，同时上位机也起着掘进参数数据保存作用，方便操作人员使用和维护。 

　　一、PLC系统的组成

　　PLC系统有工控机、两台调制解调器、PLC运行及储存器、各类传感器等输入部分及各类电继电器等输出部分，见图1。SIMATICMan-ager是S7-PLC自动控制程序的管理程序，安装在地面监控室的工控机(上位机)内，通过一台在监控室的调制解调器和一台安装在盾构机调制解调器相互译制，与盾构机的PLC串口相连，从而监控和控制PLC运行，同时上位机也起着掘进参数数据保存作用，方便操作人员使用和维护。

　　PLC系统的软件主要有地面监控室电脑上的操作系统，SIMATICManager程序，Netpro程序及监控程序PDV，以及安装在盾构机PLC上的控制程序。

　　二、PLC系统运行

　　根据设定的程序，在某些必要条件满足时，PLC才能进行下一步工作，否则，程序就不能往下运行，设备停止运行，同时会将错误信息显示在操作室的电脑上。我们按照显示的错误信息及代码去查找故障原因，即PLC是否正常输入、PLC是否正常输出、前后输入/输出设备是否正常、连接线路是否良好。这样分段分析、仔细排查，故障会很容易得到解决。

　　以盾构机中心回转体EP2润滑脂加注系统为例，说明S7-PLC自动控制程序在盾构机故障排除中的应用。在盾构机中，EP2润滑加注系统属于较复杂且很重要的部分，包含螺旋机密封、球轴承密封、中心回转体密封等部位的自动密封。本系统的正常运行与否不仅关系到盾构机能否顺利运行，同时对延长设备使用寿命起着很重要的作用。EP2加注系统是压缩空气通过由PLC控制的电磁阀为气动泵提供动能来源，输入气压和输出油脂压力的比值是1∶50，即1bar的气压能产生50bar的油脂压力。通常将压缩空气的压力调节为1.5～2.0bar，即油脂压力为75～100bar，足以克服油脂在管内的损耗，保证输送到盾构机上的多个油脂分配阀时有足够的压力，再由油脂分配阀非均匀的将油脂输送到需要被润滑的部位，达到自动润滑效果，如图2。

　　油脂分配阀在润滑系统中起着重要作用，它的结构组成如图3所示。其工作过程：当设备启动时，PLC发出指令为二位二通电磁阀通电，如图4，具有压力的油脂进入油脂分配阀，开始进行油脂分配;在此种情况下，分配阀所分配的油脂量可以通过控制阀芯的冲程数进行计算，阀芯的冲程数通过脉冲传感器输入到PLC，如图5;当累积到一定量的冲程数时，PLC发出指令，停止向电磁阀通电，油脂分配阀的进口关闭，油脂分配结束。当下个指令发出时，照此重复进行。

　　三、故障排除实例

　　一次，在盾构机操作室的电脑上，显示中心回转体油脂润滑系统故障，通过利用PLC程序和显示的错误信息，查得是油脂分配阀的输出无信号。将冲程传感器拆除，将一直径与传感器内径相差不多的金属棒体插入其中，作活塞式往复运动，可以从PLC输入指示灯看出，传感器能正常工作，随后将其中的一条输出油脂管拆除，手动进行注脂，油脂还是不能注出;后将分配阀整体拆下，在机修房拆开检查、清洁，后在清理阀板时，从阀板孔中取出一颗细小砂子(直径约1mm)，再次安装到盾构机上，试机正常，原来是机修工在更换油脂桶时，操作不慎，有杂物掉入油脂桶，导致了此故障的发生。

　　从上面可以看出，PLC在海瑞克盾构机上得到了很大的应用，SIMATIC Manager能很好的帮助我们查找到故障的发生点，有助我们更准、更快的排除故障。

四轴联动简易机械手的各个动作和 状态都由PLC控制，不仅能满足机械手的手动、半自动 、自动等操作方式所需的大量按扭、开关、位置检测点的要求，更可通过接口元器件与计算机组成PLC工业局域网，实现网络通信与网络控制。使四轴联动简易机 械手能方便地嵌入到工业生产流水线中。 

　　一 四轴联动简易机械手的结构及动作过程

　　机械手结构如下图1所示，有气控机械手(1)、XY轴丝杠组(2)、转盘机构(3)、旋转基座(4)等组成。

　　其运动控制方式为：(1)由伺服 电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手(有光电传感器确定起始0点);(2)由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动(有x、y轴限位开关); (3)可回旋360°的转盘机构能带动机械手

　　及丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成);(4)旋转基座主 要支撑以上3部分;(5)气控机械手的张合由气压控制(充气时机械手抓紧，放气时机械手松开)。

　　其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始 动作;步进电机控制开始向下运动，同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动;伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，然后充气，机械手夹住货物。

　　步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走;转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处;步进电机再次驱动纵轴下 降，到达指定位置后，气阀放气，机械手松开货物;系统回位准备下一次动作。

　　二 控制器件选型

　　为达 到**控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：

　　1. 步进电机及其驱动器

　　机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的是 北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩;M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，大3A的8种输出电流可选，大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC之间选择。一般来 说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。本驱动器大输出电流值为3A/相(峰值)，通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从0.9A到3A以配合不同的电机使用。本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16 细分、32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。

　　2. 伺服电机及其驱动器

　　机械手的旋转动作采用松下伺服电机A系列小惯量 MSMA5AZA1G，其额定输出50W、100/200V共用，旋转编码器规格为增量式(脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11 线);有油封，无制动器，轴采用键槽连接。该电机采用松下公司独特算法，使速度频率响应提高2倍，达到500Hz ;定位超调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能，可弥补机械的刚性不足，从而实现高速定位，也可通过外接高精度的光栅尺，构成全闭环控制，进一步提高系统精度。具有常规自动增益调整和实时自动增益调整两种自动增益调整方式，还配有RS-485、 RS-232C 通信口，使上位控制器可同时控制多达16个轴。伺服电机驱动器为A系列MSDA5A3A1A，适用于小惯量电动机。

　　3. 直流电机

　　可回旋360°的转盘机构有直流无刷电机带动，系统选用的是北京和时利公司生产的57BL1010H1无刷直流电机，其调速范围宽、 低速力矩大、运行平稳、低噪音、效率高。无刷直流电机驱动器使用北京和时利公司生产的BL-0408驱动器，其采用24～48V直流供电，有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护，且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点。

　　4. 旋转编码器

　　在可回旋360°的转盘机 构上，安装有OMRON公司生产的E6A2增量型旋转编码器，

　　5. PLC的选型

　　根据系统的设计要求，选用OMRON公司生产的 CPM2A小型机。CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等。CPM2A的CPU单 元又是一个独立单元，能处理广泛的机械控制应用问题，所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。完整的通信功能保证了与个人计算机、其它OMRON PC和OMRON可编程终端的通信。这些通信能力使四轴联动简易机械手能方便的融合到工业控制系统中。

　　三 软件编程

　　1. 软件流程图

　　流程图是PLC程序设计的基础。只有设计出流程图，才可能顺利而便捷地编写出梯形图并写出语句表，终完成程序的设计。所以写出流程图非常关键也是程序设计首先要做的任务。依据四轴联动简易机械手的控制要求，绘制流程图如图2所示。

　　软件流程图

　　2. 程序部分

　　由于论文篇幅有限，这里只列出了开始两段程序，供读者参阅，见图 3。

　　程序列表

　　四 结束语

　　四轴联动简易机械手的各个动作和 状态都由PLC控制，不仅能满足机械手的手动、半自动 、自动等操作方式所需的大量按扭、开关、位置检测点的要求，更可通过接口元器件与计算机组成PLC工业局域网，实现网络通信与网络控制。使四轴联动简易机 械手能方便地嵌入到工业生产流水线中。