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1、引言
锦纶厂聚合车间粒料输送装置是整个锦纶生产装置中的一套重要的设备。随着微处理器，大规模和超大规模集成电路的迅速发展，过程控制领域中，传统的常规仪表监控设备、继电逻辑控制器很大程度上被PLC所取代。如何充分利用PLC硬件、软件资源，用较低费用获得高性能的自控系统便是自动化人员面临的现实问题。由于锦纶厂原系统采用继电逻辑控制，控制系统性能不稳定，故障多，维护困难，因此须对原设备进行改造。本文应用SIEMENS公司生产的SIMATIC S7-200型可编程控制器，研制了一套符合锦纶厂聚合车间生产工艺要求的PLC控制装置。设计过程中，充分利用PLC本身资源，大大减少设各故障率和设备占地面积，发挥系统的高性能。
2、工艺流程
锦纶化纤生产过程中的聚合车间，是整个生产过程中的一道关键工序，当上道工序把其加工出来的粒料送入聚合车间的下料罐后（如图1），通过控制下料阀，使物料进入输送罐，然后利用压缩空气把加工好的粒料输送至下一道工序。整个工艺过程中须考虑到与上、下道工序的协调控制问题：1.检测空压机是否正常运行，压缩空气压力是否正常，以便加工后的物料迅速送走。2.检测下一道工序所要求的氮气压力是台正常，在系统无故障时，控制装置可工作于手动或自动工况，否则以声光报警，提示操作人员，以便进行处理。
3、PLC控制系统硬件设计及工作原理
按系统要求，保证操作人员的现场控制能力，设计“手动”和“自动”两种控制方式进行控制，用一个方式转换开关进行转换。
“手动”方式时，需采用对应的按钮“手动下料”、“手动”输送去控制相应的电磁阀。“自动”方式时，要求系统在启动后按规定的时间与顺序，依次进行“下料”与“输送”。即EV1阀得电，开启“下料”阀，一定时间后关闭，启动EV2进行“输送”，再过一定时间后再启动EV1，如此周而复始，直至接到“停止”指令。同时系统在EV1得电时，EV5亦得电，EV2得电时，EV3亦在｝电，以便同时进行氮气的“充气”与“排气”（如图1）。 
按系统要求，为便于整个工艺流程操作管理的集中性，我们设计了既可在现场进行近地“启动”与“停止”的方式，也可远地进行“启动”与“停止”。
该方案配置体现了分散控制系统的优点，即控制功能分散，操作管理集中。控制功能分散意味着实时响应快，操作管理集中，便于集中管理。
控制系统框图如图2所示，PLC通过系统的现场状态输入、控制面板和外部输入指令决定系统运行方式，并能显示系统状态。
4、PLC软件程序流程图与梯形图设计
我们选用的SIMATIC S7-200型可编程控制器I/0点数多，编程指令丰富，程序内存大，并配有相应的编程软件STEP7-Micro/WIN，可通过PC进行编程，然后下载输入PLC，这种软件还能在PLC运行时监控其运行状况。指令系统具有很强的通讯功能，可与上位机或PLC之间进行通讯。
根据系统要求，编写了系统软件。程序流程图和梯形图分别如图3、图4所示。程序由主程序和两子程序组成，主程序实现系统初始化、检测、判断，子程序分别实现手动和自动控制。程序中编写了定时程序，使内部定时器按规定的时间动作，去控制下料阀和输送阀以及脉冲和旁路阀的开通和关断时间。为了方便现场人员调整下料时间和输送时间，本文利用CPU215主机配置的模拟电位器作为下料和输送时间的设定，软件编程时将模拟电位器对应的特殊存储器内容送入相应定时器。调节电位器可调整定时器定时值。
在程序的编写过程中，充分考虑到PLC的特殊的程序执行方式。由于PLC采取的是顺序扫描方式，因此PLC语句放置的顺序将会影响到输出结果，有时会偶尔出现与平常不一致的结果，甚至可能会出现与设计逻辑结果完全不同的结果。本文所讨论的程序充分考虑到这种情况。
5、结论
实际结果证明，将PLC应用聚合工艺输送装置可大大减少设备占地面积和设备故障率。具有功能完备、操作简便和安全可靠等优点，符合生产工艺要求。
一、激光信号接收靶的控制原理
把胸环靶按弹着点位置分为若干个区域。
胸环靶有5 ～ 10环的6种环数，靶面共分为8个（0 ～ 7）区域，区域划分得越细，显示弹着点的位置越jingque。胸环靶所有激光接收器件分成34个区域，胸环靶每个区域内有若干个光电接收器件相并联，器件间距不大于胸环靶接收的激光点直径，胸环靶每个区激光接收器件可分别产生1个区信号和1个环信号。34个区域接收到的激光信号经过逻辑电路变换成8路区信号和6路环信号逻辑输出。当胸环靶某个区接收到激光信号时，通过数字逻辑电路产生出相应的区、环信号，然后送往声光显示靶进行处理。
电气原理图逻辑关系表达式为：
X = A0 + A1 + A2 + A3 + A4 + A5 + A6 + A7
Y = A0 + B0 + C0 + D0 + E0
Z = A7 + B7 + C7 + D7 + E7
式中：X为9环信号输出端，当IC1（8输入端或非门）任一输入端有效时（高电平有效），9环输出X端有效（低电平有效）。A0 ～ A7分别对应0 ～ 7区的9环激光检测输入信号。Y为0区的区选信号输出端，当0区任一信号输入有效时，0区输出Y端有效。IC2的输入A ～ E分别对应0区9、8、7、6、5环激光检测输入信号。Z为7区的区选信号输出端。X、Y、X接至PLC的输入端，当输出三极管基极为高电平时，输出端 X、Y、Z为低电平，PLC输入有效。
当激光信号击在0区9环靶位时，接收器件R1有效，IC1、IC2输入端A0有效。（1）环处理电路，IC1输入信号A0有效，X（9环）输出低电平有效（IC1为9环处理或门电路）。（2）区处理电路，IC1输入信号A0有效，Y（0区）输出低电平有效（IC2为0区处理或门电路）。X、Y有效信号送向PLC，PLC得到9环0区有效信号，即作相应处理。
又如激光束击在7区9环时，通过R2的接收，使IC1、IC3输入信号A7有效，输出端X（9环）、Z（7区）输出低电平有效。
二、声光显示靶的控制原理
声光显示靶显示区域的划分，与胸环靶相类似。胸环靶逻辑输出信号经电缆线传输至位于射手侧前方的显示靶，作为PLC输入信号，设PLC输入为干接点结构，胸环靶输出低电平时PLC输入有效，利用PLC内部锁存功能，对捕捉到的区、环输入信号脉冲前沿进行锁存，而对以后5秒内连续发出的激光信号不予相应。并按照胸环靶所接收激光信号的相应位置，显示弹着点位置，同时用语言报出击中环数。
PLC输出点采用继电器输出，在PLC输出端口分别产生区、环有效信号输出，并与发光二极管和语言芯片一起构成矩阵电路。显示靶每区、每环用一个发光二极管指示弹着点位置，故区域划分的越细，显示弹着点的位置越jingque。
输出矩阵设计思想，根据胸环靶的要求分别可驱动34个发光二极管及6片语言芯片。矩阵电路的引用扩展了PLC的输出端点，使得仅用40点PLC的14个输出端点，就驱动了40多个负载，满足了本系统的基本控制要求，节省了PLC的硬件资源。设PLC输出区信号X=1、环信号Y=1时，区、环输出矩阵选通 X，Y线，使交叉处发光二极管点亮，同时Y=1环信号使报警语言芯片报出相应环数。
三、PLC程序设计
在无激光信号输入时，程序处在循环扫描输入端口，等待激光信号到来的状态。当收到激光输入信号，并对激光脉冲前沿锁定后，封锁所有输入端点，不再响应激光输入。其员在于，激光发射装置可连续发射，而所模拟的实弹射击弹丸却只能单击，不能连续无间隔发射，故采用封锁处理（封锁时间可调），使得在激光发射时不响应连续信号，以达到真实地模拟实弹射击的目的。
按优先级联锁功能设定的意义在于，激光信号无论射在胸环靶任意位置，都应覆盖住激光接收器件，要求激光接收器件的间距小于激光束的直径，这样就有可能使得2个相邻的激光接收器件同时有效，这时报靶电路应报出高环靶数，而不是高、低环数同时输出，如某区9、10环同时接收到激光信号时，应报10环而不应报9环，故10环输出应封锁9、8、7、6、5环的输出，依此类推。
四、应用前景
激光射击训练装置是一种物美价廉的训练器具，可随时进行弹着点的分析和修正。若配合摄像系统或微机系统可留下训练资料，供系统地分析研究训练过程，提高射手的射击水平。
随着我国微电子技术的迅速发展，PLC技术在机械加工的各类机床的电气设备的改造和新型设备的自动控制中得到日益广泛的应用，本文将阐述家用缝纫机的机加工专用组合机床的PLC改造实例。
1 组合机床的运动及控制情况
浙江某缝纫机厂，拥有很多的加工缝纫机部件的专用组合机床，用以生产家用缝纫机。如对家用缝纫机的机壳实施机械切削加工的组合机床，其动力头分布与运动情况如图1所示。图1中动力头Ⅰ、Ⅲ分别用于针距大孔和夹线器孔的钻削加工，动力头Ⅱ用于挑线杆行线槽的铣削加工。M1，M2和M3均为三相异步电动机，分别为Ⅰ、Ⅱ和III动力头的切削主运动提供动力。为便于控制组合机床运动，在组合机床上装了许多行程开关，以获取的位置信号。图1中的行程开关的压动情况为：SQ51、SQ61和SQ71分别为Ⅰ、Ⅱ和III动力头在原位时压动;SQ52、SQ63和SQ72分别为Ⅰ、Ⅱ和III动力头工进到位时压动;加工时Ⅱ动力头先动作，当压合SQ62时，Ⅰ、III动力头才能离开原位。另外还有：后插销滑台降、升到位分别压动SQ11、SQ12;人工拔、插定位销分别压动SQ21、SQ22;针孔杆拔、插销分别压动SQ31、SQ32;夹具松开、夹紧分别压动SQ41、SQ42。
组合机床中的液压系统的油泵也由一台三相异步电动机M0驱动。液压系统的个功能是给三个动力头的进、后运动提供动力，液压系统三个动力头的进给、后退运动由液压系统中的三个三位五通换向电磁阀分别控制，动力头从快进转换到工进由液压行程调速阀控制，与电气控制无关。液压系统的第二个功能是：用于加工件——机壳的夹紧和松开。其中机壳的装夹过程是：将机壳（工件）放于工作台上，先由液压驱动后插销滑台上升，再进行人工插销定位，接着由液压驱动针孔杆插销定位，后是液压驱动下夹具压夹紧工件。夹紧过程的动作由液压系统中的三个二位五通换向电磁阀控制，这三个换向阀带有机械自锁。加工好的机壳（工件）的下卸过程正好与装夹过程相反。同样，松开过程的动作也由液压系统中的另三个二位五通换向电磁阀控制。所以加上三个动力头的进、退动作，共有12个电磁阀线圈的通断电进行控制。
组合机床的单循环、循环和调整三种工作状态的选择由组合开关SA的三个位置选择;SB1、SB2为油泵电动机M0的起动、停止按钮;SB3、SB4为选择循环工作（含单循环）状态时组合机床工作的起动、停动按钮;其余按钮SB11～SB62（共15个）均为选择调整工作状态时组合机床的点动调整控制按钮。无论选择何种组合机床工作状态，油泵起动是组合机床工作的前提，油泵停止组合机床立即停止工作。选择单循环或循环工作状态时，点动调整按钮 SB11～SB62不起作用;选择调整工作状态时，组合机床工作起动、停止按钮SB3、SB4不起作用。
因此原组合机床的控制电路有一个组合开关、19个按钮、4个接触器、12个行程开关、12个电磁阀线圈、还有众多的中间继电器、时间继电器，其控制电路的接线非常复杂，电器触点易损坏。所以使用时间一长，可靠性变差，故障率增大，维修困难，从而使生产受到很大的影响，因此迫切需要对此专用组合机床的电气控制电路进行技术改造，经分析决定采用PLC控制技术，以满足生产可靠性的要求。
2 PLC控制的设计
2.1 PLC的I/O分配表
根据组合机床的电气控制、液压系统原理，设备要求的输入/输出均为开关量，分析输入、输出点数，选择了日本OMRON公司的CPM1A-40CDR型的PLC，继电器输出。其中PLC的输入点是24点，输出是16点。16个输出点对应控制4台电动机的4个接触器，12个电磁阀线圈，刚好够用。对于输入点，有SA的3个档位、油泵电动机的起动、停止按钮，循环工作的起动、停止按钮和调整用的15个按钮共22个输入点，另有行程开关输入点15个，这样有 37个输入点，因此PLC的24个输入点不够用，为此采用输入公共端切换的方法来扩充PLC的输入点数，将单循环和循环控制的输入置于一条公共线上，而将点动调整的输入置于另一条公共线上，这两条公共线的切换由组合开关SA完成。保证每种情况下的输入点不超过24 点。具体的PLC的I/O点分配表如表1 所示。
表1 I/O点分配表
2.2 PLC控制的程序设计
PLC控制程序用梯型图编程完成，根据控制要求，总框图如图2所示。图中有一个复位至原位的程序，这是考虑到油泵电动机M0起动后，选择循环工作方式时，如果机床不在原位状态，按下工作起动按钮，可能会使各动力头相撞。因此必须使Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ动力头自动回原位，夹具自动松开，针孔杆自动拔销;如果后插销滑台没有下降，则人工拔定位销使滑台自动下降。
图3所示为组合机床循环工作（含单循环）的PLC的梯形图。其中组合机床的循环工作状态与单循环工作状态由SA组合开关选择，它们的不同之处是，单循环工作状态每开始一个循环必须按一下SB3，而循环工作状态则在一个循环结束后设置30秒钟的延时，用于取放工件，延时到，则机床自动开始下一个工作循环，不需再按SB3。梯形图中的内部辅助继电器20110、20111、20112分别代表复位至原位程序中的复位1、复位2和原位，而20000至 20010分别用于移位，按加工流程进行控制。
3 结语
把PLC技术应用于家用缝纫机的机壳加工专用组合机床，采用了输入公共点切换的方法来扩充输入点数，用少输入点的PLC代替多输入点的PLC，节省了改造成本;用移位指令控制循环加工流程，经改造后的控制系统可靠性高，稳定性好，易于维护，加工零件的质量也得到了得到了很好的保证，产生了良好的经济效益。
