西门子6ES7222-1BF22-0XA8使用说明
1前言
HC212ДФ1镗铣床(主轴直径220mm)是马钢机制公司90年代从俄罗斯进口的大型机床。该机床主轴调速是通过主轴箱内一套变速机构和直流调速电动机共同完成的。机械变速通过液压系统来控制，使主轴获得Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4级转速。其控制原理如图1所示，电磁换向阀Y1和Y2分别控制变速油缸1和2，带动拨叉使滑动齿轮1和2处于不同的工作位置，使主轴得到不同的转速。其中变速油缸1有两个工作位置，油缸2有3个工作位置。
图1
2故障现象及分析
该机床一段时间来常有Ⅰ、Ⅲ转速级挂不上档的报警。打开机床主轴箱检查发现，滑动齿轮1的左端因严重撞击而使倒角处打毛翻边，以至不能在拨叉推动下与齿轮2的内齿啮合，从而出现上述故障现象。
经过细致的观察，发现滑动齿轮1的右端以及滑动齿轮2两端的倒角处并无上述现象。由此可见，滑动齿轮制造质量不是问题的关键。
问题出在何处呢?分析图1可看出，机床在Ⅰ、Ⅲ转速级是在1DT失电时实现的。如果主轴处于Ⅱ或Ⅳ档运行状态，某一外界因素致使电磁铁1DT突然失电，就会出现下列情况：1DT失电，使阀Y1切换到左位，变换油缸1带动滑动齿轮1迅速向左移动。而此时位于左端的齿轮2正处于高速运转状态，两齿轮相遇必然会发生剧烈摩擦撞击。如果这种情况存在，滑动齿轮1的左端定会受损，上述故障就会发生。
通过分析机床的电气图可知，电磁铁1DT由PLC直接控制，并且该机床的保护功能较多。在加工过程中，若出现机床其它环节的保护，PLC会封锁所有的输出点，这就给1DT的突然失电提供了机会。而在该变速系统中，Y1阀又无失电保护功能。由此推断，Y1阀意外失电，滑动齿轮1误动作是造成该故障的原因。
从现场操作情况看，机床出现该故障报警时，常伴有剧烈的撞击声，因此进一步验证了上述判断的正确性。另外，在故障处理中，还发现变速油缸1和2运动速度过快，变速冲击较大。
3系统的改造及问题的解决
为解决问题，液压系统从两方面着手：①换向阀Y1重新选型；②在系统中增加速度调节环节。改造后的原理图如图2所示。选用国产24WE6D50/CFG24型电磁换向阀Y3替换Y1。阀Y3带“记忆”功能，不因电磁铁失电而改变阀芯位置。在Y3、Y2出油口处增加了节流阀组L1、L2，使变速油缸1、2获得理想的运动速度。
图2
由于阀Y3带有2个电磁铁(4DT、5DT)，且为“非”关系，如何从已占满的PLC输出端点中引出一控制信号来控制5DT呢(图3)?若增加一输出端点来控制5DT，势必要增加输出模块，并要修改梯形图，从而大大增加了改造费用。为此我们对PLC输出点进行了一些改动(图4)，圆满地解决了PLC输出点不足的问题。把PLC原来直接推动电磁铁改为推动中间继电器K1、K2、K3，然后由K1、K2、K3来控制电磁铁4DT、5DT、2DT、3DT。通过K1的常开和常闭点，使4DT和5DT满足了“非”的关系。
图3
图4
对机床的液压和电气系统进行改造，并对滑动齿轮1左端进行倒角修理后，机床主轴变速机构恢复正常，运行平稳、可靠。
4结束语
通过对HC212ДФ1镗铣床主轴变速机构的故障诊断和系统改造。我们得到以下启发：①在一些复杂设备的故障诊断过程中，往往要对故障原因作机、电、液等方面的综合分析，才能找到问题的关键。②在作液压设计时，象Y1这样关键机构的电磁换向阀应具有“记忆”功能，才能保证设备运行的安全性和可靠性。③液压系统中，变速油缸应具有良好的速度调节功能，尽量减少变速冲击。
1 引言
医药小丸包衣制粒机是用于实验室或小批量生产小丸颗粒的制药设备。由于实验室原有的控制系统使用的是十年前的人机界面和PLC，故其硬件均已老化，性能下降，在运行的过程中经常出现死机、黑屏、重启动，甚至某些画面参数不能修改;同时由于无相应的PLC编程器、编程软件和人机界面软件，因此可维修性也差。为了解决这些问题，我们采用西门子S7-200PLC和北京亚控公司的组态王6.05工控组态软件 的控制方案对小丸包衣制粒机的控制系统作了改进。
2 小丸包衣制粒机系统组成
小丸包衣制粒机系统组成如图1所示。小丸包衣制粒机是专门用于实验室或车间小批量生产的。药粉或类似的物料能在流化床中进行干燥、制粒以及包衣等过程。流化床物料容器底部装有筛网，药粉或小丸颗粒等类似的物料被盛放在筛网上。流动的空气经过滤处理后经容器底部的筛网向上流过，当流速达到一定速度时，颗粒(药粉)就会被空气托起，床内粒子就开始流化起来，形成流化床。流化床内的颗粒(药粉)在容器中剧烈搅动，并延伸到容器的扩展区，细微的粉末或轻微的颗粒则被粘附在袋式过滤器上。为了防止袋式过滤器的堵塞，控制滤袋升降的气缸会有一个间歇的抖动操控。空气经过袋式过滤器、控制风量大小的风门和风道被风机引出室外的大气中。在这个过程中，流化床容器内的微粒能完全充分的与空气流接触，并且搅动剧烈，因而能够很好的完成充分干燥，良好制粒，精致包衣等制药过程。
图1 小丸包衣制粒机系统组成
3 系统主要控制要求
小丸包衣制粒机操作的基本控制要求包括五个方面。
(1) 产品温度控制
通过控制进风温度来控制产品温度。进风温度控制精度为±3℃，产品温度控制精度为±2℃。
(2) 进风风量的控制
控制精度为±40m3/h。
(3) 雾化压力的控制
即喷液装置喷射压力的控制，控制精度为±0.1bar。
(4) 密封压力的控制
产品容器必须与扩展仓密封，形成一个密闭的流化床反应器。采用油压装置进行密封，密封压力在35-70bar之间。
(5) 滤袋的抖动控制
抖动有单滤袋抖动和双滤袋抖动，有手动抖袋和自动抖袋。
4 控制方案的选择
4.1 两种不同方案的比较
小丸包衣制粒机的改进有两种方案可供选择，见表1:
在满足控制要求的前提下，控制系统硬件设备的选择应该追求佳的性能价格比。由于该机器的使用频率不高，平均每月一次，同时环境良好，因此采用PC+PLC的控制方案。当机器不用时，PC机可作它用。换句话说，利用公用PC机即可作人机界面。
4.2 PLC硬件配置
根据前面对控制系统的要求，选用西门子S7-200系列PLC。S7-200系列PLC体积小，重量轻、安装方便、功能齐全、配置灵活、运行可靠、编程简单，具有可观的经济性和更强的适应性，完全可以满足上述控制要求。
4.3 人机界面组态软件
组态软件选择北京亚控公司的组态王6.05。这是一款具有易用性、开放性和集成能力的通用组态软件。组态王使用简单，适合各种简单和复杂的任务。只需要进行填表式操作，即可生成适合于用户的“监控和数据采集系统”，可有效用于控制自动化过程, 组态王6.05版是在bbbbbbs2000的平台上运行的，因此选用组态王是较为完善和方便的选择。整个控制系统的构成如图2所示:
图2 控制系统的构成
5 系统硬件设计
控制系统选用西门子S7-200系列PLC，选用了中央处理单元模块CPU224、数字量扩展模块EM223、模拟量输入模块EM231、模拟量输出模EM232、模拟量输入输出模块EM235。其中的中央处理单元模块CPU224外部接线图如图3所示、输入输出地址分配如表2所示。
图3 PLC外部接线图
图4 主程序框图
6 系统软件设计
6.1 PLC程序设计
主程序框图如图4所示，其中子程序0为初始化程序，子程序1为检查扩展模块是否正常，子程序2为模拟量采样子程序，子程序3为对各执行设备输出的采样，子程序4为对各被控量和执行设备异常的报警子程序。由于篇幅所限，各子程序框图在此从略。
6.2 人机界面组态
组态软件选择北京亚控公司的基于bbbbbbS2000平台的工业控制组态软件“组态王”6.05版。只需要进行正常通信设置和填表式操作即可完成人机界面组态。运行组态画面程序和PLC用户程序，根据小丸机操作的顺序功能，点击组态画面上的各个按钮，通过模块上各输出位对应的发光二极管，观察各输出信号的变化是否满足设计的要求。组态画面设计了设备控制、过程控制、过程参数等画面。其中设备控制画面如图5所示。
图5 设备控制画面
7 结束语
由于S7-200系列PLC具有体积小、系统集成度高(电源、主机、机架、开关量输入输出等功能集成一体)、配置灵活、接线简单、安装方便、抗干扰性强等特点，同时与同性能的产品相比，很好的满足了此次系统改造经济上技术上的要求。新系统人机界面友好(全中文界面)，操作简单快捷，运行可靠稳定，受到广大用户的好评。
