西门子6ES7214-2AS23-0XB8原装库存
引言
铁路安全继电器是铁路信号控制系统中的重要执行元件之一，必须在出厂时和使用过程中定期对其电气特性参数进行测试。然而，传统测试设备存在测试精度低，可靠性差，效率低下以及对测试人员要求高等缺点，不能满足现代继电器测试的要求。PLC作为一种新型的控制装置与传统继电器控制系统相比，具有时间响应快，控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易与计算机相连、维修方便、体积小、重量轻、功耗低及高性能等优点。触摸屏也是一种新型的人机交互设备，操作者只需用手触摸计算机显示屏上的图标或文字就能对主机进行操作，这样就摆脱了传统交互设备复杂操作，即使新手也能轻松操作整个设备。因此，既减少了对操作人员的要求，也提高了工作效率。本文采用PLC、触摸屏及相关辅助电路设计了一种综合电器测试台。
2 硬件电路设计
2.1系统概述
该继电器测试台采用欧姆龙CPM2A型号PLC作为控制单元、ET500系列触摸屏实现人机交互，测试普通继电器、接触器、过流继电器、接地继电器的吸合电压（电流）、释放电压（电流）及电磁（电子）式时间继电器的延时时间等参数。图1给出其硬件结构框图。
PLC通过I/O捕获继电器触点动作，通过扩展模拟I/O模块记录待测继电器动作时的电压（电流）值。同时，PLC把检测到的继电器状态和动作信号送人触摸屏显示，并对各种故障报警等。
2.2测试原理
测试前根据待测继电器型号及类型通过触摸屏设定参数，测试开始后可选择自动、人工方式通过PLC控制增（减）电压（电流），待达到待测继电器吸合电压（电流）、释放电压（电流）后，动合接点（衔铁）动作，PLC记录此时的电压（电流）值或和接点传唤时间存入内部数据区，待测试完毕后通过触摸屏显示并打印。
由于测试对象包括直流或交流继电器，电子式或电磁式继电器。电子式又包括共阴或共阳型。因此，该测试台在设计中满足了各种型号、类型继电器的测试需求，其原理如图2所示。系统通过扩展单元的4～20 mA模拟量控制信号选择直流或交流电源。
在测试时间继电器时，被测的是额定电压下继电器的动作延时时间或释放延时时间。考虑到继电器线圈电压从0 V加至额定值需要一定时间，这会带来测量误差。所以该测试台采用在电源输出端加上一个固体继电器（SSR），图2所示的是使系统自动识别延时类型。开始测试时，系统自动调整输出电压为设定的线圈额定电压，然后通过SSR切断输出电压，等待6 s使线圈两端电压降为0 V，然后再触发SSR使之导通，此时设定额定电压直接输出到时间继电器线圈，并开始计时。
当操作人员在测试前选择电磁或电子式时，测试台根据触摸屏传来的参数自动切换辅助继电器J10的触点位置，以完成类型的自动识别。图2中J10触点向上构成电子式测量电路连接，J11为电子式继电器的负载继电器;J10触点向下构成电磁式测量电路连接。在选择电子式的同时还要选择被测继电器为共阴还是共阳极，测试台中采用辅助继电器J12的自动切换来完成共阴和共阳极的切换，触点向右构成共阴极，向左构成共阳极。
3 软件部分设计
继电器测试台的软件设计主要包括PLC控制软件和触摸屏组态软件两部分。由于欧姆龙CPM2A中增加了一个内置的RS232连接器，PLC无需配置专用的通讯模块就能方便地与外部设备进行通信，所以通过触摸屏与PLC之间的RS232传输就能实现实时通信功能，点击触摸屏向PLC发出各种控制信号，PLC接到触摸屏发出的指令信号后执行运算与控制任务。
3.1 PLC控制软件
PLC作为控制单元，是整个系统的控制核心。通过接收开关量和模拟量的输入，经处理后输出开关量和模拟量去控制继电器的动作。PLC控制软件主要由初始化模块、状态检测模块、控制模块、通信模块和故障处理模块组成，如图3所示。
初始化模块用于测试电流、电压、时间和日期的初始化，以及所测继电器类型的选择。状态检测模块用于各组成部分的状态检测和显示，并通知故障处理模块进行故障处理。通信模块用于接收触摸屏传来的参数信息，实现与PLC的通信。控制模块用于电流、电压调节和人工调节。
3.1.1状态检测
状态模块主要是检测继电器的状态转换。由于触点的物理特性。动触点在吸合接触静触点的瞬间往往会先吸合，再以微小的幅值弹开后再次吸合。针对这样的"抖动"，传统测试装置因灵敏度太差，而对测试结果不会造成影响;然而，该测试台因采用PLC检测触点接触，虽然仅仅是不到s，但是PLC会因捕捉到这样的"抖动"而误认为触点吸合了两次或更多次，以致测量无法正常进行。因此，在软件设计中采取了防抖功能，如图4所示。接点不动作时定时器002计时开始，20 ms后输出为"1"。当接点闭合或断开瞬间，辅助继电器20.09或20.10接通一个扫描周期，高速计数器002开始计时，计时到后辅助继电器20.12接通一个扫描周期，表示继电器状态已可靠转换。
3.1.2输出控制
在测试中，当需要对线圈两端升（降）电压（电流）时，为防止电压（电流）上升过快而造成测量误差较大的问题，通过PLC发出0.2 s的定时脉冲。在PLC发出每个脉冲的同时对电压进行增减，步长为0.1 V。但是有时需要快速增加输出，操作人员可以选择手动输出方式，长按时间2 s以上触摸屏上输出增按钮。这种情况下，采用单位输出增量△a为变值来实现。图5所示快速输出增量图。可见，第n-1次输出增量为an-1，第n次输出增量为△an，控制输出增量△a使△an=an-1+1，使每相同时间△t内的输出增量递增，就可实现输出值a的快速增加。人工输出快速减少时其原理一样。
3.1.3故障处理
测试过程中有异常情况时，系统会根据检测的结果进行相应操作。例如，在测量继电器的吸合电压时，假如继电器线圈断线。根据常识在这种情况下无论系统怎么增加电压，触点都不会吸合，继电器都不会动作。因此，当系统加压到一定值后继电器如果还未动作，系统即认为继电器损坏，结束测量，弹出错误报告。还有其他异常情况，诸如打印时未接打印机、调压模块故障等。
3.2触摸屏组态
触摸屏界面由支持软件设计、编译，然后从支持工具下载到触摸屏即可使用。触摸屏与PLC之间通过RS232通信电缆进行连接。由PLC对触摸屏状态控制区和通知区进行读写，以达到两者之间的信息交互。 触摸屏的组态是在EasyBuilder组态软件下完成。根据综合电器测试台的要求，设计了初始界面、测试主控界面、电压测试界面、电流测试界面、接地继电器测试界面、电磁式时间继电器测试界面、电子式时间继电器测试界面和手动输出界面共8个人机交互界面。
图6所示为测试主控界面。其过程为是先完成测试界面各个窗口、按钮的布局;其次为了使触摸屏和PLC能够正常通信，还要对测试界面的各个子窗口、按钮和输入区域进行相应的设置。设置完成后对其编译，编译通过后就可通过RS232通信电缆将组态信息下载至触摸屏中，这样触摸屏和PLC的通信就建立起来了。然后，运行组态软件，操作人员用手触控这些输入区域时，系统将弹出数字字母键盘，如图7信息输入键盘所示。在该界面可以输入设备名称、规格型号、产品编号、操作员代号、上车号、下车号等信息。根据需要测试的项目触控界面中相应的按钮进入相应的测试操作界面。
4 结语
该设计的继电器电器测试台已经投入使用，运行结果证明，基于PLC和触摸屏控制的综合电器测试台的工作效率较传统测试设备有大幅度提高，系统工作稳定。具有下述优点：（1）触摸屏人机界面上设置的各种按钮、开关、信号显示灯、仪表等都是实物的替代品，触控寿命长，大大提高了电器测试的可靠性。（2）触摸屏与PLC的连接通讯是通过软件实现的，不占用PLC的I/O点，只需要小型的PLC即可满足测试台的生产，节省了成本。（3）检测精度远远高于传统测试方式，且安全性高。（4）系统的程序接口简单，用户能够很方便地进行系统的二次开发，配置灵活，适应客户要求，保证了整体系统的灵活性和可伸缩性。
1 引言
传统的普通钻床钻孔的精度和效率受到工人的熟练程度、疲劳程度等人力因素影响较大，要想达到高精度和高效率就十分不容易。基于此问题，我们开发了数控钻床，它可以按照输入的进刀曲线连续工作，始终保持高精度和高效率。
2 控制要求
数控钻床的控制要求为:（1）控制系统应可调整钻孔加工程序选择;（2）不同的加工阶段可以选择不同的加工速度和加工深度。空程的时候的进刀曲线如图1所示，加工的进刀曲线如图2所示:（3）主轴转速应可调节，且范围应宽广。（4）加工精度高，加工深度误差小于0.05mm。
3 系统的硬件设计
根据系统的控制要求配置硬件如下;
控制器:1个西门子公司的s7-200系列cpu222plc;
人机界面:一个dp210;
外设:2个步进电机、2个步进电机驱动器、2个三相电机、1台变频器、1个em222、8个电磁开关、4个光电传感器和1个霍尔传感器。系统的硬件结构如图3所示。
3.1 系统的i/o点分配
由硬件结构图可知，系统需要5个输入点和14个输出点。cpu222plc有8个输入点和6个输出点，因此需要增加一个扩展模块，选用有8点输出的数字量扩展模块em222。输入点是i0.0～i0.7;输出点是q0.0～q0.5和q1.0～q1.7。分配情况见表1和表2;
3.2 控制器
系统的关键设备是plc。plc是以单片机为核心，专门用于工业过程自动化控制的电脑器件，具有极高的可靠性和稳定性。本系统选用西门子公司的s7-200系列cpu222plc作为控制核心，利用cpu222的2路独立的20khz的高速脉冲输出来控制步进电机的运动。此高速脉冲信号不能用来直接驱动步进电机，需通过步进电机驱动器将功率放大后才能起作用。5路数字量输入分别与5个传感器相连接，用来判断钻头位置，步进电机位置，工件的位置。14路数字量输出中，有6路用来控制步进电机驱动器，8路用来控制电磁阀开关。
plc本机有一个通信口，为标准rs-485接口，在plc与上位机进行通信时需将rs-485接口转换为标准rs-232接口，可以采用西门子提供的隔离型pc/ppi电缆进行转换。该电缆有拨码开关可以进行设置。在上位机上将控制软件编写好后，通过此线下载程序并监视程序的运行情况。为了降低成本，在程序调试好以后就可以不必用上位机进行操作和控制，而是用简单的操作面板即可，本系统选用的是dp210操作面板。
3.3 系统的外设
根据系统对钻孔精度的高要求，选用步进电机来控制孔的加工。步进电机可以jingque到一个脉冲，在本系统中一个脉冲的精度是0.005mm。步进电机驱动器用于驱动步进电机，从而控制钻头的动作，完成钻孔。步进电机驱动器接收plc的信号，包括cp步进脉冲信号，dir方向信号，free脱机信号，经过其内部的功放电路和处理电路后输出到后面连接的两相步进电机。步进电机根据信号的变化来产生相应的动作。电磁阀直接接受来自plc的控制信号产生动作。另外，plc直接接受传感器的信号，通过内部程序的运算和逻辑判断来决定输出。
变频器用来控制主轴三相电机的转速。本系统中变频器采用基本参数运行模式，由电位器来设定运行频率，变频器的启动和停止由外部端子控制。根据不同工件的特点，通过旋转电位器来改变主轴电机的转速，外部端子的信号由plc的第12路数字量输出控制。
4 系统的软件设计
系统的软件包括人机交互界面dp210程序和系统的主控程序plc程序。dp210程序完成操作人员同plc之间的对话，主要是各个操作画面之间的相互切换和每个操作画面当中各个按键动作所对应的plc程序的控制位。程序画面要与生产现场的工作流程相适应，越是前面的画面就越是使用频率高的画面。
plc程序接收到dp210的操作信号后，按照工作要求进行整个钻孔工作的控制。主程序的流程图如图4所示。
plc主控程序中的核心控制是对步进电机的控制，启动1#步进电机的程序如图5，控制步进电机方向的程序如图6。
5 结束语
本文所设计的系统操作简单，加工产品范围广，加工精度高，已经成功应用于生产实践当中。该钻床目前已经在某表带生产厂进行表带钻孔生产。自从开始生产以来，系统运行稳定，产品质量显著提高，废品率明显下降。同时，极大的减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率。还可以用于其它精密器件的钻孔，小孔径可达到0.5mm。
