西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8产品特点

目前，市场上流行的注塑机专用机械手就控制系统而言都是使用专用的微处理机加接口组成的小控制系统。在机械构造方面，当定位精度要求不高时采用时规皮带传动，行走部分配置滑线导轨，由变频调速器调速控制。本文提出一种基于PLC控制的注塑机专用机械手，充分利用PLC灵活控制的特点，行走部分配置滑线导轨，采用斜齿轮齿条传动和变频调速控制;是一种高性价比的机电一体化设备。文章分别从机械构造和电气控制两个层面对该机作了较为完整的论述。

    1  引言
                           
    在塑胶制品中，以制品的加工方法不同来分类，主要可以分为四大类。一为注塑成型产品;二为吹塑成型产品;三为挤出成型产品;四为压延成型产品。其中应用面广、品种多、精密度高的，当数注塑成品产品类，小到日常生活用品中的锅瓢碗盏、儿童玩具，大到精密工业设备上的零部件，随着各种高分子新材料的不断涌现，许多金属零部件亦有不断被这些新材料逐步取代的趋势。为配合注塑成型产品自动化生产要求，为保证制品的高品质高效率，必须尽量减少人工的干预，基于上述思想，许多注塑机生产厂家将注塑机专用机械手的装置列入了客户辅助选用件的范围。
                     
    然而,对于原有注射机而言，绝大多数都没有此项装置，因此，开发适合注塑机使用的专用辅助机械手，就成了tisheng厂家产品的竞争力的一种重要手段和必然选择。

    2  行业状况
                           
    各种类型机械手是自动化生产中必不可少的重要设备。尤其是在危险场合，在严重威胁人们安全和健康的环境下，采用机械手代替人，具有十分重要的意义。
                           
    珠江三角洲地区塑胶工业是十分发达的，在国内居地位，在国际上珠三角也有世界工厂之称。目前，该行业使用的注射机专用机械手以台湾生产的居多，如台湾劲力公司生产的劲力牌机械手、台湾威得客国际股份有限公司生产的“威得客”W255系列注射机专用机械手,等等。
   
    剖析此类机械手的结构，其电气控制系统一般均采用微型计算机小系统或单片机系统，机械手驱动部分采用气动驱动，变频调速驱动和伺服驱动。在机械构造方面采用滑线导轨结构配时规皮带传动，或用滚珠齿轮齿条结构配滑线导轨。总体设计思想，都是尽量采用成熟的控制技术和机械零件与机构搭配而成。

    3  基于PLC控制的注塑机专用机械手
   
   上述注塑机专用机械手, 就机械手制造厂家而言, 由于是专用辅助设备因而售价较高, 尤其用于对原有注塑机的设备改造上, 经济上似乎“得不偿失”之嫌。所谓“高性能价格比”的注塑机专用机械手就成了所有注塑制品生产厂家利用原有注塑机设备tisheng产品质量的重要选择和大需求。

    3.1 以PLC为核心的控制系统
   
    PLC是一种以微处理器为核心, 并综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型工业自动控制装置。它的大特点就是体积小, 功能强, 响应速度快，可靠性高。控制过程均通过以梯形图的方式编程。随时可依生产工艺的不同要求而随机修改，还具有可扩展性。现在由于PLC均由世界上有名的电气控制设备制造商化研究开发和批量生产, 故由于生产成本低而导致价格便宜。随着全球经济一体化进程的加快, 市场竞争导致其价格有进一步下调的空间, 为各行业上广泛采用此种控制系统提供了有利条件。其控制系统原理图如图1所示。

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    图1 PLC控制系统框图

    图中人机界面亦采用技术上及工艺上均已十分熟悉的5.7"单色触摸屏, 采用手持式结构, 通过对话式操作界面，全中文模式，简单易学。内建程序可以随心所欲的搭配使用, 可自动监测故障并纪录。可随时修改三个坐标轴的运动参数及横行轴变频调速器的各项参数，以满足产品工艺要求。PLC通过读取注塑机的开合模信号和顶针信号，通过程序运行从而保证机械手与注塑机工作安全协调。

    3.2 机电一体化机械传动模式
                           
    在当今技术更新愈来愈快的时代，谁跟上技术发展的脚步，谁就有可能获得市场。目前，市场上流行的注塑机专用机械手，无一不是沿用上述思路来设计的。本文将上述思想引伸为一种设计模式:积木式结构。即将系统中相对独立的部件，在满足系统工艺要求的前提下，采用高性能价格比的机构予以配置。针对本系统的结构，横行轴采用变频器马达配减速机构驱动;上下轴及引拔轴使用气缸驱动。在横行、引拔、上下行走机构上均使用进口的高刚型线性滑轨。上下行轴及引拔轴装配支座均使用市售高刚型的铝合金型材，横行轴采用斜齿轮齿条传动。，高性价比的机械配置加高性价比的控制系统，由此催生了极具市场竞争力的注塑机专用机械手。
          
    根据上述设计思想，以OMRON公司的CPM2AE为例，该型号是专为中国客户推出的PLC，具有极高的性价比，笔者以此为核心，配上触摸屏和LG变频器，再辅以上述机械传动部件，即构成了注塑机专用机械手的硬件部分，而软件编程则以应用工程师十分熟悉的梯行图语言来编写，相信也并非难事。该注塑机专用机械手已应用于生产。造价较市场上同类型机低近2万元。
   
    4  结束语
                           
    实践证明，利用十分成熟的PLC技术和变频器调速技术以及十分成熟先进的机械传动构件，采用积木式架构，应用工程师就可以迅速地为企业设计制造出生产急需的机电一体化设备。成为在设备改造、升级，tigao产品质量，参与市场竞争的有力武器。

喷气织机的引纬方式是用喷射出的压缩气流对纬纱进行牵引，将纬纱带过梭口，大特点是车速快、劳动生产率高，适用于平纹和纹路织物、细特高密织物和批量大的织物的生产，是无梭织机中先进，为成熟的产品。

喷气织机通过张力传感器检测经纱总张力，由 CPU 控制由开口、松经、送经、经轴的卷径变化而发生的经纱张力变化，从而保证送经精度并使经纱保持恒定的张力。并采用电控送经机构，根据织机停台时间由计算机控制伸长，使织轴倒转。

由于喷气织机采用了微机技术以及其他电子技术，对全机的运动进行控制，尤其对产品质量的自动监控，使得喷气织机的生产效率大大tigao，产品质量得到保障。织机上还安装了很多监控传感器，使得织机具有自动运行及程序控制的功能。

目前国产喷气织机电控系统都基本上要求具备了以下功能：

1、 电子卷取功能；

2、 电子送经：有单经轴、双经轴两种；

3、 储纬控制：4色自由选纬，主要的储纬方式有FDP和IRO定长型两种；

4、 引纬控制：多有4个主喷、4个剪切喷或辅助主喷嘴、18个辅喷、1个牵伸喷的高低压控制；

5、 电子多臂：16片电子多臂；

6、 织机的动作控制：正转、反转、快车、停车、正找纬、反找纬、急停、短纬、长纬、断经、绞边、废边断纱检测等的检测；

7、 门幅越来越宽，一般到360毫米，入纬率越来越高，一般到1800米/分钟；

由 于国产纺织机械要求电气控制系统，性能高、稳定性好、维修方便、故障率低，好买回来就能用，用几年也不要保养维修，因为厂家基本没有的电气维修工程 师；要求能适应高温高湿、多毛羽和粉尘，电源波动大，群机干扰大，连续24小时不间断长期工作，大部分厂条件一般都比较差；总之各种市场很大，要求很严 格，但对价格控制更紧。

在OMRON喷气织机整体应用方案中（右图为OMRON喷气织机控制系统实物图），角度传感器采用了OMRON公司的E6B2-C型增量型光电编码器，可准确地给出织机任何定位角度，控制精度达1度。此编码器一路给PLC提供角度信号，一路给阀门控制板提供角度信号。

主控部分采用OMRON公司CP1H系列CP1H-XA40DT-D可编程序控制器，该PLC内置功能强大，具体功能及控制对象如下：

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内置4轴高速计数功能（单相100kHz，相位差50 kHz），接入旋编信号，在选用360P/R编码器，车速为1200转/分时，高速计数器输入脉冲频率为7.2KHZ，有很大余量。

CP1H内置8点中断输入功能，可捕捉宽度为50uS脉冲，响应频率为5kHz。当使用FDP储纬器时，FDP的FP信号及编码信号采用中断输入，当FDP高3000转/分时，频率为1.2KHZ，4个FDP用4路中断，完全达到要求。

CP1H内置4路模拟量输入2路模拟量输出功能，大分别率为1/12000，经纱张力信号通过内置的模拟量输入进PLC。2路模拟量输出可控制两只FDP驱动用的变频器，来调节FDP电机转速，控制纬纱张力。

CP1H 还内置了4轴脉冲（100 kHz）的定位功能。电子卷取和电子送经（双经轴）系统多是3轴伺服电机，配合采用OMRON公司的SMARTSTEP Z系列交流伺服电机可实现位置控制，卷取主动棍定位精度可达0.0001毫米，送经经轴定位精度可达0.0005°，足够满足织造要求。

通过CP1H内置的两个RS232C或RS485通讯口之一的RS485口和触摸屏通讯，适合于显示器和电箱分离式的环境，用一个RS232C口和阀门控制板通讯，满足快速控制的要求。

欧姆龙系统方案配置图

送经卷取系统采用OMRON公司的SMARTSTEP Z系列交流伺服电机，具有体积小，节省安装空间；设定方便，设定极其简单；完全自动调整，不会失调等优点。

储 纬控制系统采用OMRON公司的3G3MZ变频器，该变频器搭载了自动调整功能的无传感器矢量控制，控制性和应答性有了很大的tigao，内置的CE规格的噪音 滤波器，不会对别的设备造成影响。外型新颖，接线方便。FDP的转速反馈用中断方式进PLC，根据设定选纬程序和每纬放纱圈数，并和车速连动，通过PID 运算后，由PLC的模拟量输出到变频器，调节FDP电机的转速，控制纬纱张力，达到稳定放纱和储纱的要求。

喷气织机的显示器采用OMRON的5.7英寸16级灰度单色屏NT5Z或者NS系列 8英寸彩屏通过其独有的SAP程序库、支持多达1000种配方以及多语言切换功能，与欧姆龙控制器与器件之间进行了简易化的连接和画面制作，大幅度节约了产品开发时间。

采用OMRON公司整体解决方案后，优化了喷气织机的工艺结构，使其控制核心更加简单、可靠、稳定，更增加了抗干扰能力，降低了故障率低。

 主控单元采用C200HE PLC是OMRON公司的中小型PLC产品，方便实现扩展性优良的生产现场；它能进一步增强PC的基本功能，可靠，方便的数据处理tigao生产现场工作效率； CX-Programmer是OMRON开发的应用于C200H PLC的编程软件，运行在bbbbbbs2000操作系统中，在自动化工程各方面具有友好的用户功能。它致力生产现场情报化充实适应bbbbbbs的软 件；它的单元品种齐全，对各种各样的机械设备实现佳控制。

1 工艺简介

本例根据原水水 质条件、锅炉汽水系统对补给水的水质要求，锅炉补给水处理系统流程为：原水→原水箱→原水泵→热交换器→多介质过滤器→活性炭过滤器→反渗透预脱盐系统→ 中间水箱→中间水泵→混和离子交换床→除盐水箱→除盐水泵→主厂房。另外包括过滤器反洗系统、混合离子交换床再生系统、加药系统等。

原水箱用于贮存进入本系统的原水，其目的是为了调节进水liuliang的变化，防止进水波动影响到系统运行，保证系统的进水量及进水水质的稳定。

原水泵是为预处理系统提供充足的原水liuliang和压力。

热交换器的作用是使进水维持在一定的温度范围之内，以利于保证反渗透系统出力的稳定。

多介质过滤器的作用是滤除原水带来的细小颗粒、悬浮物、胶体，有机物等杂质，以及经加药后形成的矾花，从而保证其出水SDI（污染指数）≤4。

活性炭过滤器的作用是去除水中低分子有机物，游离氯，也能较少水中异味，色度和嗅味。

反渗透预脱盐系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分，胶体，有机物及微生物。

中间水箱使反渗透产水侧承受较低的压力，避免反渗透膜受到背压而导致不可恢复的损坏，同时缓冲由于后级离子交换系统阀门切换时造成的压力波动，并可通过中间水箱的液位控制反渗透的启、停运行。

中间水泵的作用是为后续水处理系统提供稳定的压力和水量。

混和离子交换床的作用是将反渗透产水中留存的离子进一步去除。

除盐水箱用于贮存本系统的产水，其目的是为了保证锅炉供水水量的稳定。

除盐水泵的作用是为锅炉系统提供稳定的压力和水量。

图1锅炉补给水处理流程

2 控制系统配置及说明

2.1 总体控制要求及功能

电 厂锅炉补给水处理自控系统的要求是对水处理过程进行自动控制和自动调节，使处理后的水质指标达到要求的范围。在公司水处理控制室上位机发出指令时，将当前 时刻运行过程中的主要工作参数（水质参数、liuliang、液位等）、运行状态及一定时间段内的主要工艺过程曲线等信息由现场上传到水处理控制室上位机。

功能如下：

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控制操作：在水处理控制室能对被控设备进行在线实时控制。

显示功能：用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及现场的状态参数。

数据管理：依据不同运行参数的变化快慢和重要程度，建立生产历史数据库，存储生产原始数据，供统计分析使用。利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析，得出一些有用的经验参数，有利于优化控制，并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和报表中去。

报警功能：当某一模拟量（如liuliang、电导、水位等）测量值超过给定范围或某一开关量（如电机启停、阀门开关）发生变位时，可根据不同的需要发出不同等级的报警。另外还可对PLC进行诊断报警。

打印功能：可以实现报表和趋势打印以及各种事件和报警实时打印。

图2 锅炉补给水处理控制系统配置

2.2 PLC程序结构及实现

2.2.1 本工程根据工艺特点，在PLC编程中采用子程序调用的形式，这样不仅程序可读性强，而且缩短PLC程序扫描周期。以反渗透除盐系统控制程序为例，根据工艺 要求反渗透除盐系统控制程序包括反渗透装置阀门上位机软手操控制（ROSoftoperation），反渗透除盐系统备用控制（ROStandby），反 渗透除盐系统运行控制（RORunning）和反渗透除盐系统冲洗控制（RORinse）。这四种工作状态在同一时刻是唯一的，我们可将其做成子程序的方 式，被反渗透程序（RO）调用。反渗透程序（RO）又和报警程序（Alarm）、泵控制程序（PumpControl）、模拟量处理程序 （AD003Setting）、地址转换程序（IOConvert）、液位联锁程序（LevelInterlock）等作为子程序被控制主程序 （MainProgram）调用，这样做大大缩短了PLC的扫描时间，而且控制思路清晰，程序可读性强。操作人员只需在上位机上发出简单的指令如，软手操 请求、运行请求、冲洗请求等，控制程序即可按照工艺要求步骤对现场设备进行控制。

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图3 控制系统部分人机界面

图4 PLC程序结构图

对于OMRON PLC C200HE控制器的编程软件CX-Programmer来说，通过简单的指令既可以实现子程序调用。例如：

在控制主程序中写入下面的指令，用来调用“0”号子程序：

在“0”号子程序中的首端写入下面的指令：

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在“0”号子程序中的末端写入下面的指令：

这样就完成了主程序对子程序的调用和子程序的返回。

本 工程使用的模拟量输入模块是OMRON 的AD003，该模块的实际使用通道数和模拟量电信号类型可以通过PLC指令灵活配置。本例中每个模拟量输入模块所包含的8个通道均配置成使用状态，模拟 量电信号类型配置成4~20mA。在模拟量处理程序（AD003Setting）中写入的指令如下：

对于OMRON C200HE PLC的模拟量输入模块AD003来说，当来自仪表的4~20mA信号不在4~20mA范围内（低于零点或超出量程）时，AD003模块会将现场模拟量值 转换成大于1000（16位的二进制数）的数值，相应在上位机上会显示该模拟量的满量程值。造成显示错误，引起操作人员误解。为了避免这种现象发生，我们 需要在程序中去除超出范围（小于0000(4mA)和大于1000(20mA)）的干扰信号。具体指令如

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下：

对于OMRON PLC与上位机交换的地址，建议将其放在控制主程序中，转成HR保持数据区格式。

3 结语

此控制系统运行系统稳定、可靠。极大地tigao了劳动生产率，该系统有效地解决了生产中的很多问题，如减少了生产过程中的突发故障，缩短了生产准备时间和抢修时间，减少了工人的劳动强度，为电厂锅炉补给水处理创造了可观的经济效益和社会效益，达到了节能、降耗的目的。