西门子6ES7214-1AD23-0XB8现货库存
1 引言
(1) 三菱F系列变频器外部端子调速可分为模拟量调速和多段速调速
模拟量调速可用电压0~10VDC或电流4~20mADC，进行无级调速。本公司货架组件(横梁)冷弯设备机组便采用多段速闭环变频器调速控制系统;一般采用外部输入端子SD、STF、STR、RL、RM、RH，进行三段速调速。RL、RM、RH是低﹑中﹑高三段速速度选择端子，SD是输入公共端，STF是启动正转信号，STR是启动反转信号。当Y10，Y11有输出时，变频器为低速运行;当Y10，Y12有输出时，为中速运行;当Y10，Y13有输出时为高速运行。三段速分别设置为20Hz、30Hz、45Hz。在模拟量调速时，通过编程，三菱FX2N系列可编程控制器根据操作台发出的信号，选择控制方式:模拟量调速或多段速调速。其控制系统还可以通过DOS操作系统开发编程的微机作为上位机实现控制功能或结合触摸屏技术实现随机动态适时控制或结合触摸屏控制技术来操作控制实现有关功能。
(2) 三菱FX2N系列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，是FX系列中次的超小型程序装置。
本文探讨MELSEC FX2N-32MR在货架组件(横梁)冷弯机组中的应用特点。
2 系统构成
2.1 工艺流程
工艺流程如图1所示:
图1 货架冷弯成型工艺简图
根据货架组件(横梁)的冷弯成型孔型设计及冷弯成型工艺要求，货架组件(横梁)冷弯机组共有12站牌楼构成，钢卷料由站牌楼前的带料导引装置将钢带穿入冷弯机组进行冷弯成型加工，该冷弯机组主动力由22kW的三菱多功能矢量控制变频器和异步变频电机驱动系统构成，各牌楼间的动力传递可采用链传动或齿轮组来实现;主控系统选用MELSEC FX2N-32MR可编程控制器，闭环控制反馈信号由1200p/r的旋转编码器被动测量提供信号开关量并测长，根据所选的编码器的线数以及要走的位置量，确定好对应的计测脉冲数，然后设置PLC，使其在计测到相应的脉冲数时产生相应的动作以实现产品定长切断的jingque控制，其基本长度控制精度可达±0.5mm以上，可重复长度控制误差分布范围大不超过1mm。
2.2 系统硬件结构的主要配置
(1) PLC选用是FX2N-32MR，外加FX2N-232-BD通信模块。各1只;
(2) 触摸屏选用型号为:GP37W2-BG41-24V，或采用微机控制上位机系统;
(3) KOYO旋转编码器TRD-NH1200-RZ及测量辊、24V开关电源，各1台;
(4) 三菱多功能矢量控制变频器:FR-A540-22K-CH变频器，1台;
(5) 三相笼型交流异步电动机:Y系列，4极，22kW，1台;
(6) 其它电气选配件。
3 电气闭环控制系统原理
3.1 无极闭环系统的控制原理
要实现货架组件(横梁)的冷弯成型机组的闭环无级控制，必须根据变频器和变频电机的特性，即:在一定载荷下变频器所存在的理想加速和减速特性曲线，或根据不同的品牌和规格的变频器的特性参考资料、冷弯机组加工件的负荷特性、电机的负荷特性等进行适时调整。基本控制原理如图2所示:
图2 系统闭环控制原理图
3.2 基本控制思想
(1) 据旋转编码器测量反馈的当前速度信号适时调整变频器的输出驱动频率值，从而保证变频电机能以要求的速度平稳运行;其还表现在必须根据具体冷弯产品的成型工艺要求、负荷波动规律等选择相应的速度控制模式，即初时运动加速度与加速控制时间、平稳运行速度与距离、减速运动加速度与控制时间等进行变频器的适时调整，确保主机运行及控制反馈运行过程的平稳，消除不稳定形成的系统超差故障;
(2) 据旋转编码器的脉冲测量数反馈当前冷弯机组主电机的位移信号及预先设定的控制方案适时调整变频器的输出驱动频率值，使变频电机先以较高的速度运行到接近冷弯产品控制切断长度的位置后将速度平稳降到较低的速度下工作，并在切断控制处准确制动停准，必要时可采取机械抱闸系统来辅助快速定位，再通过输出控制点发出切断控制信号实现液压停剪;PLC控制系统在工作过程中实时采集运行数据，并不断地与存放在软件控制数据块里的标准位置参数进行比较和控制决策，从而达到快速准确定位、tigao作业效率的目的，并与监控系统交换工作信息以实现生产管理系统的全面动态管理。
4 负载机械特性和变频器的选型
该系统的电气拖动主要是驱动冷弯轧辊运动，其阻力矩TL取决于冷弯轧辊与钢卷料之间的摩擦力FL与冷弯轧辊半径r的乘积，即TL=FL×r。在这里，冷弯轧辊的半径r是恒定不变的，摩擦力FL的大小与相应的冷弯产品的孔型设计工艺水平、机组的传动效率和相关材料与轧辊间的摩擦系数等有关，与转速高低关系不大。这是典型的恒转矩负载机械特性。可初步选用三菱FR-A540系列变频器。
4.1 三菱FR-A540系列变频器具有的特性
(1) 采用先进的磁通矢量控制。由于采用了精简指令集计算机RISC微处理芯片，使之具有全新的在线自动调整功能，使电机在不影响启动速度的情况下迅速得到调整。
(2) 具有多段速度选择功能:它有高速RH、中速RM、低速RL、第二加/减速时间选择RT、漏型公共输入端SD等端子，可以通过PLC的输出点直接控制输入端子的ON/OFF状态来实现变频器速度的上升、下降和jingque停车。每档速度的大小可由变频器功能预置来设定。
(3) 运用了三菱首创“柔性脉宽调制”(Soft-PWM)开关方式，实现更低噪音运行，并能减少对外射频干扰，有利于邻近的PLC、旋转编码器的可靠运行。
(4) 调速范围:1:120(0.5Hz~60Hz运行时)，且低频运行性能稳定可靠，采用自动调整后，可以在不同的品牌的电机上实现高精度运行。
4.2 变频器的选型
货架组件(横梁)冷弯机组的主要功耗包括:用于货架组件(横梁)弯曲变形功率、克服辊子与工件之间的摩擦阻力及辊子轴承摩擦阻力、克服机组传动阻力及功率损耗，一般采用经验测算方法与简单公式计算后放大倍数的方法共同核算，通常还根据冷弯成型的成功案例进行类比测算，并依此确定具体型号变频器的实际功率。
综合多种因素，笔者选定了三菱FR-A540-22kW-CH变频器。经试验证明:针对货架组件(横梁)的冷弯成型机组采用PGL板反而会出现较大的定位误差，故取消了PGL板设计，仅利用变频器的多段速选择和FR-A540的高性能来实现货架组件(横梁)的冷弯成型的定位控制。
5 外部接口设计
三菱FX2N型PLC内置多个高速计数器。经过测量测试，选择采用两相两计数输入、应答频率为30kHz的C251计数器，将旋转编码器的A、B输出端与PLC的X0、X1输入点相连，可以稳定地捕捉货架组件(横梁)冷弯机组上加工产品所需要的闭环控制反馈信号，实现冷弯产品的加工长度、位置定位后的程序比较及控制信号的输出，实现冷弯产品的定长液压停剪动作。机组大运行速度限制计算为:测量辊周长与应答频率为30kHz的乘积再除旋转编码器的每转脉冲数，如我司选用的测量辊直径为Φ60mm，周长为188.5mm，则每秒大运动位移为:
188.5mm×30000÷1200=4.1725m
远远满足货架组件(横梁)冷弯机组的大运行速度在20m/min的要求。
FX2N-32MR的输出点的外部接线方式为分组式，有COM0~COM3共4个COM点与16个输出点对应，可以灵活地选择输出点的电源形式。
用PLC编写一条32位的高速计数器区间比较复位指令DHSZ，用触摸屏对PLC数据寄存器D赋值，数值以理论脉冲数为基准增减，再与C251记录的编码器脉冲数进行比较，当两个数据相等时，PLC指令变频器和电机停机。经反复赋值试验，可以找到jingque的编码器脉冲总数。然后按照速度控制规律 的各段分配脉冲数，以指导PLC适时向变频器发出速度切换指令。试验时电机采用低速运行，脉冲数或实际长度换算数以实际记录为准。
加速/减速时间的设置是变频器参数设置的关键。冷弯机组遵循加速-运行-减速-低速运行正反转调整-停止为一个运行周期，每一周期中的间隔是冷弯产品的切断过程及系统动作复位。合理设置这些参数，可以调整定位运行的切断控制精度及机组生产效率，使它适合负荷的要求。
6 结束语
PLC+变频器控制实现的多段速系统控制确保了货架冷弯机组的自动化控制要求，具有运行稳定可靠，定位精度高等特点。实践也证明FR-A540-22kW变频器完全满足货架冷弯机组的调速和基本定位控制要求，tigao了生产效率。此种PLC+变频器控制方式也可用于其他需要速度配合及定位控制的电机变频调速系统。
根据今后货架冷弯机组的自动化发展方向，将成型速度的设定与控制理论的发展与应用、成型辊辊型设定与实时调节、具体机械设备的故障诊断的处理与显示等与具体的PLC控制功能和发展相结合，必然能促进货架冷弯机组的自动化发展水平
PLC原理及应用模拟试卷1
一、填空题：（共7小题，每空1分，共30分）
1. PLC（Programmable Logic Controller）是一种工业计算机，它主要由___、___
、 ___和电源等组成。根据PLC的输入/输出总点数及内存容量不同可分为超小型、 ___ 、 ___ 和大型PLC。
2. PLC的程序工作方式分为三个阶段：___ 、___和 ___ 。
3. 三菱公司的FX系列PLC的内部软元件有输入继电器X、___ 、 ___ 、
___ 、___ 、___ 、___、和变址寄存器等。
4. 三菱公司的FX系列PLC型号为FX2N-40MRD，其中数字40的含义是___、字母M的含义是___ 、字母R的含义是 ___ 。
5. 步进顺控指令有两个： ___ 和___ 。步进顺控的基本类型有___、___和循环与跳转顺控。
6. PLC网络包括___ 和PLC通信网络两类。三菱PLC提供了三层通信网络：___ 、 ___ 、___。
7. 针对不同的控制对象，PLC的硬件输出单元为___ 输出、___输出和 ___输出等三种形式。PLC的编程设备有___ 和 ___ 。
二、分析题（共2小题，每小题12分，共24分）
1. 如图1所示为PLC控制三相异步电动机的Y-△起动，其中SB1为停止按钮，SB2为起动按钮，FR为过载保护触点；KM1、KM3通电，电动机Y起动；KM1、KM2通电，起动停止，电动机△正常运行。试说明起动、停止、过载保护的控制实现原理。
图1
2. 图2所示为闪光频率可变的闪烁电路控制程序，试分析程序控制的工作原理。
图2
三、编程题：（共2小题，每小题12分，共24分）
1. 写出图3所示梯形图程序的指令表程序。
2. 写出图4所示指令表的梯形图程序。
图4
四、设计题：（共1小题，每小题22分，共22分）
1. 试设计三个喷水头的PLC控制装置。要求如下：
（1）画出PLC的I/O硬件接线图；
（2）试用MOV指令编写Y000、Y001、Y002三个喷水头花样方式喷水梯形图程序，喷水花样自行设计。
（3）写出指令表程序。
一、PLC在电气控制中的应用
1.1 开关量逻辑的控制
这是PLC控制技术中基本、广泛的应用领域。替代了传统的继电器电路，并同时实现顺序控制及逻辑控制，既适用于单台设备的控制，也可以应用于自动化流水线中，如生产线、组合机床、磨床、镗床和龙门刨床等。
1.2控制模拟量
在实际工业生产过程中，会出现很多连续变化的物理量，如温度、速度、liuliang、液位、压力等模拟量。这些模拟量可通过数字量之间D/A转换和A/D转换得以实现，确保编程器对模拟量实现处理。
1.3 集中式控制系统
集中式控制系统主要采用一台功能较强大的PLC监视系统、对多个设备进行控制，已形成“中央集中式”的计算机控制体系。在该项系统中，每个设备之间的连锁、联络关系以及运行顺序等都由中央PLC来统一完成。可见，集中式控制系统比单机控制系统的成本低，更经济实惠。但如果其中一个控制对象的程序需要做出改变，就要停止中央PLC的控制，同时其他控制对象也随之停止运行。
1.4 分散控制系统
在分散控制系统中，每一个控制对象都需要设置一台PLC，每台PLC之间能通过信号的传递而产生内部响应、发令或连锁等，或者可由上位机通过数据通信总线完成通信任务。分散控制系统中采取多台机械生产线控制的方式，每条生产线之间都有数据相连接，由于每个控制对象都是由自身的PLC来控制，所以如果某台PLC运行停止，对其他PLC不会产生影响。随着技术的不断进步，目前可由PLC承担底层的控制任务，通过网络连接，将PLC和过程控制二者结合。
1.5 运动控制
PLC能够对圆周运动或者直线运动进行控制。在控制机构的配置中，过去进行的为直接应用于传感器及执行机构中，而现在则可以采取专用的运动控制模块。例如多轴位置的控制模块、伺服电机其单轴、可驱动步进电机等，PLC可广泛应用于机器人、机械、电梯、机床等多种场合。
1.6 数据处理的应用
PLC在数据处理过程中，具备数据传送、数据转换、数学运算、查表、排序及操作等功能，并完成对数据的采集、分析与处理。这些数据可以与存储于存储器中的数据同时具备参考价值，并完成控制操作。另外，这些数据也可以通过通信功能的实现而传输到智能装置中，或者打印成表。目前数据处理多应用于大型控制系统中，如过程控制系统、柔性制造系统等。
由上可见，在指定范围内，可编程序控制器以其高性能价格取胜，并凭借其适应性强、可靠性高、使用方便等突出特点在自动化控制领域广泛应用。再加上PLC制造成本的不断下降、功能的不断加强，已成为工业企业的设备。
二.总体设计方案
1、硬件设计
根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电气控制系统原理接线图。
2、软件设计
（1）软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。
（2）模拟调试。将设计好的程序下载到PLC主单元中。由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。
三、编程设计
3.1 程序结构图
3.2流水灯程序
3.3 程序分析
开始时MO、T0、T1和T2均为OFF，当按下启动按钮X0后，使M0变为ON，M0的常开触点接通自锁M0，同时使Y0变为ON。T0线圈通电0.5S后，T0的常开触点接通T1的线圈，使Y1为ON,T0的常闭触点断开，使Y0为OFF。T1线圈通电0.5S后，T1的常开触点接通T2的线圈，使Y2为ON,T2的常闭触点断开，使Y1为OFF。T2线圈通电0.5S后，T2的常闭触点断开，使T0、T1、T2和Y2线圈断电，其所有触点全部复位，T0又开始新的一轮定时。以后Y0、Y1、Y2的线圈都将这样周期性地通电和断电，直到按下停止按钮X1，使M0变为OFF，Y0、Y1、Y2通电和断电的时间分别等于T0、T1和T2的设定值。
四、 设计心得
学习梯形图语言的基本数据结构：
（1） 出入继电器（X） 输入继电器与PLC的输入端子相连，是PLC接收外部开关信号的接口。输入继电器是光电隔离的电子继电器，其线圈、常开、常闭触点与传统硬继电器表示方法一致。
（2） 输出继电器（Y） 输出继电器的外部输出接点连接到PLC的输出端子上，输出继电器是PLC用来传送信号到外部负载的元件。没一个输出继电器有一个外部输出的常开触点，但在梯形图中，每一个输出继电器的常开触点和常闭触点都可以多次使用。
（3） 辅助继电器（M） PLC内部有大量的辅助继电器，辅助继电器是靠软件实现其功能，他们不能接收外部的输入信号，也不能直接驱动外部负载，只是一种内部的状态标志，相当于继电器控制系统中的中间继电器，但它的常开常闭触点在PLC编程中可以无限次地使用。
（4） 定时器（T） 计时器在PLC中的作用相当于一个时间继电器。它有一个设定值寄存器，一个当前值寄存器，以及无限个接点。
