西门子6ES7223-1PL22-0XA8使用选型
汽车转向泵是一种中汽车的零部件，它由多种零件组成，需要借助不同的设备，按照一定的工序把它们组装起来。在整个过程中，不仅要完成基本的装配，还要对过程中诸如压力、位移、时间等参数进行实时监控，以满足工艺所提出的严格要求，保证装配质量。汽车转向泵自动装配线就是完成上述功能的一组设备，它是由多个工位组成的一条流水生产线，每个工位分别由1台可编程控制器控制，以实现不同的功能。
1 设备及工艺要求
整个装配线共有12个工位，其工艺流程如图1所示。
图1 汽车转向泵自动装配线工艺流程图
WS1.1工位用于把滚针轴承压入端盖孔内。其工作过程如下：先把端盖放在压台上，再把滚针轴承放入压头槽内，然后同时揿下双手按钮，如果轴承方向正确，则夹具锁紧，压机下压，否则，红灯闪烁报警，压机不工作，同时OP3操作面板上显示有关错误信息。当压机下压时，系统启动CoMoⅡ-S智能测量仪表，对压力和位移进行检测，如果结果合格，则绿灯亮，压机退回，夹具松开，可以将零件转入下道工序；如果结果不合格，则红灯亮，按下复位按钮后，夹具松开，取出零件，并让它通过废品确认检测点，再放入废品盒内，延迟数秒钟以后，方能重复下次循环，每次装配的结果都能以文本方式即时在OP3操作面板上显示出来。
根据工艺要求，不仅终压力应控制在一定的范围，压入深度即位移量达到一定值，而且要求过程中的压力和位移也应满足一定的对应关系，不同的位移，对应的压力应控制在一定的范围，否则，加工出的零件不合格。为了能实时检测压力和位移，得出两者间的在线关系曲线，并据此对过程作出评估，采用了Kistler的CoMoⅡ-S智能测量仪表。这种新型监测仪表，内置电荷和电压放大器，可以同时采集压力及位移传感器两路模拟输入信号，自动选择量程和不同的坐标及佳刻度，得出测量曲线，具有阀值、容差带、方框和终位等多种分析功能，可以根据需要选择不同的组合对各种过程进行分析和监测，并能方便地与PLC接口。压机及其它机构的动作全部由气压驱动，为使压力平稳，选用了TOX气液增力缸作为压力元件，由电磁阀控制其升降。
2 系统设计
2.1 硬件组成
根据该工位输入输出信号的点数及控制要求，选用了性价比很高的SIEMENS S7-214 PLC作为控制核心，同时还扩展了一块EM223数字量模块，此外，系统还包括直流电源模块，双手操作按钮控制模块以及PLC编程用的与PC连接的PC/PPI电缆等，系统硬件结构如图2所示。
图2 系统硬件结构图
为了实现人机对话功能，如系统状态及变量显示、参数修改等，还扩展了1台OP3操作面板，它通过一根专用电缆与PLC的本机通讯口连接。
2.2 控制软件设计
控制程序采肧TEP7——Micro/WIN软件以语句表方式编写，不需专用的编程器，而OP3操作面板则采用ProTool组态软件编程。系统控制程序分自动和手动两部分。在手动部分，通过OP3可分别操纵所有运动机构的动作，包括压机、夹具的作用、CoMoⅡ-S智能仪表的参数集选择及启动，便于系统调试。在自动部分，所有动作按要求顺序完成。为了使PLC与OP3之间相互交换信息，程序中定义了一些内部标志寄存器位，同时还使用了顺序继电器指令，使各程序步之间互锁，提高了系统可靠性。自动部分程序流程如图3所示。
图3 控制软件流程图
3 结束语
汽车转向泵自动装配线采用PLC控制，不仅简化了系统，提高了设备可靠性，也大大提高了成品率，通过操作面板修改系统参数可以装配4种不同的产品，现场的各种信息，如工作状态、故障信息等可以声光报警及文字形式表示出来，方便了设备的操作和维护。该装配线自1999年10月在南京金志集团投入运行以来，工作稳定可靠，加工出的产品经国外设备的严格测试，性能完全符合要求，取得了良好的效果
在制造业现代化高速发展的，生产的高效率和产品的高质量要求使得一些高精度电气系统和高性能自动控制系统应运而生，同时也使许多普通电气控制系统难以解决的问题变得相对的简单一些，并且在很大程度上增加了自动控制系统的稳定性。三菱电机有限公司目前推出的Q系列PLC以及Q系列运动控制器Q172CPUN和Q173CPUN就是专门针对需要高精度电气控制的产品。下面对Q系列PLC以及Q系列运动控制器系统和三菱驱动伺服（MR-J2S-口B）以及机械结构介绍如下:
连轴压模设备工艺
工艺简介
该设备是压模生产厂家自行开发的三轴伺服高速高精度同步连轴压模机组。但根据加工不同产品和相应的工艺以及控制精度的需要，该设备实际由5个伺服轴和1个变频主轴组成。中间3个伺服轴为连轴同步轴。在中间三轴伺服同步连轴压模机组前后分别有1个伺服放料轴和伺服收料控制轴，分别用于在自动控制过程中的放料动作和收料动作。压模的模具由变频主轴直接驱动，由于压模模具下压进行压模加工动作时，被加工的物料必须静止地保持在加工台面上才能保证加工物料的高精度和高稳定性。因此系统的生产过程中，被加工的物料动作并不是连续的;而是断续的。经过一高速高精度定位后就静止停在被加工台面上等待压模动作。这样一来加工的物料之间虽然有张力但很难被准确检测出来，这就增加了控制的难度。于是在三轴伺服同步连轴压模机组前后的伺服放料轴和伺服收料控制轴分别加了位置检测开关，用来模糊控制放料和收料之间的张力，而没有采用压力传感器来检测压力进行控制张力。其系统工艺控制图如图1:
图1 系统工艺控制图
工艺动作说明
如图1，当整个系统初启动时，变频主轴首先得到启动命令旋转起来，并负责给模具一和模具二直接提供动力驱动。在变频主轴的轴承上套轴连接了一个高速光电位置检测开关，用于检测变频主轴的旋转次数，也就说变频主轴每旋转一转，高速光电位置检测开关就给出一个高速脉冲信号给Q-PLC。Q-PLC将其传送给运动控制器。运动控制器利用这一个高速光电脉冲信号作为同步一、二、三轴的位置同步控制启动信号。进行高速同步定位控制，高速同步定位控完成后。由Q-PLC程序控制过程中输出一个定位完成信号，定位完成信号作为模具一和模具二的向下压模动作启动信号，压模动作动作完成后，模具一和模具二自动返回。等待下一个周期的到来。
系统控制部分启动时时序图
系统控制部分启动时时序图见图2所示
图2 系统控制部分启动时时序图
放料轴收料轴控制
放料轴和收料轴则采用速度控制，放料轴检测到物带在检测一位置时，则启动速度控制，当放料轴检测到物带在检测二位置时，则停止速度控制。收料轴也采用速度控制，收料轴检测到物带在检测二位置时，则启动速度控制，当放料轴检测到物带在检测一位置时，则停止速度控制。利用这样方式可以不考虑放料和收料轴的半径的改变。
系统硬件配置
该系统采用了三菱公司的Q系列PLC（Q02CPU）和MOTION运动控制器（Q172CPUN）作为整个系统的电气控制部分。Q02CPU主要用于协调整个控制程序的运行和管理，Q172CPUN运动控制器作为系统的运动控制处理器，协调和控制整个系统的运动定位控制。A970GOT-TBA-CH人机界面主要用于控制数据的输入和显示。如图3所示。
图3 系统硬件配置图
伺服放大器采用了三菱电机MR-J2S-40B，该伺服放大器具有SSCNET高速串行总线通讯完全同步功能，控制器和伺服放大器之间的通讯循环时间长为0.888ms。这样一来可以确保整个系统的高速响应和控制精度。
Q系列的运动控制器的功能
Q系列的运动控制器采用运动SFC专用编程软件编程，如图4所示。该软件采用流程图形式编程。编程介面形象、直观、易懂。十分适合初学者使用。并且其功能强大。主要分为实模式和虚模式二种形式。
图4 SFC专用编程软件系统配置图
实模式
实模式下提供了6种原点回归方式:
近点DOG型;计数型;数据设置型;DOG支架型;停止器停止型;限位开关混合型。
另外在实模式下还有各轴JOG操作功能以及多种速度控制功能和多种定位控制功能，并且实现多四轴插补控制。
虚模式
虚模式下提供了多种传递模块和输出模块。其中传递模块有以下四种:
齿轮输入模块;离合器输入模块;变速机输入模块;变速齿轮输入模块。
输出模块有以下四种:
滚简输出模块;滚珠丝杆输出模块; 回转台输出模块;凸轮输出模块。
在虚模式下可以设置虚模电机进行多轴同步控制。其控制图如如图5所示:
图5 三轴同步虚模式机械控制图
图5中V.1电机为虚拟电机。可以通过虚模式程式对其进行速度控制和定位控制，从而实现其虚轴上的3个电机的高速高精度同步控制。
在Q系列运动控制器的SFC专用编程软件编程过程中实模式和虚模式很容易地被用户切换。可以灵活地现实多功能的复杂控制。
调试和用户反馈
当客户将电气设备和机械设备安装完毕后，经检查无接线错误后次上电，伺服电机动作并不是很理想，个别电机有轻微的抖动。可以用SETUP161E调试软件进行细致的调试。增加其滤波功能，提高伺服电机的响应频率。确保整个系统高速、稳定地运行。
、 引言
随着社会经济的发展，工业的迅速兴起，使得一些10KV配电系统大幅度增加，配电系统的简便性、可靠性、安全性、节能性、性价比显得尤其重要。
目前，传统的10KV配电系统还是采用继电器系统和分布监测计量、分布控制方式，而采用PLC（可编程序控制器）系统集中控制和集中监测计量方式，有利于提高配电系统的运行管理自动化水平，保证配电的安全稳定，还能减少运行人员的工作强度提，安全可靠。
2、 继电器系统和PLC系统的比较
PLC（可编程序控制器）是近几十年来发展起来的一种新型工业控制器，由于它编程灵活，功能齐全，应用广泛比继电器系统的控制简单，使用方便，抗干扰力强，，工作寿命高，而其本身具有体积小，重量轻，耗电省等特点。继电器系统有明显的缺点：体积大，可靠性低，工作寿命短，查找故障困难，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成系统，所以接线复杂，对于生产工艺的变化的适应性差，不便实现集中控制；而PLC的安装和现场接线简便，可以应用其内部的软继电器简化继电器系统的繁杂中间环节，实现软接线逻辑构成系统，方便集中控制，除此之外，PLC还具有自诊断、故障报警、故障报警种类显示及网络通讯功能，便于操作和维修人员检查。
3、 集中控制、集中监测计量在10KV配电一次系统中的应用举例
在一个10KV配电一次系统中，有两台1000KVA变压器并联运行。图1为该配电一次系统的原理图。
图1 10KV配电一次系统原理图
3.1 PLC在集中控制中的地位
在配电一次系统中继电器系统主要集中在总受柜和变压器配出柜内，应用PLC系统来代替继电器系统，可以减少柜与柜之间的硬连线，省去很多继电器，简化工艺，降低系统制作成本，提高配电系统的可靠性，安全性和节能性。PLC系统框图如图2所示。
图2 PLC系统框图
PLC是整个系统的神经中枢，所有控制，保护，工作状态指示都通过PLC内部的虚拟继电器通过软连线配合外部给定开关量和信号来完成。控制电压在安全电压以下，可以提高工作的安全性，远离高压室进行操作，可以避免工作人员的误操作，一站式控制，可以提高工作效率，减少工作人员的劳动强度。用两条现场总线就可以实现整个系统的信号传输，通过PLC的工作状态和报警指示，便于工作和维修人员的故障排除。另外，与继电器相比，PLC的免维护性高，工作寿命长。
3.2 PLC的I/O分配
10KV配电一次系统中，除了上电断电控制外，还有对变压器的过流，欠压和瓦斯保护。我们以欧姆龙CAMP2AH40点的PLC为例进行I/O分配，如表1所示。上断电控制是开关量，选用控制按钮即可，过流，欠压和瓦斯保护涉及自动检测技术，选用智能传感器来实现，可以提高保护的可靠性。
表1 PLCI/O分配表
3.3 10KV配电一次系统集中控制、集中监测计量的设计
配电系统是供电网的神经中枢。配电系统的正常工作和我们的生活保障及工作秩序密不可分，这就要求它有更高的可靠性；配电系统的智能化、节能、操作简便、方便维护是经济高速发展的需要；配电系统操作和维护对工作人员的安全系数要求更高、劳动强度更低和设备的性价比更高是用户所希望的。综合以上几点，我们对10KV配电一次系统作了如下改进，应用PLC对系统的总受柜、配出柜实现集中控制，应用数字仪表对系统进行集中监测计量。改进后的10KV配电一次系统框图如图3所示。
图3 10KV配电一次系统框图
改进后，以综合柜为工作平台，在值班室，工作人员可以对高压室运行状态进行控制，既方便又安全；工作人员可以随时对监测仪表和计量仪表以及工作或报警状态进行记录，巡查，既方便又及时明了，还可以减少劳动强度。
采用微型计算机PLC实现继电保护和控制系统的操作，大大提高系统的自动化水平和可靠性，同时更加便于系统的集中控制和监测，方便了系统的信息化管理，大大降低成本，提高了工作的效率，具有一定的推广意义。
