西门子6ES7231-7PB22-0XA8现货速发

 引言

　　　磨床属于金属工件表面精密加工机床。磨床基本原理是用砂轮或油石（刃具）对零件表面做浅深度微量切削加工。磨削时的切削深度很小，在一次行程中所能切除的金属层很薄。磨具旋转为主运动，工件或磨具的移动为进给运动。磨床加工精度高、表面粗糙度Ra值小。磨削加工可以获得较高的加工精度和很小的表面粗糙度值。磨削不但可以加工软材料，如未淬火钢、铸铁和有色金属等，而且还可以加工淬火钢及其他刀具不能加工的硬质材料如陶瓷与硬质合金等。
　　数控磨沟机属于磨床的一种，主要用于磨制丝锥钻头等硬质合金工具排屑槽，属于比较冷僻的专用机械加工设备，用量不大，生产厂家也比较少，以进口设备为主。由于数控磨沟机对控制系统的要求较高，难度也比较大，本项目研发几乎用到了艾默生CT EC20H型高速运动控制专用PLC的全部重要功能。数控磨沟机外形参见图1。



2 数控磨沟机概念设计
2.1 系统需求分析
（1）工件进给分度控制。当加工工件进给时，分度轴旋转分度主要有两个工艺要求，一是在加工过程中不允许改变分度方向，只能单向旋转用以消除机械设备的反线误差；二是分度加工时对沟槽加工的顺序有特殊要求，而且刃数为偶数或奇数还有所不同。

　　　偶数以一个8个刃数的铣刀为例，每个沟槽的加工顺序是1，5，2，6，3，7，4，8。即刃加工完成后，刃的起刀点与下一刃起刀点角度差为A，下一刃加工完成后这一刃的起刀点与后一刃的起刀点角度差为B，以此类推直到加工到后一刃完成，如图2所示。

　　奇数以一个5个刃数的铣刀为例，每个沟槽的加工顺序是1，3，5，2，4，如图3所示。
（2）砂轮渐增量进给控制。工件在加工过程中，沟槽深度是逐渐变浅的一个过程。渐增量是指工件送进100mm时，砂轮提升的高度，如图4所示。

（3）砂轮修整补偿控制。砂轮修整是因加工工艺的需求，而将砂轮的横截面修整成所需要的形状，常用砂轮载面形状，有两直线一圆弧，一直线两圆弧，三圆弧，如图5所示。

2.2 系统功能设计
（1）产品加工功能：送料轴用于控制产品的进给，旋转轴通过直线插补功能，实现与送料轴的同步旋转，用以生产出固定螺距和导程角的产品，砂轮进给轴通过电子齿轮功能，实现与进料轴固定比例的提升。
（2）修整砂轮功能：为了提高产品质量，不同的用户会将砂轮修整成不同的截面形状，该功能通过Y轴与Z轴的直线或圆弧插补实现该功能。
2.3 系统概念设计
按自动化程度可分为三种机电组合自动化方案。
（1）纯液压控制型：PLC仅提供逻辑控制，产品的制作和砂轮的修整完全靠液压和机械进行。
（2）普通PLC+液压控制：PLC控制一个旋转轴(A轴)实现工件的分度功能，工件的进给和磨削等功能靠液压及机械完成。
（3）NC（数控加工中心）系统：例如采用三菱的NC E60系统，控制三个轴(X+Y+A)实现产品的制作，主要实现了工件的进给和工件分度功能，砂轮的修整完全靠液压系统完成，是目前自动化程度较高的解决方案之一。
3 艾默生CT EC20H解决方案
3.1 原理设计
　　　本项目应用艾默生CT EC20H型高速运动控制专用PLC实现X+Y+Z+A轴全轴伺服控制，实现的功能高于数控加工中心。项目增加了砂轮的修整和砂轮磨损补偿功能，也是该项目中难度大的部分。基于艾默生CT EC20H型PLC解决方案的系统原理如图6所示。

3.2电控系统设计
　　　电控系统配置如图7所示：触摸屏HMI用于参数设定、设备状态显示等功能。伺服用于工作进给轴、旋转轴、砂轮进给轴、磨头轴的控制。永磁无刷电机用于控制磨头的转动。普通电机用于控制砂轮的转动。

图7 电控系统

3.3EC20H伺服控制设计
（1）各轴的单独控制：实现X、Y、Z、A各轴的手动控制功能，可以让用户单独控制各轴的运行。主要是用于对刀，手动调试等功能，使用DRVI指令实现该功能。
（2）插补功能：X轴与A轴：线性插补，用于实现产品的螺距和导程角度；螺距和导程角度是加工产品的两个重要技术参数，通过X轴与A轴的线性插补实现该功能。X轴以一定的速度前进，A轴通过涡轮涡杆实现工件的旋转，以一定的角速度旋转，这样就可实现工件按所设定的螺距和导程角度进行运行。
通过LIN指令实现该功能。
（3）X轴与Y轴：电子齿轮，用于实现磨沟深度的递减，在磨削过程中，磨沟深度是与进料长度成线性递减的；通过GEARBOX指令实现该功能。
（4）Y轴与Z轴：线性及圆弧插补，根据用户的要求，可以实现修整出不同截面形状
的砂轮；首先通过AUTOCAD导入该截面形状，然后将对应的坐标用D元件替代，以便用户可以通过触摸屏进行设定。主要用到LIN和CCW指令。
（5）原点回归：该设备在初始上电时，要进行圆点回归，以实现设备开始运行时都会在一个同样的初始状态。同时，所有的坐标归零。使用DSZR指令实现该功能。

4 结束语
　　　目前该项目的主要功能已经实现，和数控加工中心相比，增加了砂轮载形修整功能，显现出EC20H运行控制型PLC所具有的优异的技术特点。对于需要多轴插补功能的应用场合，基于艾默生CT PLC的机电一体化系统集成产品将表现出强大的技术优势。

1引言

　　石家庄润石水厂于1996年竣工投产，总设计日供水量30万吨，是90年代自动化程度很高的地表水厂。水处理工艺过程主要包括：取水、加药混凝、沉淀、过滤、加氯消毒、送水六个主要环节。

　　润石水厂的PLC采用的是美国SQUARE D公司的产品，随着运行时间的增加，电子器件逐渐老化，故障率越来越高，并且由于当今电子技术的迅猛发展，现有自控设备已逐渐被淘汰，库存备件逐渐减少，备件价格越来越昂贵、供货周期不断加长， 因此，我们针对水厂制水过程的特点和对控制系统的功能要求，并根据该厂的具体情况，终决定采用罗克韦尔自动化的系列PLC和基于客户/服务器HMI 组态软件RSViewSE 进行水厂可靠性的提升。

2 现场控制站及各自实现的功能要求

　　根据水厂生产工艺及设计要求，共有6个主PLC控制站，9个子PLC站构成控制系统，全部采用了罗克韦尔自动化的系列PLC，通过CONTROLNET与中控室进行通讯。

　　(1)取水管理站（PLC1）

　　用于取水管理站的工艺参数、设备状态的采集，根据工艺要求控制预加氯，通过无线通讯系统与水厂中控室通讯。

　　(2) 药物投加、沉淀池系统（PLC2）

　　现场仪表数据、设备状态的采集，控制投药系统、配药系统和沉淀池排泥阀。根据进水流量、原水浊度、温度进行加药系统的比例投加。

　　(3)滤池、加氯系统（PLC3）

　　自动完成滤池过滤与反冲洗过程控制，负责加氯过程的监测和控制。

　　(4)送水泵站（PLC4）

　　用于送水泵房、出水管线的工艺参数、水质参数、设备状态的采集，根据工艺过程要求对6台送水泵、出口阀、流量计等设备进行控制。

　　(5)中控室（PLC5）

　　通过系统网络通讯，采集接收各现场控制站检测到的主要工艺设备状况及报警信号，实现对各控制站点设备的远程控制。

　　(6)变配电系统（PLC7）

　　采集现场设备状态提供高压报警信号

　　(7)9个子PLC站

　　滤池PLC3A-3H：8个子PLC负责控制滤池的设备及现场数据采集

　　废水处理子PLC：实现污泥处理的自动运行

3 控制系统构成

3.1控制系统硬件

图1 润石水厂自控系统拓扑图

　　从图1看出，整个控制网络根据系统不同功能层次采用三种通讯方式。厂区主干网即6个主站PLC之间以及主站与子站之间通讯均采用ControlNET冗余网络（A、B两条并行网线），6个主站采用Contrologix系列PLC,8个滤池子站PLC及脱水间PLC采用Compactlogix系列PLC。，通过各自槽架上的ControlNET通讯模块1756-CNBR相连接（对于Compactlogix系列PLC，直接与CPU模块1769-L35CR连接），通讯时如果A网出现故障系统可以自动切换到B，无需人工设置。为保证信号的稳定和介质的抗干扰性，在有高电压及大电流的区段（PLC4至PLC7，PLC7至PLC3）选用光纤作为网络介质。在PLC3、PLC4、PLC7之间通过6套光纤适配器1786-RPA和光纤转发器1786-RPFM实现ControlNET同轴电缆与光纤的转接。

　　各主站的上位机通过以太网连接。各主站配置一台光纤收发器，并通过集线器与PLC背板上的以太网通讯模块连接1756-ENBT，同时连接上位机。为保证整个系统的稳定及满足增加客户端需求的可能，在中控室设置一台光纤接口交换机，与各站点上位机连接，并连接位于中控室的两台服务器。

　　在PLC2处理器下挂的I/O机架以及PLC1、 PLC3A-H的触摸屏与控制器之间通讯同样采用了ControlNET网络冗余，保证通讯的可靠性。

　　中控室与黄壁庄取水口PLC采用DATA-LINC的SRM6100无线通讯产品交换数据。

　　以太网网络通讯速率为10/100M自适应，ControlNET网的通讯速度为5M/S，Controllogix和Compactlogix系列全采用CIP协议，该协议可以在以太网和ControlNET网上无缝路由，并且传输速度不会受节点的影响，时时保持5m/s的传输速度。图2、3分别示出设备的安装现场照片。

图2　泵房PLC设备安装现场

图3　滤池PLC设备安装现场

3.2控制系统软件

　　中控室是整个控制网络的核心，中控室可以对各个站点（加药间、脱水间、滤站、泵房、配电室、管理站）进行控制和操作，同时加药间、脱水间、滤站、泵房、配电室、管理站可以在自己的控制室控制所属范围内的设备。

　　整个控制系统采用RSView SE的服务器-客户端的分布式应用，中控室设置两台HMI服务器，每台HMI服务器配置双以太网卡，分别用于与HMI客户端和ControllogixPLC进行通讯，HMI服务器采用DELL商用服务器，安装 bbbbbbs 2003 或者bbbbbbs 2000 Sever操作系统。图4为采用RSView SE编制的人机交互界面。

图4 采用RSView SE编制的人机交互界面

　　三台HMI客户端位于加药间、滤站、泵房，用于从HMI服务器获得信息或向HMI服务器写信息，在HMI服务器中断后不需要重起RSView SE客户端软件，可以继续使用系统。三台HMI客户端采用DELL工控机，安装 bbbbbbs XP或者bbbbbbs 2000操作系统。

3.3控制系统功能

　　(1)现场数据采集与保存

　　对现场水质检测仪表、各种计量仪表的数据进行定时采集，并把它们保存到创建的SQL SERVER数据库中。

　　(2)现场设备就地与远程控制

　　现场设备分就地与远程控制两种控制模式，就地控制由各站点工作人员现场控制设备的启停，远程控制由中控室人员通过屏幕操作控制或由PLC程序顺序执行控制设备。

　　(3)送水泵恒压供水

　　送水泵站有3台定速泵，3台变频调速泵。自动控制状态下，PLC 根据设定的出水压力，自动调节变频器的输出频率，从而控制变频泵的速度，达到节能降耗的目的，实现恒压供水。这是此次改造的亮点，利用Compactlogix产品的自身功能特点，替换了该厂花费几十万元附加配置的庞大设备，不仅美化了车间环境，而且比改造前节约近30%的电能损耗，受到水厂领导和广大职工的好评，具有良好的推广价值。

　　(4)实时数据查询与分析

　　利用RSView SE软件对一些需要查询历史数据的参数绘制曲线图，数据定时采集，在线存储，记录周期可调，按一定的周期采样，数据采用先入先出的保留形式，保存一个月

　　(5)画面显示

　　各站点计算机显示的画面有水厂工艺流程总图、各PLC控制流程分画面、高压配电监控画面、设备操作画面、曲线图、调用菜单画面、报警画面、报表画面。工作通过调用这些画面可以全面地了解水厂的运行情况，并且很方便地对设备操作。

　　(6)报警功能

　　在任何时间和在任何显示页面均能在画面顶部显示出报警信息，包括报警内容、报警时间、报警地点。报警按级别高低分为三级，用红、黄、绿不同的颜色表示，并通过各自PLC柜的蜂鸣器给予声音报警，提醒工作人员迅速查看报警内容并找故障点。

　　(7)报表功能

　　本系统输出的报表有以下三种，即输水工艺参数日报表、输水工艺参数月报表、水厂工艺参数年报表。

4结束语

　　目前该系统已运行一年多，由于它有较高的可靠性、稳定性、以及灵活的可扩展功能，其性能完全能满足运行要求，对水厂的安全运行、提高供水质量、节能降耗、优化管理等方面起到了至关重要的作用。