乌鲁木齐西门子S7-200代理商

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型材辊压生产线是生产汽车门、窗等型材的关键设备，其剪切系统自动化程度及定尺精度的高低将直接影响企业生产效率及产品质量。型材剪切一般有定尺停剪和飞剪两种。定尺停剪控制简单，定尺精度高，但生产效率低，特别是对于有缝焊机的辊压线，频繁起停将会影响焊机焊极的使用寿命；飞剪控制比较复杂，方法也较多，相对简单的一种就是由型材本身带动剪切工作台实现飞剪的方法[1～2]。这种剪切方法只适用于刚性较大的型材，而对于截面积较小的型材必须加牵引机，控制复杂。针对上述不足，我们设计了一种采用直流伺服机驱动、PLC控制剪切工作台实现连续不停机剪切的飞剪控制系统。应用结果表明，该系统运行可靠，同步精度较高，定尺误差较小，适用于剪切各种规格的型材，不仅提高了企业生产效率及产品质量，而且具有广泛的推广应用价值。
1　采用伺服机的型材辊压生产线飞剪控制系统的组成
　　型材飞剪系统是一种连续剪切型材的加工机械，相对于定尺停剪系统，可提高生产效率。采用伺服机的型材辊压生产线飞剪控制系统原理如图1所示。

　　图中，S1、S2、S3为接近开关，S4、S5、S6为滚轮式行程开关，负责工作台的终端停车及超程保护。伺服机通过丝杠拖动工作台运动，由液压缸带动刀具完成冲切任务，其运行过程如下：
　　(1)型材以恒速向前移动，由测长轮测定型材长度，当到达预定值时，起动伺服机，工作台开始移动。
　　(2)当工作台与型材的移动速度达到同步时，液压缸动作，刀具开始冲切，接近开关S2检测到冲切到位信号时，刀具抬起。
　　(3)工作台继续移动，当刀具回到初始位置时，接近开关S1有信号输出，伺服机反转，工作台高速返回。
　　(4)到接近开关S3位置时，工作台停止，根据切割的根数，决定是继续运行还是停车。
2　飞剪伺服同步控制系统的组成与参数计算
　　伺服同步控制系统由直流伺服驱动器、伺服同步控制器、PLC及测长轮等组成，其控制系统结构框图如图2所示。

　　测长轮光电编码器输出的脉冲信号分两路，一路送给PLC的高速计数口，做测长用；另一路先经光电隔离及F/V环节将频率信号转换成电压信号，再经放大器放大后，作为伺服驱动器的速度给定信号。连续剪切时，必须保证工作台的移动速度与型材线速度严格同步，在F/V变换器与伺服驱动器参数确定的情况下，放大器放大倍数的确定将是实现伺服同步的关键。已知系统参数如下：
　　F/V环节输入输出特性：Kf=(0～25kHz)/(0～5V)；
　　伺服驱动系统：大给定电压=5V，额定转速ne=1500r/min，转速反馈系数α=/ne=1/300(V．min．r－1)；
　　测长轮直径：DL=110mm=0.110m；
　　光电编码器每转脉冲数：N=5000；
　　型材大移动速度：Vm=15m/min=0.25m/s；
　　丝杠节距：T=10mm=m。
3　PLC控制系统的组成及软件设计
　　型材辊压飞剪系统采用日本富士NB1系列可编程序控制器控制，可实现定尺停剪、飞剪及剪切长度、剪切根数的自动控制，同时具有自保护、自诊断和报警等功能。剪切长度及剪切根数等参数由PLC通过串行通信从上位机读入。PLC剪切控制系统的输入信号包括：测长轮光电编码器LF输出的电脉冲(A、B两相)，接近开关S1～S3，行程开关S4～S6，伺服准备好信号VRDY；输出信号包括：伺服上电SON1，伺服使能ENBL(Y115)，伺服速度给定Y117、Y116、Y120、Y121，冲切电磁阀、抬起电磁阀、加速阀及溢流阀等，其PLC外部接线图略。控制流程如图3所示。

　　系统通过对光电编码器LF输出脉冲的检测来计算对应的型材长度。NB1系列U型PLC的高速计数指令功能是当条件满足时发出一中断信号，并控制相应的动作。由于系统剪切长度是可以改变的，故需要通过PLC中算术运算将剪切长度转换成对应的脉冲数。
　　为了使系统能够安全可靠工作，对软件和硬件均作必要的处理。软件主要是延时保护，因为系统工作过程主要是顺序动作。当某一工序到下一工序的时间超过确定值时，说明该工序的相关部分出现故障，命令系统停止运行，等候维修。图中长度检测到延时是根据型材的剪切长度与轧制速度的比值来确定；剪切到位和刀具抬起延时是根据冲切刀具动作的快慢来确定，本系统取3s；Y115为伺服使能信号，延时打开的目的是保证工作台高速返回停车时有足够的制动时间。硬件是采用4个保护开关，前两个是接近开关S1、S2，主要是检测型材是否切下和刀具是否抬到位，若未按规定动作，则视为故障，系统停止运行；另两个是限位开关S4、S6，作用是在前面保护均失效，工作台到达S4(或S6)位时，强制系统停止运行。
　　本系统充分利用了PLC的逻辑运算、数值处理、高速计数、中断及沿触发等功能，使整个系统控制方便灵活，外围设备减少，并能大大缩短现场的安装和调试周期。
　　实际调试过程中发现，连续飞剪的定尺精度往往不如定尺停剪的精度高，其主要原因如下：　　(1)测长轮与型材之间有相对滑动，使计数不准，可设法增加测长轮与型材之间的摩擦力，如增大气阀压力等；
　　(2)工作台每次返回的初始位置不一致，可增加一初始位置定位系统，提高位移控制精度，但系统要相对复杂一些；
　　(3)伺服同步精度低，剪切时工作台相对于型材有相对运动，可适当调整电位器RP1。
　　(4)由于伺服同步控制器在转速环外，因此系统元件(包括放大器、F/V变换器和电阻等)参数值随环境温度的变化对定尺精度有一定的影响，可在此基础上增加一位置环。
4　结束语
　　该系统自1998年8月在凌云汽车零部件有限公司通过项目验收并开始投运，连续两班无故障运行至今，目前仍运行良好。由于系统采用上位机及PLC控制，定尺停剪与飞剪任意选择，设定参数可在线调整，因此系统具有操作简单，维修方便，控制精度较高，适用范围广等特点，大大提高了企业的生产效率及产品质量，使企业效益明显提高。剪切长度为2680mm的型材，定尺停剪误差≤±0.5mm，飞剪误差≤±1mm。运行结果表明，本剪切系统已达到该厂90年代引进的德国原装生产线飞剪控制系统的自动化水平及控制精度，系统可进一步推广应用，以发挥更大的经济效益。

近年来，国际市场上石化产品的竞争日趋激烈。与国外同类产品相比，我国的石化产品无论在生产工艺上，还是产品质量上，都存在着相当大的差距。为改变我国石化产品发展严重滞后的局面，国内石化行业的许多厂家已开始向产品的多样化、添加剂材料和配方的高科技化迈进。我们应有关厂家提出的技术要求，针对石化产品生产工艺复杂、添加剂配比要求严格、品种多样、互换性差的特点，开发研制了计算机与PLC集成控制系统。该系统控制可*、操作简便、开放性强、性能价格比高，在国内石化系统的数家企业推广应用后，受到好评。
1　系统组成
　　计算机与PLC集成控制系统由生产系统和非生产系统二部分组成(如图1)。生产系统主要由微型机、适配器、PLC、执行机构及现场仪表等部分组成。非生产系统主要由工艺流程模拟显示屏、电视监视设备、现场通话设备、质量检查系统、管理信息系统等部分组成。中央控制室负责处理来自生产系统和非生产系统的大量信息。通过计算机与PLC集成控制系统，将润滑油厂的各生产车间、附属部门以及总厂厂部联成了密不可分的整体，从而大限度地利用了信息资源。

2　系统功能
　　为满足用户提出的技术要求和现场的工况，此控制系统的设计具有以下功能：
　　1.根据用户提出的技术要求，按照添加剂配方的比例jingque地配制生产各种型号的石化产品，并且通过微型机和现场PLC控制系统实现整个生产过程的自动化。
　　2.通过自行开发的计算机软件，实现生产现场的动态监控。良好的人机界面、清晰的组态图形，使得操作人员通过计算机屏幕，对于现场的各种工况变化一目了然。
　　3.在现场生产中，为提高整个控制系统的jingque性，在搅拌器、电动机、电动阀、电磁阀等设备上均设计了局部反馈功能，这些相互独立系统的局部反馈功能构成了对总系统反馈控制的有力支持。
　　4.当系统出现压力报警或油面报警时，一方面通过PLC程序实现自动停车，另一方面借助于语音卡，在控制间的操作人员可以立即听到报警信号，及时采取相应措施。
　　5.考虑到生产现场某些部位属于高温、有害气体残留处，技术人员不宜*近，在现场设置了电视监视设备，让技术人员实现远程监控。为便于管理，还安装了现场通话设备。
　　6.在中央控制室设置了1个大屏幕模拟显示屏，在屏幕上不仅可以显示总厂所有管道线路，而且能够动态显示油的液位、流向，让高层管理人员从宏观上掌握全厂的生产状况。
　　7.通过微机联网，质量检查部门可以直接得到工业现场的信息，各管理部门之间也可以实现数据通信与数据共享。
3　硬件与软件设计
3.1　硬件设计
　　在本系统中，工业现场控制是核心，而工业现场控制主要由PLC系统完成，所以如何合理有效地使用PLC技术就成了设计的关键。PLC的特点是控制可*，编程简单，但程序内存不大，不能进行复杂的编程；而石化产品的特点是生产工艺复杂，产品型号繁多，往往1条生产线就能够生产几十种型号的产品。这就形成了一对矛盾。如果设计时采用常规的PLC控制系统，那么1条生产线就需要20几台PLC基本模块和A/D转换模块。投资巨大，而且按照现代控制理论，在1个控制系统中配置的控制模块越多，控制越不可*。为了减少投资和增强控制的可*性，在PLC控制系统的硬件配置上进行了多项创新。
　　以润滑油生产线为例，在润滑油生产车间，有搅拌温度、添加剂温度、输油泵压力、油罐的液面等共计32路模拟信号需要检测。如果按常规设计，需要8块FX-4AD模块。为减少投资，设计了多路开关切换电路，只用2块FX-4AD模块就完成了全部功能。图2为FX-4AD模块的多路开关切换示意图。

图2中，FX-4AD模块为12位4通道模拟量输入模块，Y0、Y1、Y2、Y3为PLC的任意输出触点。FX-4AD模块的多路开关切换电路的设计实质上是通过1个多路开关控制FX-4AD模块分别去完成搅拌温度检测、添加剂温度检测、输油泵压力检测及油罐液面检测4项功能，其中多路开关的4个转换触点接PLC的输出触点，由PLC编程控制。这个多路开关切换电路简单实用，而且节省了大量投资，实践证明，该电路在控制精度上完全满足用户的需要。

3.2　软件设计
　　在计算机与PLC集成控制系统的软件设计中，也采用了许多新的设计思想。
　　仍以润滑油生产车间为例，按照用户提出的72种润滑油的生产工艺和技术要求，如果用常规方法编程，需要12台PLC基本模块。为节约投资，我们充分利用PLC的文件寄存器(2000点)，用逐项查表的方法编写了1个72种润滑油的通用程序，用1台PLC基本模块带2台PLC扩展模块的方式完成了过去需要12台PLC才能实现的功能。
　　我们选用了三菱公司生产的FX系列的可编程序控制器，文件寄存器共计2 000点(D1000～D2999)。为节约程序内存，充分利用PLC本身提供的指令资源，我们选用了字传送方式，用1个16bit的字来控制PLC触点的16个输出触点，而不必像过去那样，1条指令只能控制1个输出触点。例如在图3中，首先X0导通，十进制数K6送入数据寄存器D0，接着X1导通，数据寄存器D0的数值K6转化为二进制数“0000　0000　0000　0110”送入K4Y0，控制输出Y0～Y17共计16个触点的动作，其开关动作和数据寄存器D0的数值K6一一对应。如图4所示，“1”控制输出触点导通，“0”控制输出触点关断。在此例中，Y1、Y2触点导通，其余输出触点关断。 

通过字传送方式，我们用1条指令就可控制16个电动阀及输油泵的动作，大大节省了程序空间。在这种设计思想下，我们把72种润滑油的工艺流程全部用字方式编写，然后输入文件寄存器，并在此基础上，编制了72种润滑油的通用程序。在通用程序运行时，根据某一润滑油的型号，通过查表的方式，在文件寄存器中调出对应的数据段(这些数据段也就是该种润滑油的工艺流程)，然后该数据自动输入PLC的控制程序，使得PLC按照规定的工艺流程控制整个执行机构工作。如图5所示之例，润滑油品种LSO-1的工艺状态字存于文件寄存器D1050～D1060 10个字节中。程序运行时，首先根据润滑油型号在文件寄存器中寻址，查到正确的地址后，调出D1050～D1060 10个字节的数据，然后输入到通用程序的相应寄存器，参与工业控制。

4　计算机与PLC的通信技术
　　在计算机与PLC集成控制系统中，一个关键的技术问题是计算机与PLC的通信。若在整个系统设计中全部采用进口器件，软件也选用相应的进口产品，那么，整个工程造价惊人。针对这种情况，我们自行开发了计算机与PLC的串行通信技术。该技术设计思想先进，软硬件简单实用，可*性高，性能价格比好，兼容性强，可适用于市场上多种型号的计算机与PLC。
　　从硬件上讲，现在中国市场上使用的PLC，在通信接口上多采用RS422接口或RS485接口；而微型机多采用RS232接口。这样在计算机与PLC通信时就不可避免地要选用RS422-RS232转换模块，同时考虑到恶劣工况下的抗干扰要求，这个转换模块必须具有良好的隔离功能和放大功能，而选用高性能进口模块，必定提高工程造价。
　　针对这种情况，为降低工程造价，我们在硬件上用1根普通的通信电缆代替进口的通信模块，在电缆的接口处采用先进的电路设计技术和单片机技术，以完成信号的隔离和放大功能。实践证明，通信的可*性完全可以和国外的进口模块媲美，而且造价极低。
　　从软件上讲，计算机和PLC的通信技术属于保密技术，长期为国外公司垄断。这就使得我们只要选用了该厂家生产的PLC，就必须选用它开发的工控软件，提高工程造价。针对这种情况，我们开发了自己的工控软件。下面以三菱公司生产的FX系列可编程序控制器为例，介绍我们的软件设计。FX系列可编程序控制器命令格式如表1所示。

表1　FX系列可编程序控制器的命令格式 
命令 命令号 日标设备 功　　　能 
设备读 命令‘0’ X/Y/M/S/T/C/D 读位设备或字设备状态 
设备写 命令‘1’ X/Y/M/S/T/C/D 写位设备或字设备 
强制开 命令‘7’ X/Y/M/S/T/C 打开位设备 
强制关 命令‘8’ X/Y/M/S/T/C 关闭位设备 

每一个字符都以ASCII码形式串行传输，传输格式如图6。 

图8中，STX为文本的开始，其ASCII码定为02H；ETX为文本的结束，其ASCII码定为03H；CMD为命令字符，取‘0’、‘1’、‘7’、‘8’。
　　在STX之后，被传送数据的ASCII之和，也被作为2个字符码发送。
　　例如，实现从地址10F6(10F6为寄存器D123的地址)处读取4个字节数据，执行传输格式如图9。
　　求和：
　　30H+31H+30H+46H+36H+30H+34H+03H
　　＝74H

通过改变命令号和地址号，就可以实现计算机与PLC之间的读、写、强制开关等基本功能，用户可以使用我们研制的通信软件，也可以在该软件基础上，根据实际情况灵活地用C语言开发自己的通信程序，这正体现了该软件的开放性特点。

5　结束语
　　计算机集成控制系统采用了先进的系统集成的设计思想，投入运行后，为企业带来了可观的经济效益和社会效益。该系统在工业现场控制方面，尤其在PLC控制方面，独树一帜，以其卓越的控制功能和良好的性能价格比，赢得了用户的广泛赞誉。

一、概述
中国是纺织大国，纺织品靠，在国际上具有很强的竞争力，世界各地的消费者都喜欢中国产的纺织品。促成中国纺织品价廉物美有许多原因，其中，纺织机械性能优良，价格便宜，是重要原因之一。纺织机械厂在保证质量的情况下，挖潜、降成本，取得了许多可喜的成果。某纺织机械厂的FA609转杯纺纱机原采用国外品牌的PLC控制，成本很高，控制系统的成本一直降不下来。由于这两年，国产PLC突飞猛进的发展，从可靠性和性能方面都有了很大的进步。年初，该厂选用了国产品牌中不错的凯迪恩PLC应用在FA506型环锭细纱机，经过半年多的检验，客户反映很好。9月份，该厂又把凯迪恩PLC应用到FA609转杯纺纱机中，又获得成功。

二、工艺介绍
输送带启动，左转杯先启动，经过星三角切换后，左转杯启动完毕；再右转杯启动，经过星三角切换后，右转杯启动完毕；左右分梳辊启动，然后是引纱和喂棉启动，各设备都正常启动后，进入正常运行状态。停车时按停车按钮，左右纺杯，左右分梳，喂棉都停，延时，引纱停。引纱和喂棉要用变频器调速。
监测的参数有：左纺杯转速、右纺杯转速、左分梳转速、右分梳转速、引纱速度、喂棉速度。
通过监测到的参数，要计算出以下参数：牵伸倍数、细纱捻度、细纱号数。
设定的参数有：星角切换时间、喂棉预停时间、棉条号数。

三、控制介绍
经过对工艺过程的透切分析，输送带没进PLC，靠按钮控制，排杂是靠左右纺杯接触器的常开点控制。手动部分移到了文本屏上操作。这样PLC选用KDN-K306-24AR，I/O点正合适。省去了使用国外品牌加扩展的控制方式。文本屏选用KDN的文本屏。
FA609转杯纺纱机需要测6个速度。其中引纱速度、喂棉速度比较慢，使用普通的输入点就可以测出这两个速度。而另外四个速度比较快，需要高数计数，当时国外品牌PLC使用的是四个边沿中断进行计数的。纺织机械厂担心国产PLC是否具有同时处理四个边沿中断这种功能。凯迪恩工程技术人员给厂家演示了同时处理四个边沿中断这种功能，厂家很满意。经过凯迪恩技术人员与纺织机械厂技术人员的共同努力，编好程序，在FA609转杯纺纱机进行调试，获得成功。
四、控制系统的特点
该控制系统操作简单，手动操作放到文本屏操作。操作面板简捷，完全满足工艺要求。控制系统的成本比较低。
精度高，用到了四个边沿中断进行计数，计算准确。
程序运行稳定，可靠。
五、结束语
现在这批FA609转杯纺纱机已在纺织厂运转了两个多月，工作非常好。有意思的是这家纺织厂去年也购进了几台FA609转杯纺纱机，当时控制系统还是国外品牌，现在这批使用的已是国产品牌。前几台测的数据和后几台测的数据是一致的，后几台的文本显示已是四行汉字，比前几台两行汉字信息量又大了，操作便方便了。听着许多机器的轰鸣，看着挡车女工熟练工作。心中感慨：中国的纺织品世界水平，中国机械产品出口不断增长，中国有了自己的PLC，国产PLC有了很大发展，国产PLC不久的将来也会成为国人的骄傲。