西宁西门子S7-300代理商

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 引言
PLC 作为开关量控制的顺序控制器在液压设备上的应用已很普遍。液压油的参数对液压设备能否正常运转起着举足轻重的作用, 利用PLC 对液压油温进行过程控制是本文研究的一个方面。四柱式液压机主要适用小批或成批生产的金属压力加工工艺。本文引入现代控制理论及方法对其控制实施逻辑判断, 根据生产工艺要求如何在PLC 一机上将顺序控制与过程控制有机结合, 实现这种复合控制。机床根据编制好的程序自动运行, 这样就简化了工人的操作, 降低了工人的劳动强度, tigao了劳动生产率。在编制程序过程中把设备所有可能出现的情况考虑进去, 确保液压设备本身及操作使用人员的安全; 同时可大大tigao设备的整体性能及压力设备的高技术含量; 为我国的装备制造业的发展方向提供经验。
2 四柱式液压机对自动控制系统的控制要求
2.1 液压机的基本工作过程
液压机的工作流程由滑块快速下行、慢下加压、压制、保压延时、卸压回程、顶出缸顶出、顶出缸退回7 个过程组成。在现使用的YB32- 500 型液压机中, 这7 个过程是在半自动及手动控制下实现的。而在自动控制的液压机中, 这7 个过程可做到全自动依次运行, 只有人工按停止按纽或急停按纽干预方能停车。
2.2 设备控制要求
液压机的自动控制系统要求能实现自动及手动两种控制方式。液压机在正常工作时选择自动控制方式。
2.2.1 液压机自动工作状态: 将转换开关打到自动工作状态, 按下自动启动按钮
（ 1） 液压机滑块靠自重快速下行。
（ 2） 液压机滑块慢下加压。
（ 3） 接触工件进行压制。
（ 4） 达到设定压力开始保压。
（ 5） 保压延时到卸压回程。
（ 6） 回程到位后, 延时一定的时间顶出缸顶出。
（ 7） 顶出到位后, 延时一定的时间顶出缸退回。
（ 8） 延时一定的时间进行下一个工作循环。
2.2.2 液压机手动工作状态: 将转换开关打到手动工作状态
（ 1） 按“压制、回程”按钮, 液压机滑块动作, 抬手停止。
（ 2） 按“顶出、退回”按钮, 顶出缸动作, 抬手停止。
2.2.3 工作过程的控制
（ 1）对液压机滑块的速度, 根据产品工艺的要求进行设定。其速度由变量泵的liuliang来控制, 利用步进电机带动变量头改变泵的斜盘角度来实现其控制功能。速度等级分高、中、低三挡。
（ 2） 对油温进行控制, 使其保持在15℃～55℃的佳工作状态。
（ 3） 为了设备及人身安全设置急停按钮及光栏保护开关。
3 液压机自动控制系统的PLC 选型、参数设定
3.1 控制系统构成图
根据设备控制及工作过程要求, 其PLC控制系统构成图见图1。


3.2 PLC 的选型及参数设定
四柱式液压机自动控制系统采用西门子公司的S7-200 系列整体式PLC。根据控制系统图选用CPU 型号为CPU226 DC/DC/DC 24 输入/16 晶体管输出的PLC。利用PLC 的CPU 具有的高速脉冲输出（ PTO） 功能对变量泵的步进电机进行开环控制。由于又要求对油温进行控制, 其控制方式采用模拟量入/开关量出的形式, 因此需增加一扩展温度测量模块, 其型号为EM231RTD。
3.2.1 电源预算
所有的S7- 200 CPU 都有内部电源, 可为CPU 自身、扩展模块和其它用电设备提供5V、24V 直流电源。扩展模块通过与CPU 连接的总线连接电缆取得5V直流电源。
CPU 还向外提供一个24V 直流电源, 从电源输出点（L+,M） 引出。此电源可为CPU和扩展模块上的I/0 点供电,也为一些特殊或智能模块提供电源。电源预算值见表1。由表1 中数据可知: 电源容量完全满足要求, 无须增加外接电源。


3.2.2 参数的脉冲化
控制油泵斜盘的拉杆直径为120mm, 斜盘角度的调整范围为: 0°～20°, 根据计算所对应的直线距离为:0～41mm。步进电机选用三相双拍式, 由计算公式（ 1） :

式中: α— 每输入一个脉冲步进电机转过的角度;
m— 步进电机相数;
k — 步进电机工作方式系数, 单拍取1, 双拍取2;
z— 步进电机齿数。
由此计算知电机转一圈需要240 个脉冲, 按照拉杆移动1mm 需40 个脉冲计算, 斜盘从零位调到20°时需要1642 个脉冲, 电机需转动6.8 圈。
（ 1） 选择高速时脉冲数
快速下行时: 斜盘从零位调到20°电机正转, 需要1642 个脉冲。
快转慢时: 电机反转4°, 需要334 个脉冲。
卸压回程时: 电机正转4°, 需要334 个脉冲。
（ 2） 选择中速时脉冲数
快速下行时: 斜盘从零位调到16°电机正转, 需要1323 个脉冲。
快转慢时: 电机反转4°, 需要334 个脉冲。
卸压回程时: 电机正转4°, 需要334 个脉冲。
（ 3） 选择低速时脉冲数
快速下行时: 斜盘从零位调到12°电机正转, 需要998 个脉冲。
快转慢时: 电机反转4°, 需要334 个脉冲。卸压回程时: 电机正转4°, 需要334 个脉冲。
3.2.3 PID 参数设置
由于可编程控制器运行速度的tigao, 运算能力的增强, 因此PLC 都可用于数字PID 控制。本设计对液压油温进行过程控制, 使其保持在15℃～55℃的佳工作状态。S7- 200 型PLC 的CPU226 自身具有数字PID 控制指令, 只需填写一张PID 控制参数表（ Table） 后, 执行指令PID Table,LOOP 即可。
当被调量为温度时, 根据PID 参数的经验选择范围:
K 的选择范围: 1.6～5
Ti 的选择范围: 3～10m
Td 的选择范围: 0.5～3m
增大比例系数K, 一般将加快系统的响应, 在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调, 并产生振荡, 使稳定性变坏。增大积分时间Ti, 有利于减小超调, 减小振荡, 使系统更加稳定, 但系统静差的消除将随之减慢, 温度有较大滞后, Ti 需选的大一些。增大微分时间Td, 亦有利于加快系统响应, 使超调量减小, 稳定性增加, 但系统对扰动的抑制能力减弱, 对扰动有较敏感的响应。由此选择参数如下:
K=2 Ti=6m Td=1.5m
3.2.4 温度测量模块EM231RTD 的参数设置
为了保持液压油温保持在15℃～55℃的佳工作状态, 增加一EM231RTD 型温度测量模块。其控制方式采用模拟量入/开关量出的形式, 利用EM231RTD 的2 输入通道, 当油温超过55℃时, 打开油温冷却电磁阀通循环冷却水降低油温, 当油温低于35℃关闭电磁阀停止通冷却水; 当油温低于15℃时, 启动油箱内的加热元件（ 加热元件选用SRY 型管状件, 电压: AC 220V 功率2KW） , 当油温高于35℃停止加热。热电阻选用Pt100Ω, DIP 开关设置SW1～SW8 全为OFF 状态即: 00000000
4 四柱式液压机自动控制系统程序设计和调试
4.1 程序设计
4.1.1 编程软件
编程软件采用西门子公司为其生产的PLC 机而设计的编程软件STEP7-Micro/Win32。
4.1.2 PLC 程序运行流程图
程序运行流程图是PLC 程序编制的基础和依据, 见图2。


4.1.3 程序的下载、安装和调试
将各个输入/输出端子和按照实际模拟的控制按钮、开关、电位器、灯泡等部件正确连接, 将PC/PPI 电缆上RS- 232 的一端连在编程设备的串行口上, 四柱式液压机自动控制系统程序是有STEP7-Micro/Win32 软件的指令完成, 正常工作程序存放在存储器中, 若要修改程序, 先将PLC 设定在STOP 状态下, 运行STEP7-Micro/Win32编程软件, 打开其程序, 即可在线调试, 也可用编程器进行调试。
4.2 PLC 程序说明
4.2.1 程序组成: 有1 个主程序、12 个子程序组成。
4.2.2 程序说明
（ 1） 主程序是有0# 初始化子程序及1# 自动、2# 手动子程序组成。
（ 2） 0# 初始化子程序是对程序编制过程中所用到的内部继电器及顺序控制继电器进行初始化。
（ 3） 1# 自动、2# 手动子程序是用来控制液压机的整个工作过程。
（ 4） 3# 子程序是自动控制程序的子程序, 主要用来复位自动控制运行的条件。其中包括11#、12# 对温控模量控制的子程序。
（ 5） 4#、5#、6# 子程序是1# 自动控制程序中控制液机运行高、中、低速度选择的子程序。
（ 6） 7#、8#、9#、10#、子程序分别是4#、5#、6# 子程序中的嵌套子程序。
5 结语
此次选用西门子公司的S7- 200 系列的整体式PLC机, 利用编程软件STEP7-Micro/Win32 编制出一套控制程序, 对液压机的整个工作过程及液压油温进行自动控制。对自动控制系统的部分功能进行了模拟调试、运行,基本实现了其设计功能, 既可以实现自动运行也可手动运行, 此设计为tigao液压设备的自动化水平做了一些探讨性的工作。

FY113回收机是在引进ITM公司DEPLPHI400技术基础上，转化设计的国产化设备．该设备能实现卷包设备产生的不合格烟支或跑条烟进行烟丝回收利用，其加工处理能力为40kg/h．考虑到该设备与上下游机连接与配置较为灵活，与FY113配套的喂料机、压纸机、除尘器、拆包机等可能是第三方提供的设备，这对系统在用户处调试提出了较高的要求．为解决此问题，系统程序设计需在原有系统方案上进行改进，采取模块化、结构化处理方式[1] ，以增强设备控制程序功能上的独立性及程序接口的通用性，减少现场代码修改工作量，方便程序调试．
1 烟丝回收系统工作原理及工艺流程分析
废烟支中烟丝的加工回收按工艺流程可分为5部分[2] ：烟支喂料、排序、剖切、开松、分离输送、除尘部分．喂料部分将废品烟支送入喂料机料斗中，通过陡角tisheng带将废烟支tisheng落入排序装置，排序装置将输送过来的杂乱无序的烟支进行纵向排列，以确保烟支顺利进入剖切装置．剖切装置上方的旋转切刀将排序过的烟支纵向打孔剖开．松开装置是将剖切过的烟支进一步疏松，分离输送装置将剖切装置剖开掉落的烟丝直接从剖切轮送到分离输送装置的一级分离振筛上，又将经过开松装置处理的烟丝混合物由二级分离振筛输送到送丝皮带上．此时烟纸和滤嘴则经过二级分离振筛输送，落到烟纸收集箱，烟末及烟灰进入烟末集中箱，烟丝则可以通过下游机送丝带进入烟丝供丝料仓中完成烟丝循环再利用．为减轻设备操作劳动强度，用户可以自行配置专用的物流小车进行烟支的喂料，经回收机处理过的烟纸和滤嘴可以配置压纸机统一回收处理，对包装机引起的废烟也可以配置拆包机进行处理，减少废烟包人工拆散工作量，对回收机除尘部分用户也可以选择集中除尘或独立除尘.
2 西门子STEP7 S7-300/400系统程序组织块特点[3]
西门子STEP7支持及提供的块有OB（组织块）、FC（功能）、FB（功能块）、DB（数据块）、系统功能及功能块（SFC/SFB）等，用户做的主要工作是根据设备工艺特点把系统控制任务合理地划分不同功能和功能块．用户不需要设计操作系统调用程序、系统循环扫描监控出错等额外程序，但这些系统都能提供接口做到对用户透明，尽量减轻用户编程负担这为系统PLC程序的设计实现模块化、结构化处理提供很大的支持及系统优势．
3 烟丝收回控制系统任务功能及模块划分
实现以上工艺流程需求，可以把程序处理任务进行以下划分（图1）：


3.1 系统中起执行作用的控制对象
控制系统中控制对象主要是设备执行元件，通过以上分析不难发现系统控制对象就是指各个工序电机．而每一道工序都有属于自己动作和当前工况状态，即工序对象的行为和属性．在程序处理上把系统中所有工序电机的语句抽象提取出来，归纳控制属性、工位属性、状态属性、故障显示属性等，列出执行元件属性表，把这些属性封装成通用的功能块FB来满足设备上所有所用工序电机的控制要求．详细分析如下：要做成设备通用的功能模块，首先须提取设备上每一道工序相同的控制对象．在烟丝回收系统中根据物料的流动顺序即从一个工序输送到下一个工序，每工序都只有一个控制对象电机．工序电机的控制，是通过程序输出接触器信号来启动电机运转．通常电机基本控制模式有两种：自动模式和手动模式．在手动调试模式下，工序电机的启动首先必须通过触摸屏进行选取，再由触摸屏上的软件按钮触发，分为手动启动，手动停止、全部停止；而在自动控制模式下，这任务由启动程序来完成．在实际生产现场给出电机状态信号和电机故障信息指示，能极大地减少设备维护的工作量．因此把电机运行状态、电机故障指示也作为建立该功能模块的输出．包括模式选择、模式工位指示、对象功能测试按钮、电机故障显示、电机状态显示．形成输出执行元件属性表1．再针对具体每个工序电机，分配相应的背景数据DB，记录当前特定控制工序电机的相应特征属性，以实现相应功能在STEP7程序中的调用[4] ． 


3.2 系统中起工艺工序流程传递的功能划分与组织
3.2.1启停控制程序
该设备启动时应按序依次启动，先启动除尘电机→输送带电机→开松装置电机→分离振筛电机→切刀电机→剖切轮电机→排序振筛电机→后启动喂料部分供料电机；停车时应该先停止喂料部分，后才能停止分离振筛．程序上这样设计是为了尽量减少对来料的浪费．同样原因，除开有立即停机外，停机程序延时也按工艺固有顺序将废烟支按一定的次序撤出，尽量将分离的烟丝输送出来，工序之间的投入通过程序延时进行传递．如图2所示．


3.2.2 工艺配方处理程序
对FY113喂料部分、切刀装置、开松装置工艺配方的管理，程序上采取牌号处理方式．在HMI触摸屏上建立20个牌号管理空间，支持牌号编辑、牌号选择、当前牌号读写等功能．根据模块化编程的特点，同样是采取功能块编程方式来处理，首先程序上开辟20个牌号的数据管理区DB（1～20），定义功能块相关输入参数：牌号读数据区编号、牌号写数据区编号、数据区长度、牌号源信息、牌号目标信息．采取地址指针方式读写所要管理的牌号，这样大大简化程序繁杂度，tigao程序的可读性．
3.2.3 堵塞保护处理程序
对回收机切刀装置、开松装置高速旋转运动部件进行保护，利用运动部件产生的高频信号进行计数[5] ，低于程序设定值来判定该装置是否堵塞，防止损坏高速旋转的运动部件．
3.2.4 设备操作管理权限处理程序
对设备供应商、设备管理员、设备操作员分别分配不同操作使用权限，主要对特殊工艺配方进行管理及系统异常情况下系统参数的保护与恢复．
4 总结
采用模块化方式进行编程，可以大大减少程序编辑量，缩短程序开发时间，降低编程误操作发生率，在设备功能扩展的时候，也只要针对性地修改相应功能块，而无需大范围的调整程序结构，tigao了程序的移植性与重用性，这给控制系统程序的调试与管理带来不少方便，极大地缩短了产品的开发时间．