沈阳西门子S7-1200代理商

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　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。

1、引言

    水处理是长期以来倍受关注的领域之一，它是改善居民生活环境、提高人民健康水平的重要手段。旋转流管式膜微滤水处理装置是一种新的水处理工艺，它采用OMRONPLC对整个工艺流程进行控制，采用Inbbblution公司的FIX6.1组态软件对整个工艺流程进行动态实时显示，实现了对流量和压力瞬时值的数据采集、显示及曲线记录，以及各种事故的报警控制等功能。

    2、系统工艺流程及控制要求

    (1)工艺流程

    旋转流管式膜微滤水处理工艺流程如图1所示，被控系统有两套净化装置，这两套净化装置不允许同时工作，当一套处于净化状态时，另一套应处于反冲状态或备用状态。净化时，进水加压泵M1工作；反冲时，反冲加压泵M2工作。不论是在净化状态还是在反冲状态，均有相应的仪表对流量和压力信号进行检测和记录。

    (2)系统的控制要求

    根据工艺流程，对所设计的控制系统提出以下要求：

    ①将开关SA打到微机控制状态，在微机控制界面上起动Ⅰ套净化装置，由接触器KM1控制进水加压泵M1（由变频器控制）工作，同时电磁阀YVX11及YV112、YV113、YV114（后三个阀由KM1通过中间继电器KA1控制）打开，控制Ⅰ套的净化工作。

    ②Ⅰ套进行净化工作时，通过压力表PIT1、PIT2，流量计FIT1、FIT2、FIT5对其管道中的压力与流量进行监测。当流量计FIT5所检测到的流量值小于某一给定的流量值时，说明Ⅰ套的净化装置由于杂质堵塞而效率过低，此时应使Ⅰ套停止净化，加压泵M1停止工作，电磁阀YVX11、YV112、YV113、YV114关闭；进行Ⅰ套反冲洗，由KM2控制的反冲泵M2工作，电磁阀YVX21、YV122和YV123打开（反冲工作一段时间后自动停止）；Ⅰ套反冲洗的同时，起动Ⅱ套净化装置进行净化。

    ③Ⅱ套装置净化时，由接触器KM1控制的进水加压泵M1（由变频器控制）工作，同时电磁阀YVX11及YV212、YV213、YV214（后三个阀由KM1通过中间继电器KA3控制）打开，同时通过压力表PIT3、PIT4，流量计FIT3、FIT4、FIT5对其管道中的压力和流量进行监测，当流量计FIT5所检测到的流量值小于某一给定的流量值时，说明Ⅱ套的净化装置由于杂质堵塞而效率过低，此时应使Ⅱ套停止净化，加压泵M1停止工作，电磁阀YVX11及YV212、YV213、YV214关闭；进行Ⅱ套反冲，由KM2控制的反冲泵M2工作，电磁阀YVX21、YV222和YV223打开（反冲工作一段时间后自动停止）；Ⅱ套反冲洗的同时，起动Ⅰ套净化装置进行净化，如此反复循环。

    ④Ⅰ套和Ⅱ套装置在工作的过程中可通过微机界面上的停止按钮随时可以停止工作，Ⅰ套和Ⅱ套装置也可以单独地进行反冲。

    ⑤进水加压泵M1通过模拟量输出模块对变频器进行变频调速。

1 引 言
    切纸机械是印刷和包装行业常用的设备之一。切纸机完成的基本动作是把待裁切的材料送到指定位置，然后进行裁切。其控制的核心是一个单轴定位控制。我公司引进欧洲一家公司的两台切纸设备，其推进定位系统的实现是利用单片机控制，当接收编码器的脉冲信号达到设定值后，单片机系统输出信号，断开进给电机的接触器，同时电磁离合制动器的离合分离，刹车制动推进系统的惯性，从而实现jingque定位。由于设备的单片机控制系统老化，造成定位不准，切纸动作紊乱，不能正常生产。但此控制系统是早期产品，没有合适配件可替换，只能采取改造这一途径。目前国内进行切纸设备进给定位系统改造主要有两种方式，一是利用单片机结合变频器实现，一是利用单片机结合伺服系统实现，不过此两种改造方案成本都在两万元以上。并且单片机系统是由开发公司设计，技术保守，一旦出现故障只能交还原公司维修或更换，维修周期长且成本高，不利于改造后设备的维护和使用。我们结合自己设备的特点提出了新的改造方案，就是用plc的高速计数器功能结合变频器的多段速功能实现定位控制，并利用hmi（人机界面human machine interface）进行裁切参数设定和完成手动操控。

2 改造的可行性分析
    现在的大多plc都具有高速计数器功能，不需增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上百khz的脉冲信号。切纸机对进给系统的精度和响应速度要求不是很高，可以通过对切纸机进给系统相关参数的计算，合理的选用编码器，让脉冲频率即能在plc处理的范围内又可以满足进给的精度要求。在进给过程中，plc对所接收的脉冲数与设定数值进行比较，根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而减小系统惯性，达到jingque定位的目的。另外当今变频器技术取得了长足的发展，使电机在低速时的转矩大幅度提升，从而也保证了进给定位时低速推进的可行性。

3 主要控制部件的选取
3.1 plc的选取
    设备需要的输入输出信号如表1所示。

表1 plc输入输出分配表

    针对这些必需的输入点数，选用了fx1s－30mr的plc，因为选用了人机界面，其它一些手动动作，如前进、后退、换刀等都通过人机界面实现，不需占用plc输入点，从而为选用低价位的fx1s系列plc成为可能，因为fx1s系列plc输入点多只有16点。另外此系列plc的高速计数器具有处理频率高达60千赫的脉冲的能力，足可以满足切纸机对精度的要求。
3.2 编码器的选取
    编码器的选取要符合两个方面，一是plc接收的高脉冲频率，二是进给的精度。我们选用的是编码器分辨率是500p/r（每转每相输出500个脉冲）的。通过验正可以知道此分辨率可以满足上面两个条件。验证所需的参数：电机高转速是1500转/分（25转/秒）、进给丝杆的导程是10mm/转。验证如下：

    本系统脉冲高频率＝25转/秒×500个/转×2（a/b两相）＝25khz

    理论进给分辨率＝10mm/500=0.02mm

    同时由上面的数据知道进给系统每走1mm编码器发出50（此数据很重要，在plc程序的数据处理中要用到）个脉冲信号。由于此工程中对编码器的a/b相脉冲进行了分别计数，使用了两个高速计数器，且在程序中应用了高速定位指令，则此plc可处理的高脉冲频率为30千赫，因此满足了个条件;我们的切纸机的载切精度要求是0.2mm，可知理论精度完全满足此要求。
3.3 变频器和hmi的选取
    这两个部件我们都选用了三菱公司的产品，分别是fr-e540-0.75k-ch和f920got-bbd-k-c。f920got是带按键型的hmi，它的使用和编程非常简单方便。它具有以下特点：（1）可以方便的实现和plc的数据交换；（2）通过本身自带的6个功能按键开关，可以控制plc内部的软继电器，从而可以减少plc输入点的使用；（3）具有两个通讯口，一个rs232c（用于和个人电脑通讯）和一个rs422（用于和plc通讯），利用电脑和f920got相连后不仅可以对hmi进行程序的读取和上传，还可以直接对plc的程序进行上传下载、调整和监控。

4 plc和hmi程序的设计
    此工程中程序的难点主要在于数据的处理上。在切纸机工作过程中除手动让进给定位机构前进后退外，还要实现等分裁切功能和指定具体位置定位功能，并且hmi上还要即时显示定位机构的当前位置。我们为了简化程序中的计算，采用了两个高速计数器c235和c236。c236通过计算前进后退的脉冲数，再进行换算后用于显示进给机构的当前位置；c235用于进行jingque定位。定位过程是这样的，每次进给机构需要定位工作时，通过计算把需要的脉冲数送到c235，不论进给机构前进还是后退c235进行减计数，同时对c235中的数值进行比较，根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而达到jingque定位。因为任何系统都有惯性和时间上的迟滞，所以变频器停止输出的时间并不是c235中的计数值减小到0时，而是让c235和一个数据寄存器d130比较，当c235中的值减小到d130中的设定值时plc控制变频器停止输出。d130的值可通过人机界面进行修改和设定，在调试时通过修改这个值，以达到定位准确的目的。
1）显示定位机构当前位置的程序

2）实现定位控制的程序段

3）参数设定时的小数点位问题。实际工作中在设定位置时要jingque到0.1mm。这个问题在一些单片机系统中常会遇到，常见的处理办法是加大一个数量级，就是设定数据时，在人机界面上用1代替0.1mm，10代替1mm。不过我们在处理此问题时通过hmi中对数据的设置和plc的程序编写达到了所见即所得的效果。hmi中主要是对数值的格式要设定好。hmi中的设置画面如图1所示。例如等分裁切10.5mm的纸，就可以在hmi上设定为10.5，而不是像公司的类似其它设备上要设为105，但plc的寄存器d128的内容是105而不是10.5，这样在计算需要的脉冲数时就要用下面一条命令：mul d128 k5 d10（此命令中尽管编程时d11不出现但实际上寄存器d11被占用，不能再应用于其它地方，否则会出现问题。）
    而不是用：mul d128 k50 d10。

4）编程中其它应注意的问题
● 双线圈问题。本工程中利用条件跳转和步进指令避免了双线圈问题。
● 误差信号问题。编码器是一种比较精密的光电产品，受振动时不可避免的会出现误差信号，而切纸机在执行裁切动作时会造成很大振动，如果忽视这个现象，定位精度和执行机构当前位置的显示都会不准确。本工程中处理方法参见上面例子程序图1，只有y3、y4接通，即只有进给机构前进和后退时才让c236进行计数，这样就屏蔽了裁切时震动造成的误信号。

5 变频器的参数设置
    设定的变频器的主要参数见表2。在调试过程中为了达到定位速度和精度的完美结合，应对三段速设定值，加减速时间和hmi中d130、d200和d202的数值进行相应调整。

表2 变频器主要参数设置一览表

6 结束语
    通过改造过程，完全恢复了我们切纸机的功能，试用三个月以来运行非常稳定。由这个应用实例可以看出结合plc的高速计数器功能，合理的进行应用，在一定场合可以取代高成本的定位控制系统，实现控制系统优的性价比，并且由于选用通用开放的plc—变频器集成方案，为企业后期自主设备管理带来长远的效益。