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江苏西门子S7-1200代理商

发布时间： 2024-04-02 16:31 更新时间： 2024-04-02 16:31

江苏西门子S7-1200代理商

1 引言

在塑料、印染以及造纸纺织等业生产中，往往具有很多个同步传动单机，每个机组都有各自独立的拖动系统。与此同时，又要求各单元间被加工物（布匹、纸张等）的运行线速度能够步调一致，即实现同步运动。造纸设备虽然种类繁多，传动结构也各异，但从系统组成来看都是由压榨、烘干、压光、卷取等几个部分组成，各部分都有电机驱动。造纸工艺要求:设备传动时应保证纸在各部分传送时具有恒定的速度及恒定的张紧度。目前造纸设备实现这个要求的佳控制方案是变频调速，而对变频器的控制主要有两类:一类是PLC控制，另一类是IPC机或工控机控制[1][2]。本文采用PLC控制来实现造纸机的同步传动。

2 造纸机同步传动系统

2.1 造纸生产线控制要求分析

图1为造纸生产线操作台的面板图。由于该系统由多个单元组成，各单元要求保持同步，从而构成同步传动控制系统。对同步控制的要求:

图1 操作台布置图

（1）统调:各单元要能够同时升速和降速。统调是根据主指令单元（通常是一单元）对转速的要求来进行调节的。

（2）局部微调:当操作人员发现某单元的速度不同步时，可以进行微调（人工干预）。微调时，该单元以后的各单元的转速必须同时升速或降速，而不必逐个的进行。

（3）单独微调:在检修和调试阶段，或者遇到特殊情况，又必须能够对每个单元进行单独的微调。

假设该生产线由四个单元组成，各个单元的运行情况可以由各自的线速表直观的显示出来。

2.2 同步运行

（1）当进行统调操作时，将单/统调开关切换到统的位置，通过统调按钮的增/减对四个单元进行同步控制;

（2）当发现某单元的速度不同步时，可以进行同步微调，例如:当2单元需要调节时，则2～4单元则同时升速或降速;

（3）当由于某种原因，某个个别单元速度跟不上时，这时需要进行绷紧。对于造纸系统来说，需要按下绷紧按钮，使其速度短暂提升一小段时间，达到绷紧效果。

为了便于操作人员直观的了解系统运行情况，各个操作均有相应的指示灯显示。

2.3 造纸机同步传动控制原理

（1）变频器的启停

如图2所示，以＃1单元的变频器控制图为例，SA13为变频器的启动开关，当SA13接通时，运行指示灯LA11亮，停止指示灯LA12灭，此时变频器处于运行状态;当按下变频器停止按钮SA12时，线圈KA13失电，变频器停止运行。

图2 #1 变频器控制图

（2）统/单调控制

统/单调开关SA11置于统调位置，此时，线圈KA12接通，生产系统处于统调状态，通过同步器，可以使＃1～＃4同时进行升速和降速调整。当拨到单调位置时，线圈KA12失电，同时线圈KA11通电，进入同步微调状态。这时可以调整该变频器及其以下的单元。

（3）绷紧

当常开开关SA14闭合，此时线圈KA14通电，此时变频器会从外部得到一个瞬间稍高电压，控制该单元转速提升到正常水平;断开SA14，恢复的统调状态。

图3为由4个控制单元组成的生产系统接线图。

图3 由4个控制单元组成的控制系统

2.4 造纸机同步传动系统的PLC控制

采用欧姆龙公司的可编程序控制器CPM1A-40CDR-D对该造纸机同步系统进行改造[3][4]，选择两个数字信号输入端X1和X2，通过功能预置，作为升速和降速之用，同时，把绷紧功能整合到各单元的单独微调;改造后的控制系统图如图4所示。

图4 采用PLC进行控制的同步系统

（1）控制原理

变频器VFD-1至变频器VFD-4的FWD端在得到输入信号时，启动;失去信号时，停止;变频器VFD-1的X1端子在统调升速和单调升速时得到信号，X2端子在统调降速和单调降速时得到信号; 变频器VFD-2的X1端子在统调升速、2～4单元的同步微调升速和单调升速时得到信号，X2端子在统调降速、2～4单元的同步微调降速和单调降速时得到信号;变频器VFD-3的X1端子在统调升速、2～4单元的同步微调升速、3～4单元同步微调降速和单调升速时得到信号，X2端子在统调降速、2～4单元的同步微调降速、3～4单元同步微调降速和单调降速时得到信号;变频器VFD-4的X1端子在统调升速、2～4单元的同步微调升速、3～4单元同步微调降速和单调升速时得到信号，X2端子在统调降速、2～4单元的同步微调降速、3～4单元同步微调降速和单调降速时得到信号。

（2） I/O分配

该型号PLC的输入端的I/O地址为:00000-00915;输出端的I/O地址为:01000-01915。

I/O分配表附表所示。附表 I/O分配表

（3）梯形图控制程序

造纸机同步系统的PLC控制梯形图如图5所示。

图5 造纸机同步系统的PLC控制梯形图

3 结束语

根据以上的设计，我们采用了欧姆龙公司的可编程序控制器CPM1A-40CDR-D、台达VED-B变频器和SCD同步器进行了造纸机同步系统的试验。在运行中效果良好，充分显示出其功能较强、构造简单、便于维护和检修、可靠性高等待点，达到了预期目的，具有广阔的应用空间。

一、前言
　　特种车辆是针对非常规车辆的统称，包括军事、医用、环保、建筑、起重等不同的分类。
　　因特种车辆大多需要有动作机构，这些动作的控制大多采用 PLC 来完成。因特种车辆工作环境差，通常需要这种专用 PLC 能够完成抗高低温、防水、防尘、防盐、冲击、振动等常规 PLC 无法胜任的工作。为此，德维森公司针对特种车辆开发了专用可编程控制器 V80-U。
　　二、特种车辆专用 PLC V80-U 特点
　　V80-U 的性能指标如下：

　V80-U 系统结构与 V80 标准系统结构一致，技术指标和软件性能也与标准系统一致。V80-U 采用模块化结构，由一个本体单元和多个扩展单元构成，如下图所示。
　　V80-U 是在宽温系列的基础上改进而来，符合国军标 GJB150、GJB151A/152A，实现了高低温运行、储存、抗振、抗冲击、抗电磁干抗等方面的全面提升。
　　2.1 性能改进
　　1、温度范围
　　对 V80 标准型设计进行相应的改进，首先是结构材料的更换，包括 PCB 板材、塑料、开关、端子全部更换成军用级材料，保证在极端恶劣的环境下可靠的工作；然后是电子元器
　　件采更换为军用级的电子元件，包括电容、光耦、继电器在内的一些比较敏感的器件；后是所有内部的接插件，为适应军标宽范围的应用将全部选用镀金的接插件，部分更是改成直接焊接，以减少冲击和温度变化造成的接触不良等。
　　2、抗冲击、抗振动
　　为了能达到军标的要求，我们在各层电路板上灌封了防火导热抗振硅胶。
　　3、防水防尘
　　目前为达到防水防尘的目的，V80-U 采用将 PLC 内置于防水防尘的电控箱内的方式，并且在 V80-U 模块内加灌硅胶。
　　4、抗电磁干抗
　　目前 V80-U 在抗快速脉冲群方面可以抵抗 5KHZ、10KHZ、100KHZ 的快速脉冲群达3000V 之高，其它的如静电、浪涌等方面也达到 IEC61131-2 的标准。
　　5、宽电源范围
　　直流输入范围可达 DC18"36V，交流输入范围可达 AC85"265V。
　　2.2 灌封用电子硅胶特点
　　设计：该产品专门根据电子，电器及其他应用需求设计开发，品质恒定。优良电气特性：该产品是理想的电气及电子产品的绝缘密封材料，即使用於温度及湿度常有变化的场所也能保有稳定的电气特性。
　　耐热、耐寒特性：该产品使用温度范围广泛，适用於-50℃"250℃。连续使用时从-40℃～180℃，也能保持稳定性能
　　耐候性：该产品具有优越抗紫外线、臭氧、水分、盐雾、霉菌等特性，既使在户外使用三十年也几乎不变质。
　　抗震性：具有弹性机能，吸收振动及激震，保护电气及电子零件、玻璃等易脆物质。
　　化学性能稳定：和一般有机橡胶比较，抗化学物质及油剂特性特别优越。同时，有些产品绝不腐蚀金属
　　灌封：除去低分子量有机矽产品，为电子，电器及一般工业设计的硅胶产品，获得UL、MIL等多种国际认证。
　　2.3 通信接口与协议
　　三个通信接口其中一个 RS232、一个 RS485 和一个 CAN 接口，前面两个接口均可以支持编程和 ModBus 从协议，RS485 还支持Modbus 主协议，可以支持联网通信，CAN 接口用户层协议采用ModBus 的数据链路层。
　　通信接口的选择：
　　1、数字量 IO 通信：数字量 IO 的输出一般是继电器或晶体管输出，会存在抖动和时延的问题，造成误判和误动。同时，数字量 IO 的输入也是经过光耦进入 CPU 的，同样存在抖动和时延的问题。一般大家为了增强数字量 IO 口的抗干扰能力会在输入输出上加上下拉电阻，可以起到一定作用的，但无法从根本上解决，还会造成光耦的提前老化，从而使产品寿命减短。一般该通信方式的通信速度不应超过 10Hz，因为 PLC 的标准 IO 口的滤波时间是 10mS，再加上双方之间的错位与时延应为 30mS 以上，其通信距离应控制在 10m 以内。
　　2、RS232 通信：因为 RS232 是电平通信方式，因此无法抗共模干扰，一般要求 RS232
　　线不要超过 10 米，通信速率一般在 19200 以下才能在现场环境可靠通信。RS232 不适合作长时间高可靠要求的通信。
　　3、RS485 通信：RS485 是差分通信方式，可以有效的抗共模干扰，RS485 是许多种现场总线的物理层，包括 ModBus、ProfiBus 等。RS485 的通信速率为 1200 至 12M 之间，通信距离为 1000m 以内，与通信速率相关，如果波特率为 1.2M 则通信距离要在 300m 以内。
　　4、CAN 通信：CAN 是为汽车内部控制开发的现场总线，目前在其它工控现场也得到了广泛的应用。优点是速度快，可靠性高，但缺点是单帧的通信流量比较低，无效字符占的比例较多。
　　三、结论
　　V80-U 是专门针对特种车辆开发了专用 PLC，具备以下性能优势：
　　1、宽温范围
　　运行环境温度为-40℃ ～ 80℃。
　　2、抗冲击振动
　　模块内灌封了防火导热抗振硅胶。
　　3、防水防尘
　　PLC 内置于防水防尘的电控箱因此，V80-U 能够完全满足特种车辆对抗高低温、防水、防尘、防盐、冲击、振动等常规 PLC 无法胜任的工作的特殊要求。

当今世界上精密加工技术发展很快，新的加工方法和设备层出不穷，计算机的广泛应用使精密加工技术更为普及和多样。实现精密和超精密切削加工有三种方法：(1)采用和研制高精度加工设备；(2)采用新的切削工具材料；(3)利用加工与测量控制一体化技术。前两种方法成本较高，而后一种方法成本较低，具有广阔的前景。在后一种方法中，除了要保证刀具的精度、夹具的精度以及测量精度外，还有一项重要内容就微进给机构的精度及其控制精度。笔者在控制精密磨削的研究中，利用步进电机带动滚珠丝杠作为进给机构，在滚珠丝杠确定后，步进电机的控制精度成为了主要矛盾。

1、步进电机的控制

步进电机在不失步的正常运行时，其转角严格地与控制脉冲的个数成正比，转速与控制脉冲的频率成正比。可以方便地实现正反转控制及调整和定位。由于步进电机和负载的惯性，它们不能正确地跟踪指令脉冲的启动和停止运动，指令脉冲使步进电机可能发生丢步或失步甚至无法运行。因此，必须实现步进电机的自动升降速功能。为了实现速度的变化，输入的位移脉冲指令相应地要升频、稳频、和降频些脉冲序列，可以由脉冲源加专用逻辑电路来产生，也可以由微型计算机产生。对于脉冲源加逻辑电路构成的控制器来说，控制逻辑是固定的，即控制电路一经固定，其控制逻辑也就固定了。

如果要改变控制逻辑和控制方案，必须改变电路结构和元件数，而使用计算机控制，不必改动硬件电路，只要修改程序，就可以改变控制方案。且可以从多种控制方案中，选取一种佳方案进行控制和调节。也可以用同一套系统对不同控制方案的多台步进电机同时控制。利用计算机控制的形式也很多，本文介绍PLC位控单元对步进电机的控制。

2、PLC系统组成及位控单元的工作原理

本研究所利用的PLC系统的组成包括如下七大模块：电源，CPU，位控单元，I/O单元，A/D，D/A单元，如图1所示。其中位控单元的主功能是当步进电机(或伺服电机)与电机驱动器联结时，输出脉冲序列控制电机的转速与转角。进给机构可以是2轴型，也可以是4轴型。本文采用的是前者，即滚珠丝杠的横向进给与纵向进给，如图2所示。具体地说，位控单元实现速度以及位置的控制方法有多种，如E点控制(单速度控制)，如图3(a)所示；P点控制(多级速度控制)；线性加/减速和S型加/减速，(a)，(b)为线性加/减速，S型如。除此之外还有位置控制和相对位置控制等。表1给出了E点控制不同模式的控制码(P点与其相同)。

图1 PLC系统组成结构图

表1 E点（P点）控制码

图2 2轴型位控单元工作原理图

图3 PLC位控单元自动升降速特性曲线

3、磨削加工PLC控制原理

如图4所示，PLC可以控制变频器、传感器、步进电机。总控制程序流程图如图5所示。其中两个步进电机是利用PLC的位控单元控制的。在进行精密磨削过程中，横向进给将是十分重要的，PLC的位控单元能较jingque地控制步进电机的转角，从而使滚珠丝杠获得jingque定位。由于PLC位控单元的控制方法有多种，对于磨削加工来讲，横向进给量不能大于215μm，通过实验的方法可以找出佳方案。这里只通过一种控制方法来说明位控单元的具体应用。首先，设置原点，利用光栅尺粗对刀，测量出对刀位置距原点的距离。为防滚珠丝杠出现爬行现象，工作台从原点出发，经过一段距离以后开始自动加/减速。此时，只要给定起始速度，目标速度，加速/减速时间以及位置要求值，并设　　定控制码即可实现上述功能，相关程序如图6所示。如果假设滚珠丝杠的螺距为d，步进电机的步距角为α°；进给速度为v(mm/s)；行程为s(mm)；则要求的脉冲频率(即程度中的目标速度)为f=360v/αd(Hz)；总脉冲数(即程序中的位置要求值)为F=360s/da(个)

图4 PLC控制磨削加工结构原理图