西门子CPU 6ES7217-1AG40-0XB0安装调试

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  在石化企业中，生产装置由于各种原因均存在不同程度的气体排放，称之为火炬气。通常，火炬气的主要来源为［1］：

    （1）系统压力调整中由于压力控制阀排放的工艺气体；

    （2）装置系统泄漏，如与火炬系统相连的阀门和安全阀的泄漏等；

    （3）生产过程中必须排放的易燃、易爆物料；

    （4）塔、球罐、容器等释放的气体。

    火炬气不加以回收利用直接排放到大气中，不仅造成企业的经济效益损失，而且，火炬气多为可燃的有毒和腐蚀性气体，如不燃烧变成无害的或毒害较轻的化合物，将对环境造成污染。

    在石化企业生产加工过程中，火炬是不可能缺少的瓦斯气体排放设备。火炬气回收是一项很有经济效益和社会效益的项目，不仅可以节约大量宝贵的能源，而且还可以减少大气环境污染。

    1TAL9509自动点火系统的应用

    1.1TAL9509火炬自动点火系统工作原理

    当燃气排放时，火炬前水封罐的压力信号升高到给定值（或其他排放燃气信号），系统认为有燃气向火炬排放。由PLC或PC计算机等组成的控制系统，控制高压发生器和调理器输出高压电，使高空点火器内的电梯发生装置产生面状电弧火源，并打开高压燃气电磁阀，向高压点火器内喷入燃气，同时与空气混合，遇电弧火源点燃，自高空点火器顶部喷出火焰，同时引燃火炬［2］。

    火炬点燃后由置入火炬筒内部的火焰探测装置控得火焰信号，反馈到控制系统，停止向高空点火器供给高压电和燃气，点火过程完成，系统处于监控状态［3］。

    火炬自动熄灭，排燃气依然存在时，系统将自动重新点火，保证火炬点燃。

    1.2TAL9509自动点火系统主要组成

    TAL9509自动点火系统主要由直燃式高空点火器、二次式高空点火器、电梯发弧装置、高压发生器、高压调理器、火焰探测装置、高温高压引撑系统、操作台、PLC和PC、冗余等组成。

    1.3TAL9509火炬自动点火装置的主要特点

    （1）有两套不同类型的高空点火器(即直燃式高空点火器和二次式高空点火器），在没有高压燃气供给的情况下，也可以直接将火炬点燃，提高了安全性。

    （2）高空点火器内的电发弧装置不是使用有损耗性的针形或棒形电极，而是使用了电刀式电梯发弧装置，可连续发弧10000h，点燃成功率高，可靠性强。

    （3）系统的配置考虑了特别危险系统的安全配置，符合火炬系统的安全要求。

    （4）应用了计算机的现代信息处理技术。操作简单直观，可备查事故，有硬软件冗余，便于扩充系统功能。

    （5）有应急手动点火装置，操作方便，完全符合操作人员在忙乱状态下的应急

1.引言
数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量大，覆盖面广的一种数控机床。要学好数控车床理论和操作，就必须勤学苦练，从平面几何，三角函数，机械制图，普通车床的工艺和操作等方面打好基础。
众为兴数控技术有限公司是一家研发与应用运动控制技术产品的公司，自主研发了国内嵌入式运动控制器及配套系统软件，形成了以运动控制卡、运动控制器、步进电机和驱动器等为主的全系列的数控产品线，这些产品广泛应用于国防、科研、教学和工业等各个领域。
CNC4320控制系统是众为兴数控技术有限公司自主研发的CNC（Computer Numerical Controller）系列的一款。
整个CNC4320数控车床系统实物图如图1.1

图1.1 CNC4320数控车床系统实物图
1—车床控制面板 2—主轴 3—刀架台 4—车床车身 5—两台CNC4320控制器 6—刀架电机 7—导轨
随着电子信息自动化技术的发展，为了提高生产效率，出现了数控车床的自动进给[3]即自动换料，自动送料技术，过去依靠人工换料、送料的时代已一去不复返。现在，主要依靠自动化传送料，原料传送的自动化减少了人为操作的失误，降低了危险性，使得生产过程更加简单方便，更加符合流水线式生产的现代化要求。

图1.2 控制器硬件平台

整个CNC4320车床数控系统，从广义的控制层次上来说可分为四大部分，驱动控制系统、主轴控制系统、刀架控制系统、辅助控制系统,它们都是以运动控制器CNC4320为核心部件组成的控制系统，互相联系又独立工作，组成了一个整体，即车床控制系统，两轴运动控制器硬件平台见图1.2所示。

（1）CNC4320两轴运动控制器采用嵌入式结构，其内部集成有ARM主CPU芯片。此ARM芯片的内核是ARM7TDMI内核，具有代码密度高并兼容16位的Thumb指令集，支持很多操作系统，包括bbbbbbs CE、Linux、Palm OS等特点。

（2）因为系统的运行会产生大量的变量，堆栈。ARM芯片内部集成有16K的SARAM，但是不能满足如此大容量的运行。所以在外部扩展了8M的SDRAM，用于程序运行，另外集成256M NANDFLASH，2MNORFLASH，用于重要的数据，程序的存储，还有一些易断电的，需要长期保存的系统参数刀具参数，补偿参数，机床参数以及数控加工程序。

（3）控制器内部集成有两轴运动控制芯片，内部集成有X，Y轴的插补控制模块，指令/解释/处理模块。当它接到主ARM芯片传来的控制指令后，会自动运行其指令，无须占用CPU。是一款能够同时控制2个伺服马达或步进马达的运动控制芯片。它以脉冲串形式输出，能对伺服马达或步进马达进行位置控制、插补驱动、速度控制等。在对个节点运动实行插补时, 可对第二节点运动连续写入数据。在这个过程中插补动作是连续运行, 而不需要中间作任何停顿。CPU数据总线长度可选8位/16位，补范围 各个轴-8388607~+8388607，补速度1~4MPPS。

（4）CPLD主要用于对图像，速度，位置等信息的采集、控制、存储。
该控制器采用320*240点阵式液晶+按键屏，32位嵌入式CPU，超大规模FPGA编程，运用实时多任务控制技术实现μm级精度运动控制。X、Z二轴联动、USB和RS232通讯方式，支持CNC与PC，系统软件可通讯升级。
其技术规格如表1-a所示:

表1-a 技术规格参数

系统的原理示意如图1.2所示：

图1.2 车床控制系统系统原理轮廓图

下面我们将着重介绍这四大控制系统的组成、电路连接与原理、指令控制等部分。

1.1主轴控制系统结构和原理

主轴是车床主要的部件之一，整个机器的性能很大程度上决定于主轴的性能，主轴直接承受切屑力，转速的范围很大。所以我们引入主轴控制系统,利用CNC4320控制器监控主轴的转动速度和方向来完成对工件的**加工。主轴控制系统由五个部分组成：控制器CNC4320、变频器、编码器、主轴电机、主轴。

主轴控制系统原理图如图1.1.1所示

图1.1.1 主轴控制系统原理图

变频器实物图如图1.1.2所示

图1.1.2 变频器实物图

其变频原理是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

编码器实物图如图1.1.3所示

图1.1.3 编码器实物图

编码器分为脉冲编码器：APC ,增量脉冲编码器：SPC ,两者一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件。旋转编码器是用来测量转速的装置。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。 信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。 信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。 如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。 A.B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。

这里的编码器同样是用于速度控制或位置控制系统的检测元件。它将检测到的主轴转动的速度和方向的模拟量转化为数字脉冲反馈给CNC4320控制器，满足控制器对主轴转动的监控的需求。此编码器采用增量式脉冲编码器，这样可以节省用于编码的导线个数，从而可以节省成本。一般情况下，增量编码器性能要优于式编码器。所以，大多数时候，车床控制系统都采用增量式编码器。

主轴电机是将电能转化为机械能，使机构旋转运动的装置，又称为主轴控制系统的执行机构。其实物图如图1.1.4所示。

图1.1.4 主轴电机实物图
1—便于编码器测速的被动转轴 2—履带 3—由主轴电机带动的主动转轴 4—带动主轴转动的转轴

为了便于编码器测速和反馈给控制器CNC4320，主动和被动转轴的齿轮比例都是按照1：1来设计的，这样编码器的测速就是主轴马达的转速也是主轴的转速，不用考虑倍率的问题。
主轴是用来固定工件，带动其旋转以便于加工的器件，其实物图如下图1.1.5所示。

图1.1.5 主轴实物图
1—主轴孔 2—主轴挡板 3—夹具

主轴孔是可以用主轴扳手手动夹紧工件的内螺纹。因为我们介绍的是众为兴公司用于试验检测的车床，所以在主轴挡板位置没有实际挡板，这样便于观察主轴运行。夹具，顾名思义，用来夹紧工件的机械装置。为了防止刀架工作台过渡右移以至脱离导轨[4]，在导轨上还有一个装置叫尾座。这里的车床因为是试验检测用哟，所以没有装尾座。

主轴转速控制方式：开关量控制、模拟电压控制，主轴转速开关量控制。执行 S1～S4，S 信号 2 档（S1～S2）/4 档（S1～S4）开关量输出。主轴转速模拟电压控制：执行 S0～S9999，输出 0～10V 电压控制主轴转速支持四档主轴自动换档（M41～M44）主轴转速倍率：50％～120％八级实时调节G96 恒线速控制（S 给定切削线速度值，单位：米/分）G97 取消恒线速控制（S 给定主轴转速，单位：转/分）

主轴控制系统对应的控制指令有： M03、M04、M05
指令格式：
M03或M3
M04或M4；
M05或 M5。

指令功能：
M03：主轴正转；
M04：主轴反转；
M05：主轴停止。

系统上电后，M05输出有效。在M05输出有效时，执行M03或M04，M03或M04输出有效并保持，同时取消M05的输出（输出无效）；M03或M04输出有效时，执行M05，取消M03或M04的输出，M05输出有效并保持。

当诊断参数DGN.089、DGN.090（主轴制动输出时间）不为0时，执行M05，输出主轴制动SPZD脉冲信号（非保持输出）；主轴制动输出时间设置为0时，执行M05，不输出主轴制动SPZD脉冲信号。M03（或M04）输出有效时，执行M04（或M03）将产生报警。

1.2刀架控制系统结构和原理

数控刀架是数控车床的关键配套件，为数控车床三大功能部件之一。通过它来实现数控车床刀具的自动切换。任何系列，各种型号的数控刀架均采用端齿盘作为刀架定位元件。通过电机或活塞驱动各种传动机构变换刀具位置，由传感器将刀架工位号反馈给数控系统来完成刀具的正确切换。

刀架控制系统由九大原件组成：控制器、变压器、整流板、驱动器、步进电机、丝杠、刀架电机、刀架台、继电器。其中驱动器我们将有下一章节驱动控制系统着重介绍，继电器将在辅助控制系统中介绍，这一章我们着重介绍步进电机、丝杠整流板在刀架控制系统中的作用。

刀架控制原理图如图1.2.1所示：

图1.2.1 刀架控制原理图