西门子6ES7322-5HF00-0AB0详细说明

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　PLC(可编程序控制器)以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、功能强等特点，得到了广泛应用。

　　我国20世纪90年代以前生产的机床、轧机、喷涂生产线等机电设备，普遍采用继电器控制，由于继电器的自身特点，对电气元件故障的识别能力较弱。为了**控制系统的可靠性和机床的加工效率，采用PLC对控制系统进行改造，取得了一定效果。但在采用PLC对原有继电器控制的机电设备进行改造的过程中，除了考虑完成系统工作所需要的控制功能以外，还非常有必要考虑机床电气元件本身故障的自动识别和处理。

　　一、机床电气系统进行PLC改造的基本方法

　　利用PLC改造机床电气系统，可大大简化电气线路。它的设计方法是，将各个电气元件直接与PLC的各个输入、输出端口相连，元件之间的连接关系，以及各线圈的状态由逻辑程序确定，元件之间不存在直接的串联或并联，所以线路简单，而逻辑关系由程序确定，维护和设计比较容易。

　　1.1　电气元件与PLC的硬件连线

　　电气元件与PLC的连线主要就是将控制电路所需要的各开关、按钮、继电器触点、接触器辅助触点等连到PLC的输入端口，并确定各触点对应的端口号，1个元件的多个触点一般只需要连接1个输入口。继电器线圈、接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯、照明灯等耗能元件连接输出端口，然后建立输入、输出端口分配表，各端口号将是逻辑程序进行逻辑运算的重要逻辑量。

　　1.2　逻辑程序设计

　　在将各元件与PLC的端口连接以后，还需要编写逻辑程序，确定各输出端口得电、失电的逻辑条件，从而控制各输出端口对应耗能元件的状态。逻辑程序的编写应根据机床的控制要求和原来继电器控制线路中的逻辑关系进行。PLC在运行时，能够采集各输入端口的状态，并根据建立的逻辑程序进行逻辑运算，然后控制各输出端口，使与输出端口相连接的各线圈得电或断电，从而控制电动机、液压系统和其他电气元件工作，即通过开发逻辑程序代替原来元器件间的串、并联接线。

　　采用上述方法可以完成机床工作所需要的控制要求，结合PLC的功能特点，可以考虑在已有的元器件基础上通过编写逻辑程序或者根据需要添加少量元件就能实现机床的故障自诊断，这对于**机床的可靠性、高效性、易维护性、避免事故的进一步发生是非常有利的。

　　二、故障的自诊断设计

　　2.1　开关信号量的故障诊断设计

　　PLC控制机电设备时，设备中的开关、按钮、继电器的触点等开关信号与PLC的输入端口相连，每个输入端口在PLC的内存中为1个地址。通过读取PLC输入位的状态值作为识别开关量故障信号的依据。诊断开关量故障的实质是将PLC正常的输入位状态值与相应输入位的实际状态值作比较:如果二者比较的结果是一致的，则表明设备处于正常工作状态；若不一致，则表明对应输入位的元件处于故障状态。下面就常用的几种诊断方法作一叙述。

　　2. 1. 1　逻辑错误故障检测诊断法

　　在机床设备正常工作的情况下，控制系统的各个输入、输出信号和内部继电器的信号之间存在确定的逻辑关系，一但输入元器件发生故障，就会引起逻辑错误，控制系统不能按设计的要求进行工作。在这种情况下，我们可以根据元器件发生的故障，建立元器件故障发生时的逻辑关系。因此，一旦故障发生，就能作出相应的警告和处理，如停止进给，停止主轴转动等。

图1所示的组合机床滑台工作时检测3个行程开关X00l(起点)， X002 (快进终点)，X003(工进终点)是否正常的逻辑程序。Y030， Y031，Y032表示快进、工进、快退。表示在任何一个工作状态下，这3个行程开关任何2个都不应该同时闭合，如果同时闭合，则表示有行程开关失灵的故障发生，应该进行停机检查。
　　2. 1. 2　附加触点连接诊断法

　　在进行机床的PLC改造时，往往只是根据系统控制的需要，接入必需的外部输入元器件触头，这可以节约输入点数。但为了**系统的可靠性，可以考虑把一些非常重要的元器件的常开触点和常闭触点分别接到PLC的2个输入点，并在软件部分加上相应的检测判断程序，以实现在出现卡死或失效时能准确找出故障所在。

　　如在电气控制系统中有一中间继电器K，其一常开触点与X401输入端口相连，为了能够自动判断继电器K是否卡死或失效，现将其常开触点与X401相连，另一常闭触点与X402相连，如果卡死或发生失效，在继电器K线圈得电时，常闭触点断开了，但常开触点没有闭合；我们可采用图2的逻辑关系进行检测，即可发现故障。所以，在端口数量有多余的时候，多串入1个常闭触点，有利于准确发现故障。

　　2. 1. 3　时间限制法

　　自动机床在工作循环中，各个动作都要求在一定的时间内完成，超过了规定的时间限制还没有完成动作，则可认为是机床设备运行出现故障，因此可以在被检测工步动作开始时，同时启动一个定时器，定时时间可以根据实际情况确定，但应比正常工作所需时间要长一些，如果定时器有输出信号则说明已出现故障，然后可以采取相应的处理措施。

　　图3表述了在组合机床上快进转变为工进时的故障检测程序，Mll0表示快进工步，压下行程开关后，应转变为工进，如果超过了规定的时间限制未切换，应视为在快进工步上出现了故障，出现故障的原因可能是行程开关，也可能是液压元件或其他电气元器件。虽然不能确定是何种故障原因，但能确切地控制故障的继续发生。

　　2.2　模拟信号量的故障诊断设计

　　由于PLC具有模拟量的处理功能，在进行机床PCL控制改造时，对一些比较重要的能反映机床工作状态的参数，如液压系统的压力、**，机床重要机械部件的温度、振动等参数，可以考虑选用相应的传感器或变送器与PLC的专用A/D模块对机床工作参数实现实时检测，并与极限要求值进行比较，以判断机床工作状态是否正常，若不正常，则可以进行显示、报警或者停机等处理。机床设备参数的检测流程框图见图4。

　　三、结语

　　在进行机床PLC改造的过程中，在完成主要的控制要求设计基础上，应该附加考虑利用PI刀程序控制的功能特点，通过编写逻辑程序和添加少量电气元器件的基础上进行机床设备故障的自诊断和及时的处理，这样，可以**机床的可靠性，**机床的工作效率，改善机床的自动化程度。

一、项目简介
       北海市果香圆果汁有限公司是位于中国热带果汁、果浆生产先进行列的公司，是全国大的菠萝和芒果浓缩果汁生产企业和出口商。其生产的浓缩果汁80%以上是采用进口无菌灌装机自动灌装。由于业务的需要，盛装果汁的容器为无菌透明袋，主要规格为20Kg、80Kg、260Kg等几个规格。
      由于该进口无菌灌装机本身并无计量系统，所以灌装的启动/停止过程全凭操作人员自己控制，灌装效率低下、整个生产过程严重依赖操作人员经验。而且灌装出来的果汁量极不稳定，给公司造成声誉和经济上的损失。
       现需要通过自动化手段对整个生产工艺进行改造改造，**灌装效率和精度，并且添加人机接口，使整个灌装过程流程化和可视化，摆脱依赖操作人员经验的状况。
       该系统经过自动化改造后的目标为将人工手动控制气动阀门启停改为自动化计量控制。操作人员在文本显示器上设定目标重量，并启动罐装程序，开始罐装作业，当灌内重量达到设定值后，控制器关闭气动阀，结束罐装程序。并且精度需要控制在100g以内。
　　
二、系统分析
该项目改造目标为改进控制系统，使之达到工艺需求的控制精度
精度：灌装误差控制在+/-1%之内。
      计量共有两种选择，分别为**（**计）和重量（质量**计、称重计）。重量=累积***密度。灌装果汁的种类比较多，各种果汁的密度值略有偏差，而且密度与环境温度，果汁浓度都有关系，所以采用**计进行计量是无法满足精度需求的。
分析：若罐装采用质量**计计量。
       采用质量**计测得为质量瞬时信号，即公斤/秒（Kg/s），只有通过积算的方式才能得到总共流过的总质量。V总＝△T×L1+△T×L2＋….+△T×Ln ，△T为采样时间，一般为1秒。则采样结果如下所示：
 

图（一）
      可见，采样计算所得到的（质量）**值（小长方形中的面积和），与实际体积（曲线以下的体积）之间存在着一定的误差，采样时间越长，该误差越大。
      而且由于质量**计的安装方式和测量原理，其受管道内阻力的影响较大，流体介质在管道内的**是不均匀的，其中心的**大，越往外壁，其**越小，与外壁接触的流体层其**几乎为零。这样注定用普通**计无法用到需要**计量的场合。
采用称重传感器作为称量手段，就可以避免上述的问题，其与果汁的种类、浓度无关。

三、改造过程
      通过以上分析可知，需要对控制工艺进行改进，由于标定物理量为重量，故改造方案直接采用重量传感器。并且为了避免模拟量输出的共模干扰和漂移，现采用精度更高的串口协议来读取重量值。因为串口协议不容易受到线路上的信号干扰和模块内步信号的扰动，稳定性更好，**度更高。PLC采用RS485对称重变送器串口进行读取。称重传感器采用悬臂梁式，悬臂梁式传感器一端固定，另一端拖住容器，安装方便，适合于该罐装系统。这样控制精度可以控制在100克之内。
       由于考虑到PLC既要与重量传感器进行通讯，又要连接文本显示器。保持原有的FX2N控制器，并加装RS485BD通讯面板。
整个系统简图如下：图（二）

图（二）
      罐装工艺原理为：人工将无菌袋放进罐装头，罐装室内置卡爪抓住袋颈，自动启盖，由气缸控制的罐装阀下降填充无菌袋口，介质从高位灌经灌装阀流入无菌袋内，人工启动升级气缸，升降气缸在罐装过程中慢慢上升，以防拉破无菌袋。如罐装速度慢时，可设置氮气加压。加快罐装速度。
其中有两点需要强调和说明：
一）由于罐装完毕后，需要借助于底部的辊筒将其移走，故重量传感器只能安装于辊筒之下，并且为了防止辊筒底板的积水造成称量的误差，要将辊筒底板拆下。考虑到钢筒和辊筒的重量，所以重量传感器大量程不得小于350KG。
二）由于阀门全开时，**较大，会有一定的冲击。如果此时称量，有可能会造成误差。所以称重变送器要采用具有防过冲功能的控制器。

      实际灌装中，由于管径较大，270KG的液体介质一般在3分钟内罐装完毕，则每秒平均**为1.5KG，考虑到延时等因素，如果单单采用程序提前量的方法进行关闭控制，无法达到**灌装的目的，所以我们采用以下的解决方案：当开始罐装时，阀门为大开度，当称量重量距目标重量还有20%-15%时，启动脉冲灌装程序，系统由连续灌装自动切换到断续灌装状态。采用此种方法确保了实际灌装量与设定灌装量之间的误差处于可接受的范围之内。

四、总结
       通过工程实施前的仔细分析，我们选择了正确的方式对该系统进行了改造。在随后的生产中，该系统的**度完全满足客户要求，而且界面友好，操作方便，无论是熟练的操作人员还是新上手的操作人员，只要遵循正确的操作步骤，都能完美的完成灌装操作。该系统解决了一直困扰客户的难题，赢得了客户的。