西门子6ES7231-0HC22-0XA8现货充足

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介绍了新钢一线厂30飞剪的PLC控制过程，及其失控制现状，分析了与电气故障有关的各种失控原因，并分别提出了相应的解决办法，提高了飞剪的作业率。
关键词
30飞剪；PLC控制；失控现象；原因分析；解决措施
30飞剪对从中轧14#架出来进入精轧机的红钢进行切头切尾及精轧堆钢时碎断红钢，对红钢在
精轧的顺利轧制起着重要作用。30飞剪失控所造成的堆钢及碎断影响轧制节奏，造成坯料的浪费，对轧钢的成材率有较大的影响。因此有必要对30飞剪的失控原因进行分析，并提出解决办法。
1 30飞剪PLC的控制过程
1.1 30飞剪梯形图
30飞剪采用FX2—80MR型PLC控制，用于对红钢的切头切尾及碎断，PLC控制梯形图如园1所示。其中：X3为飞剪前光电信号，X23为刀片剪钢后限位信号，X24为刀片剪完钢后停止位限位信号，X25为手动切头信号，X30为自动切头尾信号，Y0为离合器启动电磁阀，Y1为离合器制动电磁阀。




1.2 PLC控制过程
飞剪剪钢时，因惯性要先制动离合器，再启动离合器，其时差不大于1秒，否则剪钢时刹不住车，造成连剪。
（1） 自动切头 在有钢通过飞剪前光电管时，光电信号X3导通，飞剪离合器制动电磁阀Y1导通，同时延时0.11秒后飞剪离合器启动电磁阀Y0导通，飞剪切头。刀片的旋转使得刀片限位X23 X24先后导通瞬时（其时间为感应铁片通过限位的时间），PLC内部继电器M23 M24也先后导通并自保，使得离合器电磁阀Y0 Y1先后断开，为下一次剪钢作准备。刀片限位X23 X24通过内部继电器M23 M24来控制一根钢通过飞剪时只剪切一次钢头（尾）。手动切头则与光电信号X3无关。
飞剪自动切尾与自动切头基本相同，只是切尾是在飞剪前光电信号X3断开后延时0.21秒后切尾。
（2） 飞剪连剪 其操作方式有两种，一种自动方式是在全线自动时，若有轧机跳闸、夹送辊吐丝机跳闸及轧机内堆钢、轧机夹送辊间堆钢信号且飞剪前有钢，光电信号X3导通时，形成连剪信号（M0导通），飞剪连剪。另一种手动方式是在手动连剪信号X35或手动卡断剪信号X36导通时，飞剪前来钢，光电信号X3导通时飞剪连剪。
2 30飞剪失控的现状及其原因分析
目前30飞剪失控与电气故障有关的主要有以下几类：飞剪不切、飞剪连剪、飞剪中间剪切、飞剪封门等。针对飞剪失控的现状，分别分析其原因如下：
（1） 飞剪不切 如果手动制动、启动离合器气动电磁阀能切，则可判定为电气上的故障。可能原因：飞剪前光电管X3及其继电器坏或光电管对位不准、气动电磁阀线圈坏、输出中间继电器坏等。
（2） 飞剪连剪 如果飞剪刹车片完好，则可判定为电气故障。可能原因：接近开关（限位）松动或损坏、限位盘（感应铁片）松动、轧机后光电管X7及其继电器坏或光电管对位不准。
（3） 飞剪中间剪切 飞剪在红钢中间剪切主要是电气故障。可能原因：飞剪前光电管X3对位不准及红钢抖动、光电管（继电器）坏、光电继电器触点接触不好等。
（4） 飞剪封门 若气压正常，机械方面刹车片、气动电磁阀完好的情况下，有可能接近开关（限位）X23 X24松动或损坏、限位盘（感应铁片）松动，飞剪剪切后，刀片停位不好，造成飞剪封门。
3 解决措施
从以上各种失控原因分析，可看出若系元器件损坏引起，只能靠及时更换，减少故障时间。如限位盘松动、光电管对位不准等原因引起，则只能靠加强点巡检，减少人为故障。光电信号抖动及限位开关性能不好是引起飞剪连剪、中间剪切、封门等的主要原因，解决飞剪失控的办法，主要从电气设计不合理、PLC程序编制不合理等方面着手改进。
3.1 针对光电信号抖动造成飞剪中间剪切，解决办法可以从改进PLC编程及改装光电继电器触点两方面着手解决。
（1） 对光电信号抖动，可以在原PLC程序中加入防抖程序（如图2所示），将M100、M101、M102常开点分别代替原程序中的飞剪前光电信号X3、 轧机前光电信号X6、轧机后光电信号X7的常开点。在红钢抖动（光电信号X3、X6、X7，瞬时断开1秒内），不影响PLC对飞剪的控制。因为进精轧区的两根钢间隔时间较短，故抖动时间设置不能太长，据现场实际整定为1秒。


（2） 为保证光电信号的检测准确可靠，可将现有的光电继电器的触点进行改装，具体如下：将三副常开触点并在一起，引出至接线端，改变现有的一个继电器只用一副常开点，提高了光电输入信号的可靠性，从而降低飞剪失控的发生。
3.2 针对接近开关（限位）X23 X24的故障引起的连剪及封门，解决办法可以从改变接近开关（限位）接入PLC输入端及用编程器监控限位的工作状态两方面着手解决。
（1） 现有刀片剪毕位限位X23 刀片剪毕停止位限位X24接入PLC的普通输入端，因飞剪剪切速度（限位盘转动）快，当限位X23 X24性能不好或限位距感应铁片位置稍远时，PLC有可能接收不到限位的输入信号。为了确保PLC能可靠地接收限位信号，需将限位X23 X24由普通输入端改接为高速输入端X0 X2（其输入频率为10KHZ），确保限位信号输入PLC 可靠而不丢失。

（2） 充分利用编程器的监控功能，对输入PLC的限位信号进行监控。按编程器的“MNT/TEST”键，使编程器处在监控M工作方式下，对限位输入信号（也可对光电输入信号）进行监控，及时准确地对限位（接近开关）性能的好坏做出判定，对性能不好的接近开关，可作预测，及时发现隐患，便于在故障发生前处理隐患，减少飞剪连剪及封门故障。
3.3 改变飞剪电机（由变频器调速）的转速即可改变剪切速度，可适当调节切头切尾的长度。这对于调整因气压不稳而导致的切头切尾长度的同步变化非常有效。
（1） 当切头长度变长，切尾长度变短，可适当升高变频器的运行频率，使飞剪剪切速度加快，从而减短切头长度，加长切尾长度。
（2） 当切头长度变短，切尾长度变长，可适当降低变频器运行频率，使飞剪剪切速度降低，从而加长切头长度，减短切尾长度。
4 结束语
通过以上几项改进措施，基本上可以使电气设计上的不合理及PLC程序上的不足所造成的30飞剪失控现象消除，大大提高30飞剪的作业率。减少30飞剪失控所造成的堆钢及碎断，提高了成材率。但一些元器作损坏、自然及人为因素（如光电管没对准而检测不到红钢信号）所造成的失控，仍需靠加强点巡检及各方面的配合才能减少。

1.3 硬件选型

    根据控制工艺要求，综合I／O点数，眦采用S7-200系列CPU226。考虑方便与PLC的兼容性，触摸屏采用11P177A．因为要用串口对伺服电机进行jingque控制，伺服系统采用SGDM系列。该系列的伺服电机具有专门进行串口通信的CN3口。旋转编码器和步进电机采用韩国产品。传感器采用E3Z系列光电传感器。

2 控制系统软件设计

    控制系统软件主要包括3部分：PLC控制软件、触摸屏组态软件和检测软件，具有2种控制方式自由选择切换，即手动调试和自动方式。PLC采集传感器信号，从而控制下一步动作的出发，堵纸时发出报警信号。

    通过触摸屏与PLC之间RS-485通信电缆的通讯功能，点击触摸屏向PLc发出各种控制信号，PLC接到指令信号后执行运算与控制任务。采用手动方式时系统进入手动工作状态，用触摸按钮控制步进电机和伺服电机的起停、正反转等动作。为保证系统的安全运行，在手动程序和自动程序中设置了一些必要的联锁控制。自动运行时，先选择设置好控制参数并确认无误后，运行系统即可进入自动控制触摸屏组态软件，设备自动完成一次处理过程。操作人员可以通过触摸屏向PLC发出各种控制命令，还可同时将PLc的各种实时数据采集回来，在触摸屏上用动态图形表示出来，实现对生产过程的监控。

2.1 PLC程序设计

    PLC的程序设计在其编程运行环境STEP-7下可用梯形图(LAD)或语句表(STL)进行，编译通过后用PPI电缆下载到PLC。在PLC程序的编制过程中，通过一个串口(即MPI接口)实现对2台伺服电机的控制成为整个软件设计的难点和重点。

    PLC与伺服驱动器的通信是从上位机发送命令，根据伺服驱动器的应答来进行。PLC通过指令对伺服驱动器的相关内存单元进行操作，从而达到控制电机的目的。利用S7-200 PLC中的发送(xMT)和接收(RcV)指令实现。

    该系统的通信协议采用主从方式，PLC永远是主控者，伺服驱动器只是被动接收者。上下位机都采用数据帧的形式，按照下述帧的格式发送或接收数据。对协议规定如下：

    (1)PLC每发一帧命令，采用如下过程：清空发送与接收缓冲区→发送命令→等待→超时错→退出报错→接收到应答帧→判断正误→退出。

    (2)PLC每发一帧命令必须收到应答帧后才能开始与伺服驱动器的下一次通讯。

    (3)PLC有2个RS-485口，选用任意一口与伺服驱动器通讯，在通讯前必须先对该端口进行初始化。

    (4)PLC方命令协议如下：

    帧头标志Ox57(1B)+轴地址n1(1B)+命令标识c1(1B)+操作数内存区a1a2a3a4(4B)+操作数d1d2d3d4(4B)+校验码s1s2(2B)+结束标志OxOD(1B)

    (5)伺服驱动器方应答协议如下：

    (6)校验码s1s2的计算方法如下：

    根据指令Wn1c1a1a2a3a4d1d2d3d4s1s2[CR]，将n1c1+a1a2+a3a4+d1d2+d3d4按照16进制数相加后取补码即是。

    例如，设定电机转速为1 000 r／min，轴地址=0。转速在驱动器内存地址Pn0304中设定，所以命令帧和应答帧如下：

    指令：W01030403E80D[CR]

    应答：W01030403E80D[CR]

    PLC程序的编制过程为：初始化自由端口后分别开辟发送缓冲区和接收缓冲区，将命令按字节依次存入缓冲区，然后执行发送命令，同时监听接收缓冲区。接收到应答帧后进行判断，正确后进行下一条命令的发送工作。程序片段如下：

2.2 HMI组态软件设计

    触摸屏作为控制级的人机界面，具有直观、灵活、操作简便等优点。操作指令通过RS-485协议送入PLC，再通过PLC控制软件对该指令进行处理，发布驱动命令信号。触摸屏软件的开发使用专用工具SIMATIC Wincc flexible，软件的设计包括创建画面和信息，并将它们和PLC相连。具体概括为3个步骤：界面的可视化设计，设定变量，设置通信参数。

    用户通过触摸屏可以实现选择产品型号、设置电机转速、手动控制、纸张计数等功能。根据工艺要求设计了主界面、电机参数设置界面、产品型号选择界面、报警界面和手动操作界面。各界面间可相互切换，操作方便。

2.3 检测部分软件设计

    检测部分的软件根据客户要求，使用LabVIEW编制，完成了对纸币安全线磁性编码的采集、分析和处理，并根据分析结果判断纸币合格与否。

3 系统性能特点

    完成软件的设计以及机械部分的生产后，进行了反复调试，并对系统进行了试验运行监测，该系统有如下特点：HMI与PLC的配合使用，可以替代按钮和指示灯等外部器件，不仅可以节省PLC的输入点，还使操作变得简单直观，同时保证了系统的可靠性，使系统的诊断和调试易于实现；通过串口控制伺服电机，使得转速更加jingque，而且实现了同一个串口对多个伺服电机的控制；该系统用于采集磁性编码的磁头间距可以调整，因此可以完成多种规格的大张纸币磁码检测。

4 结束语

    目前该系统已经在某印钞公司投入使用，运行结果证明：设计可靠，操作方便，整个系统控制性能稳定，监控功能较完善，纸张传送平稳，监控效果较好，磁头能够完整地检测到磁性编码，工控机中的检测软件能够对编码进行准确地分析。

    另外，系统所采用的PLC、HMI和伺服控制技术结合的控制方式可以作为—种通用的控制方式向自动控制领域扩展，非常适合于有大量参数设定和显示的工业系统中。系统所采用的串口控制伺服电机方式可以向多个伺服电机扩展。触摸屏和PLC的联合使用，简化了现场操作，提高了控制程序和人机界面的灵活性，使系统性能更加安全可靠，具有广阔的应用前景。

0 引言

    安全线就是在造纸的过程中采用特殊技术在纸张中嵌入两条较薄的金属线或塑料线。近年来，许多国家还在安全线上加进了很多防伪技术，如印有缩微文字的安全线、有磁性和全息特征的安全线、开窗式安全线等。安全线属于可靠性、独占性良好，且易于识别的一线防伪技术，防伪性高，在目前的纸币防伪中占据了很重要的地位。安全线上磁性编码的合格与否关系着纸币的真伪，因此磁性编码检测在纸币印制过程中显得尤为重要。

    文中应用交互性好的人机界面(HMI)，可以jingque定位机械运动位置的伺服控制技术和功能强大、成本低廉、可靠性高的可编程控制器(PLC)为控制核心，设计了专门用于纸币安全线磁性编码检测的控制系统。

1 系统介绍

1.1 编码检测系统的原理

    该系统的传动示意图如图1所示。图1中，进纸辊与搓纸辊之间采用齿轮传动。该系统的工作原理为：合上安全开关，仪器上电；启动工控机检测程序，并根据待测大张纸币种类调节磁头位置后，按下启动按钮，辊子以正常速度正向运转；放入待测纸币，利用前规对齐纸币前沿；待探纸传感器信号稳定后，前规延时被凸轮顶起，纸币被带入仪器内，纸币完全通过后，前规延时放回；当纸币前沿到达对射式传感器后，利用PLC对安装在收纸辊上的旋转编码器进行脉冲计数，PLC延时送出采样触发脉冲给工控机；纸币上的编码匀速划过检测磁头，磁头采集信号送回到工控机，分析输出检测结果。暂不需要检测时可按停止按钮停止传动。如在纸币的传送过程中发生堵纸意外，后部的堵纸传感器能够及时准确地发出信号至PLC，此时，一方面在触摸屏上会显示堵纸报警，另一方面控制传动立即停止，操作人员进行手动操作将纸币退出，完全退出后用堵纸复位按钮停止传动的反转并复掉堵纸的报警。

图1 磁性编码检测系统传动示意

    为安全起见，系统设有“急停”按钮和“系统复位”按钮。当突然发生意外情况或严重故障时，可按下“急停”按钮，所有设备立即停止运行。若系统出现不正常情况或急停时，按下“系统复位”按钮，纸张无论当前处于哪个位置，都会返回初始点；无论在那种操作方式，都会处于无选择方式状态；急停后，必须将故障解除，系统复位才有效。

    检测完成后，按下取纸按钮，收纸仓上升，用户将纸取出。

1.2 系统流程图

    系统控制程序的流程图如图2所示。

图2 控制系统流程图

1.2 控制系统结构图

    该系统的结构图如图3所示。

图3 控制系统结构图