西门子6ES7231-0HF22-0XA0现货充足

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 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。这些控制，初都是由继电器完成的，而plc初是为了替代继电器控制而产生的，那时候是上世纪六十年代。

    经过几十年的发展，plc的功能也发生了巨大的变化，除了初的简单逻辑控制外，在模拟运算、数字运算、人机接口、网络能力方面也有很大的tisheng，可应用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合。21世纪，plc已成为工业控制中的主流控制器，在市场上占据老大的位置。

一、plc在机床行业的应用

    plc在数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为独立式。

    内装式plc也称集成式plc，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将nc和plc结合起来考虑，nc和plc之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个cpu，也可以是单独的cpu，这种结构从软硬件整体上考虑，plc和nc之间没有多余的导线连接, 增加了系统的可靠性, 而且nc和plc之间易实现许多功能。plc中的信息也能通过cnc的显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。次的数控系统一般都采用这种形式的plc。

    独立式plc也称外装式plc，它独立于nc装置，具有独立完成控制功能的plc。在采用这种应用方式时，可根据用户自己的的特点，选用不同plc厂商的产品，并且可以更为方便的对控制规模进行调整。

    plc在数控机床和非数控机床中都有使用，在数控机床中，plc是数控机床的大脑，何时进刀，何时退刀，刀量多少，工件的加工流程及所有要控制的操作都要由plc发出指令，机床的限位开关等机械控制部分以及液压控制部分也会应用到plc。通过计算机与plc的组合，实现对刀架换刀的准确控制。

二、plc在机床行业的总体市场情况

    机床行业中plc的应用以小型plc为主，日系plc在小型plc领域占有很大优势，因此在机床行业中日系plc占据大部分市场份额，而三菱、西门子和ge-fanuc由于其数控系统在机床行业中占有优势，因此在机床行业中占有一席之地。机床行业中plc品牌集中度比较高，主要集中于日系品牌（三菱、欧姆龙）和西门子，台湾品牌台达在其中也占有一定的市场份额，而其他的品牌主要有富士、倍福、ls、施耐德、光洋、abb和横河等。

三、plc在机床行业的应用前景

    机床行业在保持了近这些年的持续高速增长之后，于今年开始出现衰退现象，特别是在受金融危机冲击后，从7月份开始与去年同期相比都有不同程度的下降，11月份甚至下降幅度达到20.2%，如此高幅度的下降是历年很少见的，其中普通机床的影响尤为明显，库存开始增加，而数控机床的影响稍微少一些，从而给这个行业重新洗牌，未来机床的方向是数控化和逐步高端化，这些机床都需要使用大量plc和运动控制器/卡来逐步取代继电器或机械控制，使得机床的整体性能得到tisheng，因此从长远来看，plc和运动控制器/卡在机床行业的应用还是会很有潜力，在金融危机的冲击下，用户对plc的性价比会越来越高，在同等价位水平下，希望plc能够集成更多功能，如多轴插补功能等，甚至把原来不带有运动控制模块的plc转化成带有运动模块，这些都是plc厂商面对这场危机时所需要考虑的，在人人捂紧钱包的时候，只有更加高性价比的产品才能在这场危机中胜出，而对于运动控制器/卡，开放性将是其发展趋势，不需要借助相关平台即能实现运动控制功能。

  汽车车桥作为汽车底盘行驶系中的重要组成部分，受力复杂，它不但承重和传力，还承受巨大的动载荷和静载荷所形成的弯矩和扭矩，为此要求后桥有足够的强度、刚度和韧性。在众多焊缝中。桥壳的焊接质量是直接关系到汽车的行驶安全和乘客及司机人身安全。因此保证后桥的焊接质量是十分重要的。

1 焊接性分析

    1.1 材料焊接性

    目前汽车车桥所用材料多为低碳钢系列，以20钢为主，其化学成分(质量分数，％)为：0．17.o．23C．0．17~0．37Si，0．35~0．65Mn，Cr<o．23，ni<0．3．cu<0．25。p<0．035。s<0．035。可见其c和其它tigao淬透性的合金元素含量较少，故在冷却过程得到的淬硬相比较少，冷裂倾向较小；在此类合金中主加元素为mn，故mn的含量较大，而< p="" style="margin: 0px; padding: 0px;">

    在冶炼过程中对S的含量又进行了严重控制，这就保证了具有较大的Mn／S值．降低低熔点共晶物形成的几率，对热裂纹有很好的抑制作用。因此这种材料的焊接性相对较好。焊接冷裂、热裂倾向较小．常规的焊接方法均可应用于此材料的焊接。但是，考虑到生产效率问题。现在汽车车桥的焊接方法基本多采用CO：气体保护焊。

    1.2 工艺可行性

    CO2气体保护焊作用一种高效的焊接方法已在下程生产上得到广泛的应用。C02气体保护焊的电弧穿透力强。生产率比焊条电弧高l～3倍；CO2气体保护焊采用短路过渡技术可以用于全方位的焊接，对于薄壁构件焊接质量高，焊接变形小，焊接速度快；CO2气体价格便宜，且焊前对焊件处理可从简。其焊接成本只有埋弧焊和焊条电弧焊的40％～50％；CO2气体保护焊易实现机械化和自动化，在汽车焊接中还可减少对设备、场地、工装夹具的多次投入而减少成本，tigao生产效率；抗锈能力较强，焊缝含氢量低。成一体，其结构如图l所示。由于汽车车桥在整车中不但要支撑车身，还要传递载荷，所以其受力情况比较复杂，为了清楚反映车桥负载状况下的作用情况，对车桥整体进行了应力应变有限元模拟分析，其结果发现，三段式连接的中部连接处应力集中现象较明显。这是由于连接处存在较大的缝隙(为焊接而采用的坡口)。焊接接头的出现本身就破坏了结构的完整性易产生应力突变。而焊接过程又是一个急冷急热的过程，焊缝金属凝固过程为非平衡结晶，大量残余应力无法及时释放，而滞留在结构内部造成应力集中现象。

图1 汽车车桥结构示意图

    从强度计算结果来看．由于加载和结构上的原因，在结构局部地方存在应力集中(大应力出算结果表明有动荷系数时应力集中现象加大．大应力值上升，同时疲劳寿命减小。因此对汽车车桥焊接工艺的研究很有必要。

3 焊接工艺优化

    由上述分析可以发现，由于汽车车桥所用材料属于低碳钢，焊接性较好，但由于其结构的特殊性．大量残余应力的存在将诱发焊接缺陷。使材料的疲劳寿命无法满足相应的标准要求，因此对传统的焊接工艺进行优化改造尤为重要。PLC控制技术作为一种新兴的控制技术，由于具有反应速度快、精度高、体积小的优点并已在工业生产上得到广泛使用。为此将PLC控制技术引入CO2气体保护焊过程中，通过PLC控制丁艺过程中的起弧、稳弧、息弧，并对与之相配合装夹具进行jingque地引导，进而保证焊接质量的可控性和可再现性。经过相应的前期调试试验，对焊接工艺参数进行了相应的优化设计，其佳的工艺参数范围见表l，焊现位置)问题，在制造过程中应加强工艺保证；计接材料为ER49．1。

表1 焊接工艺参数Tab．1 The welding proce鲻bbbbbeters

4 焊接接头性能分析

    为了验证PLC控制下C02气体保护焊工艺参数的可行性和优性，对此参数下的焊接接头进行相应的力学性能和显微组织分析。

    4.1 硬度分析

    由于汽车车桥结构的特殊性。在加工、检测过程中很难将其加工成拉伸试件进行拉伸试验，而传统热轧钢的抗拉强度与硬度之间有一定的比例关系，即抗拉强度等于硬度值的3．5倍，所以对焊接接头进行相应的硬度试验．以此近似评价其抗拉强度。图2为焊接接头的硬度分布图。可见其硬度的大值出现在焊接接头的区域，母材和焊缝的硬度均低于HAZ．而母材与焊缝相对比，焊缝的硬度略高于母材。通过硬度数据分布图可明显发现焊缝处硬度分布比较均匀．通过硬度折换成抗拉强度也达到相应的技术要求，这说明应用PLC控制的自动焊机在给定的焊接工艺参数范嗣内能够有效的控制焊接缺陷。并且很好的解决了未焊透问题．使焊接接头的力学性能达到相应的技术要求。
 
    4.2 焊接接头金相分析

    为了更清晰地揭示焊接接头力学性能变化的根本原因。对焊接接头进行了相应的显微组织分析，其金相图片见图3。可看出，无论是母材、焊缝还是，其组织形态均为P+F，只是两种组织的形态有所区别。在母材中P呈一定的方向性排列．在其晶界散落一定量的F，这为典型的轧制组织：而在焊缝组织中其规则的轧制组织已经无法找到．取而代之的是大量树枝晶和等轴晶；在地皑区域由于位置介于母材和焊缝之间，所以其组织也介于两者之间，只是组织有所粗大。这种组织形态与上述的硬度数据基本吻合，这充分说明PLC控制下的CO2气体保护焊工艺基本可行，而且质量过关。

   3．2 电子齿轮比

    伺服放大器的参数设置直接影响活门伺服控制，主要包括电子齿轮比、控制模式和指令脉冲选择等．电子齿轮比的设置是极其重要的，直接决定系统精度．电子齿轮比的计算公式为：

    3．3 活门原点定位

    当开启主机并执行活门原点定位时，PLC产生速率为2 000 Hz的反转指令脉冲，传送给伺服放大器并驱动伺服电机使活门快速返回原点；当采集到原点接近开关信号时，以200 Hz低速率的指令脉冲传送给伺服放大器，使伺服电机减速并停止，活门实现原点定位．活门原点定位精度可达0．1 mm。

    由于原点定位接近开关的检测距离与灵敏度的影响，若系统长期运行将会导致活门原点位置发生较大偏移，因此，需对活门原点定位进行修正，消除计误差．因此，当执行活门原点定位时，PLC先检测活门是否位于原点，若活门位于原点，先执行活门正向移动5 mm操作，再执行回原点操作。

4 PLC程序设计

    甘油雾化系统有正常运行和系统维护2种工作模式．在正常运行模式下，系统完成系统初始化、甘油雾化、状态显示、雾化甘油量调节和故障诊断等功能．在系统维护模式下，系统完成活门点动、雾化点动测试和甘油开度曲线测定等功能，方便检测系统运行特性和实现对系统的测试维护工作．PLC的I／0端口资源分配如表1所示。

表1 FXlN一40MT的l／o资源配置

    控制系统程序采用模块化编程，结构清晰，调试方便．根据功能、控制对象的不同，系统分为自检模块、参数设置模块、故障识别处理模块、停机模块、liuliang调节模块、系统维护模块、甘油加热子程序以及雾化子程序．主程序的功能是检测各按钮及故障报警状态，在需要的时候调用各个子程序，以完成相应的控制功能。

    PLC控制系统主流程如图4、5所示．系统自检模块完成通信检测、液位检测、伺服系统状态检测和活门原点检测，确认设备状态正常后，PLC才会按指令继续运行．参数设置模块实现相关参数的修改，保证系统运行的可靠性和．故障识别处理模块完成故障的处理工作，当系统出现故障时，错误信息会传送至故障模块，由故障模块将其错误的性质、类型和严重性做出判断；当一般故障时，仅向人机界面发出错误提示信息，当错误严重时，调用停机处理模块，中止生产并发出警报．liuliang调节模块是用户根据丝束材料的不同，微调活门开度，实现雾化工艺效果的调整．甘油加热子程序实现温度检测、加热控制和加热系统故障诊断3个功能。

图4 PLC控制系统主流程图

图5甘油雾化子程序流程图

    同时启动喷嘴预加热．检测集合器压力，若超过设定时间，压力仍低于设定下限，则置位增压泵故障；若压力超过设定上限，则置位喷嘴堵塞故障．若温度和压力正常，采用PLC的专用SPD指令测量主机速度(编码器脉冲输出信号)，根据主机转速与活门开度脉冲对应关系，计算伺服电机转动所需的指令脉冲数和脉冲频率，并发送给伺服定位模块，jingque定位活门位置。

5系统测试与分析

    香烟滤棒硬度达标的范围为88士3．4％．过程能力指数cpt常用来衡量滤棒的硬度。

    式中：叉为滤棒硬度期望值；S为滤棒硬度的标准偏差．若C≥1．40，则甘油雾化效果好。

    在昆明某卷烟厂，系统运行在不同速度档次，在每个速度档次，随机抽取20支滤棒进行测试，硬度指标的测试结果如表2所示。

表2 不同速度下滤棒硬度实测数据

    根据式(2)计算可得，在不同速度档次，滤棒硬度过程能力指数Gk分别达到了1．51，1．88，1．86，1．62，均超过了I．40的预期目标．与改进前的毛刷喷涂工艺相比，打跑条和手动剔除导致的甘油和丝束浪费极少。

6 结论

    采用PLC和触摸屏做主控制器，设计制造的新型甘油雾化喷涂系统由伺服控制系统和喷涂活门控制甘油喷涂量，实现甘油的均匀喷涂，解决了采用毛刷甩涂的传统KDF2滤棒成型机组甘油上胶系统喷涂不均匀的不足，实现了设计要求的各项性能指标，自动化程度高，运行稳定可靠，对滤棒加工生产性能的tigao具有极其重要的实用价值。

 KDF2滤棒成型机组的甘油上胶系统是控制滤棒硬度的关键装置，实时控制甘油喷涂量与丝束运行速度的同步变化，保持单位面积丝束上甘油喷涂量的稳定是控制滤棒硬度的关键因素传统的KDF2上胶方式采用毛刷旋转的离心力将甘油以小液滴的形式甩涂到运动丝束表面，小液滴的颗粒尺寸不均匀，且毛刷旋转速度与丝束运行速度不同步，难以实现甘油的均匀喷涂，无法保证滤棒硬度的稳定，造成大量的打跑条丝束浪费，产生大量的滤棒废品。

    本文设计开发了一种基于PLC伺服和触摸屏控制的甘油雾化喷涂系统，采用甘油雾化技术和伺服系统控制技术，通过位置、速度和电流的三闭环PID控制伺服系统跟随丝束运行速度，自动调节喷涂活门开度，调节甘油喷涂量，实现甘油的均匀喷涂．系统运行的实测数据分析结果表明，该系统实现单位面积丝束的甘油均匀喷涂，滤棒硬度达到国家标准且稳定，极大地减少了打跑条丝束浪费和滤棒废品。

1 甘油雾化喷涂原理

    甘油雾化技术是将一定温度的甘油在一定压力下，通过压力式喷嘴射流，使甘油雾化成颗粒尺寸均匀的微小液滴，多个喷嘴均匀排列，产生长方形的向上喷射面，喷射面穿过活门打开的窗口面积喷涂于运动丝束表面．只要有效且稳定地控制甘油温度，就可以保障甘油的黏度和流动性；有效且稳定地控制甘油压力。就可以保障雾化颗粒尺寸和喷嘴liuliang，稳定长方形的向上喷射面积．只有当丝束运行速度稳定，喷涂在丝束表面的甘油量就稳定且均匀．甘油雾化喷涂系统主要由温控油箱、增压泵、集油盒、7支丹佛斯OSF66实心雾化喷嘴、伺服控制系统和喷涂活动门构成，压力选择控制在(9．0±0．5)Pa，甘油温度控制在(38±2)℃，喷嘴孔径为0．2 mm．温控油箱控制甘油温度。增压泵和集油盒控制甘油喷涂压力，OSF66实心雾化喷嘴实现甘油雾化喷射。

    伺服控制系统对活动门(简称活门)的控制是实现甘油喷涂量控制的关键．活门打开的窗口面积称为活门开度，开度越小，穿越活门窗口面积的甘油喷射面越小，喷涂到运动丝束表面的甘油量越少；反之，开度越大，喷涂的甘油量越多．显然，只要用伺服系统jingque控制活门开度就可以jingque控制甘油喷涂量。

2 甘油雾化系统硬件及工作原理

    甘油雾化系统采用三菱FXlN--40MT PLC和MT6070触摸屏作为主控制器，该系统由PLC、触摸屏、伺服控制系统、活门、FX2N一4AD模数转换器、继电器、电磁阀、增压泵和加热器等构成．控制系统硬件结构如图1所示。

    PLC作为控制系统的核心，完成模拟量输入、开关量输入状态检测、开关量输出控制以及整个系统的过程控制．触摸屏实现人机界面，完成相关数据、信息、状态显示和参数设置，与PLC通信，进行数据交换和相关控制．模数转换器将集油盒压力和油箱温度传感器数据送往PLC控制器。

    系统工作原理如下：系统控制电源接通后，首先初始化PLC和触摸屏；然后，PLC自动检测系统的启动条件，甘油温度和甘油液位是否达到有效设定值、伺服系统是否存在故障、活门是否位于原点．若启动条件不满足，系统相应地启动甘油温控系统调节油温，启动加油系统调节甘油液位，自动复位活门原点，或者系统报警并禁止雾化工作；若启动条件满足，且雾化工作开关打开，PLC控制系统允许主机启动，打开增压泵和预加热器，检测主机速度脉冲并计算丝柬运行速度，伺服系统根据丝束运行速度实时同步调节活门开度，带压甘油输送到喷嘴集油盒，经集油盒均匀分配到7个喷嘴雾化喷出。

3 伺服控制系统

    伺服控制系统由伺服驱动器、伺服电机和齿轮齿条构成，主要完成活门开度的jingque控制，是实现新型甘油自动喷雾喷涂系统的关键技术。

    约束运行速度与主机速度成正比关系，伺服系统控制技术以主机速度为跟踪量，将采集到的速度信号送到PLC控制器，由PLC将对应于主机速度的脉冲数和脉冲频率发送到伺服放大器，执行相对／定位操作，控制伺服电机的正反方向转动，进而通过齿轮齿条jingque控制活门的开度．显然，在丝束运行速度稳定条件下，活门开度与单位面积上喷涂的甘油量成正比．在开度不变条件下，丝束运行速度与单位面积上的喷涂量成反比．所以，控制活门开度可调节雾化丝束表面的甘油量。

    3．1 位置伺服控制模式

    伺服驱动器位置控制模式原理框图如图2所示，这是一种典型的位置环、速度环、电流环三环控制结构．FXlN PLC可输出大500 kHz的高速脉冲，根据实际需要，在雾化操作过程中，将产生30kHz的高速指令脉冲，如图3所示．PLC给定脉冲信号，Z1为设定的活门开度所对应的高速脉冲数，而编码器反馈回的电机实际转动脉冲数为咒，脉冲误差信号。一九经过位置调节器PID调节后，输出转子转速给定信号，实际转子转速信号叫由编码器给出，速度误差信号作为速度调节器的输入，再经过PID调节后输出伺服电机交轴电流信号。(相当于电机电磁转矩给定信号)，与实际交轴电流信号i比较得出交轴电流的误差信号，通过电流调节器输出电压型逆变器的PWM控制信号，使伺服电机按给定脉冲数运行，经过齿轮齿条的传动控制活门开度．同时，利用驱动器的位置斜坡功能，在位置指令脉冲急剧变化时，实现电机平稳启动和停止。

图2 伺服驱动器原理框图

图3 PLC输出的30 kHz脉冲波形

3.2 PLC 控制系统的软件设计

    在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。

    （1） PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。

    基本程序:既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。

    模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。

    （2） PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址，以利于维护。定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行的可靠性。

    程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位（不是I/O位），也要统一编号，进行分配。

    在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。

    彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出地址应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。

    （3） PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是PLC 编程必须遵循的原则。下面介绍几点技巧。

    PLC各种触点可以多次重复使用，无需用复杂的程序来减少触点使用次数。

    同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果必须是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以S7-300为例如SQ4.0或者 RQ4.0）。

    如果要使PLC多个输出为固定值 1 （常闭），可以采用字传送指令完成，例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。

    对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。

    模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，正反转点动封装成为一个模块，在PLC程序中我们可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量,有利于大型PLC 程序的编制。

4 PLC控制系统程序的调试

    PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。

4.1 I/O端子测试

    用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证，PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常;反之，应检查接线或者是I/O点坏。

    我们可以编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常。反之，应检查接线或者是I/O点坏。

4.2 系统调试

    系统调试应首先按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然后装载程序于PLC中，运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。

    把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:

    （1） 对每一个现场信号和控制量做单独测试;

    （2） 检查硬件/修改程序;

    （3） 对现场信号和控制量做综合测试;

    （4） 带设备调试;

    （5） 调试结束。

5 结束语

    PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程，要想做到熟练自如，需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结，在实际应用中具有良好的效果。