西门子6ES7231-7PD22-0XA8现货充足

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3.2 PLC逻辑控制程序

    PLC的控制程序采用西门子的编程软件STEP7完成，编写完成之后通过上位机传送给PLC，其程序结构流程如图4所示。

图4 程序流程图

    当工件被送至操作位，先使用扫描枪扫描工件条码，PLC针对条码信息判断工件型号，并设置拧紧参数宏。随后布置有接近开关的机架移动至工件的正上方，上位计算机提示工人被拧紧螺栓位置，工人将拧紧手柄移至该螺栓加工位，同时接近开关判断拧紧器是否在正确的操作位置，如果操作位置正确，允许工人操作，否则禁止工人操作，并在上位显示器上进行报警提示。当前螺栓加工停止后，拧紧机判断加工是否合格，并将判断结果发送给PLC，若合格，则上位机提示下一个被加工螺栓位置；否则提示本螺栓未完成请继续加工，直至盖螺栓加工合格。如此循环直至该工件所有螺栓拧紧完成，接近开关布置架上移，放行本工件，进行下一个工件的操作。

3.3 上位机程序

图5 上位显示画面

    如图5所示，上位机程序采用组态王编写，通过PPI/PCI电缆与PLC连接，当PLC判定型号后，上位机程序调取辅助画面，画面中的被加工螺栓通过红绿交替闪烁提示工人操作，操作完成之后读取PLC中状态变量判断加工是否合格，加工合格后画面显示为红色表示该螺栓加工完成，然后闪烁提示下一个被加工螺栓位置。操作人员按照规定的顺序将所有螺栓拧紧，则提示当前工件加工完毕，放行本工件，并进入下一工件操作，如此反复。

0 引言

    某柴油内燃机生产线上有一道工序是对缸体端盖螺栓组拧紧加工，螺栓组拧紧的顺序和预紧力的大小决定了各个螺栓受力是否均匀以及被连接件的紧密性，为保证装配质量该工序严格规定了螺栓组拧紧的顺序、各个螺栓预紧力、螺栓旋入角度等参数，如图1所示，图上的数字表示螺栓拧紧的先后顺序。

图1 螺栓拧紧顺序示意图

    为保证装配质量，有两种方案可供选择：1)装备自动拧紧机器人设备，虽然可以保证装配质量，但这样的设备昂贵复杂，对于现场条件来说，初期投资过大，维护难度高。2)购买电动拧紧机，通过人工选择被拧螺栓，将拧紧器手柄对准螺栓后扣动banji，拧紧机按预先设置好参数进行拧紧，如此逐个拧紧。虽然这种方式设备成本比机器人要低很多，但由于该内燃机有多个不同型号的产品，其螺栓数量、预紧力、拧紧顺序各不相同，人工选择难免会犯错误，影响装配质量。因此需要一个辅助监控系统监控人工操作，该系统可以通过工件上的条码识别工件型号，并逐个提示工人被拧紧螺栓的位置，并对工人的工作进行监控，如果工人拧紧的顺序发生错误，则拒绝加工并发出警告，每加工完一个螺栓，都判断加工是否合格，如果合格则提示加工下一个，否则提示继续加工本螺栓，直到该工件所有螺栓加工完毕，提示工人加工合格，放行当前工件，进入下一工件操作。从而避免拧紧参数及拧紧顺序错乱。

1 系统结构及功能

    如图2所示，系统由上位机、西门子S7-200 PLC、扫描枪、拧紧机、电感式接近开关、PPI/PCI电缆、通讯接头等组成。条码扫描枪的通讯接口为串口，使用一个RS232转485的接头将扫描枪与PLC通讯端口相连接，扫描枪读取到的字符即可传递给PLC来判断工件型号。PLC使用PPI/PCI电缆与上位机相连接并完成数据交换。使用PLC的数字量输出对拧紧机进行参数宏选择，不同输出点对应不同的参数宏，各参数宏中的拧紧参数提前在拧紧机中设置好，包括预紧力、旋转角度、螺栓数量等。接近开关按螺栓组的分布形状布置在活动机架上，其信号发送至PLC数字量输入口，用来检测拧紧器将要加工的螺栓是否符合规定顺序，如果顺序正确，即可加工，否则禁止加工。单个螺栓加工完成后，合格信号由拧紧机的数字量信号反馈给PLC。

图2 系统结构图

3 软件设计

3.1 PLC获取条码信息

    PLC采用自由通讯口方式读取条码的信息，即CPU的串行通信接口可以由用户程序控制，可以用发送指令、接受指令、接受完成中断、字符接受中断和发送完成中断来控制通信过程主要用到SMB30寄存器设置接受指令参数。SMB30用于设置端口0的通信波特率、奇偶校验、数据位数目等参数。

    pp：奇偶校验控制字，d：每个字符的数据位，bbb．自由端口波特率，min：协议选择

    本系统的SMB30设置为0000100l，即参数为：无校验、8位数据位、9600波特、自由端口协议。

    使用接受指令RCV接收COM端口的整条消息，然后在完成消息接收后，生成程序中断。通过指定的通信端口(PORT)，接受的信息存储在数据缓冲区(TBL)中。数据缓冲区个字节用来累计接收到的字节数。

图3 RCV指令

2.2 控制系统软件设计

    针对典型剪板工艺过程，编写了相对应的PLC控制程序，具有手动操作、自动运行等功能。

    2.2.1 初始化梯形图

    所谓程序初始化就是设置控制程序的初始化参数。初始化程序是在开始时执行一次，其结果存在元件映象寄存器中，这些元件的状态在程序执行过程中大部分都不再变化。图4为控制系统初始化梯形图程序，M8044作为原点条件，初始状态检测原点条件，并作为自动运行的开始条件；M8000为运行监控用，PLC运行时M8000接通；RUN监视M8000驱动状态初始化指令IST执行后，下列元件被自动切换控制：S0，手动操作的初始状态；S1，原点复位的初始状态；S2，自动运行的初始状态。

图4 初始化梯形图

    2.2.2 手动操作SFC图

    图5为手动操作SFC图。状态转移图的大特点是由某一状态转移到下一状态后，前一状态自动复位。将两位旋钮开关选择到手动操作功能位置(X20)，则可进行剪板机的手动操作，可以实现电动机的点动(正转与反转)、闸门的点动(点动升与点动降)等手动操作。

图5 手动操作SFC图

2.2.3 自动运行SFC图

图6 自动运行SFC图

    图6为自动运行SFC图。自动运行程序可执行循环和单周期命令，以达到不同的控制要求。自动模式中又分为循环方式和单周期方式。循环方式是在生产中使用多的一种方式，按下自动启动按钮后，剪板机应能够实现连续的自动送料、剪切。单周期方式是剪板机实现自动送料、剪切，每次仅循环一次，即一个周期。这种方式较自动循环方式效率低，主要是用于调试时使用，以便操作者能够方便调试出满意的剪切效果。

3 结论

    通过现场应用证明，将先进的PLC、变频器、同步控制器等相关技术应用于自动剪板机的控制系统，设备的电气性能、自动化水平有了极大的改善，大大提高产品了的质量，降低了工作人员的劳动强度，并能满足产品品种变化的柔性需求。该自动剪切机经投入生产运行，性能良好，取得满意效果，对于该产品的进一步扩大市场有着巨大的促进作用，真正体现出技术革新价值所在

2.1.2 变频器选型及应用

    由于PLC选用FX1N-40MR，为达到更好的工作性能，变频器也选择三菱FR-E500型。FR-E500型变频器是一款小型高性能通用型变频器，采用磁通矢量控制可以实现1Hz运行150％转矩输出，内置RS-485通信接口，柔性PWM实现低噪音运行。

    变频器运行频率的设置方式有两种，种是固定变频器端口频率法，即选通不同端口输出不同频率的方式使用变频器，这样使用的好处是连线简单，无须使用复杂的软件，但缺点却是无法任意更改设置，灵活性差。第二种是应用FR-E500自带支持USS协议(通用串行接口协议)的通讯模块，使用USS协议，可以在上位机中通过软件设置变频器的输出频率，实时地在线更新设置，改变输出频率，其相应缺点是导致PLC程序十分复杂，而且通过USS协议设置频率的速度比种方法慢(种方法消耗时间少于10ms，第二种方法消耗时间在20-30之间)，考虑到在本文设计的系统中PLC的输出点相对较少，连线数目不多，从系统稳定性和实时性的角度考虑，采用种方式更合理。

    根据变频器(FR—E500)的技术规格，以定长模块为例，其端口分配如表3所示。

表3 定长模块用变频器端口分配表

    2.1.3 同步控制器选型及应用

    市面上供应同步控制器的厂商较少，在这其中，以台湾台达的同步控制器性价比较高。因此，在本设备中选用台达同步控制器SCD-B系列的产品，型号为SCD0882lA：每台同步控制器可对8个单元的速度链进行控翩，每组速度链由反馈信号和单元输出两部分构成。在反馈信号端应输入传感器测量的钢板松紧情况的信号，以模拟量的形式输入给同步控制器，单元输出端口接变频器的频率设定器端口。

    同步控制器工作时以一个模块电动机的转速为基准(主电机)，将其它电动机的转速与之匹配(从电机)。在本剪板机中以定长模块的电动机为基准，故在反馈信号输入端应对应的在单元二和单元三接入反馈信号。三个变频器的频率设定器端口均要连接到同步控制器的单元输出端口，通过控制器内部运算，达到同步控制的目的。根据同步控制器(SCD08821A)的技术规格，设计其端口分配如表4所示。

表4 同步控制器端口分配表

    2.1.4 自动剪切机控制系统接线原理图

图3 PLC控制系统接线原理图

    图3所示为自动剪切机PLC控制线路接线原理图。由于PLC内部能产生24V的直流电，所以可以直接对外部编码器和位移传感器进行供电。编码器采用OMRON公司的产品，型号为E6A2-CWZ5B1000P／R 0.5M。编码器的输出A、B两相分别接到PLC的X0、X1两端(PLC内部高速记数端)，通过内部2相输入(A-B相)计数器进行计数。同步控制器的输入端分别为单元二(校平模块)和单元三(送料模块)接入的两只非接触式位移传感器，为GEFRAN公司的IKlA型号的产品(模拟输出)，它们是同步控制器用来检测钢板松紧情况输入的信号。