6ES7222-1BD22-0XA0传授代理

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我国是世界上缺材少林国家之一，据专家预测，到2010年我国的木材消费需求将达到2.1亿立方米，而缺口达6000万立方米，其中人造板工业占相当大的消费比例，因此tigao人造板生产效率意义重大。热压机作为人造板生产的关键设备，直接决定了生产效率及产品质量，而热压机性能的好坏又在很大程度上取决于其控制系统的优劣。针对现有热压机采用继电接触控制,使压机的控制线路较为复杂、触点太多而故障率高的问题，提出在热压机控制系统中采用PLC控制，可省去部分继电器和闭锁触点，简化控制线路，tigao设备可靠性。PLC选CPU224 CN，后面带上一个UniMAT的UN223模块。

一、 基本工作原理
实验热压机是木材加工工业、科研单位、高等院校等的实验室设备之一，可作纤维板、刨花板、胶合板、表面装饰板、塑料板等的热压实验之用。除了加热系统外，其工作特征和结构与生产型热压机基本相同。图1为本文所研究的热压机结构简图。热压机上压板2固定，正常工作时通过控制位于压机底部的柱塞缸，使得柱塞5带动下压板4向上移动，将板坯压实；经过热压处理后，柱塞5带动下压板4向下移动，到位后为下一次工作做准备。根据人造板生产工艺的要求，在压机工作过程中，关键是位置控制和压力控制，系统是通过比例liuliang阀来进行速度调节，进而实现位置控制。

二、PLC控制系统的设计思路

首先要满足设备在生产中的可靠性。因原设备控制部分元件多，控制线复杂，排查故障非常困难，为此，可以考虑热压机油缸升降的控制部分采用PLC控制，在满足要求的情况下，尽量减少输入点和输出点，使得整体设备可靠性tigao；另外，考虑到设备检修、保养和对新的板种的试生产，需要在控制线路中加入手动、自动转换开关；在检修时，为防止升起的压板因误操作发生位移，加装了保护开关，当开关置于保护状态，即使发生误操作，因有电气互锁，也不至于使压板发生下移。基于以上设计思路，根据压机工作流程，确定了17个输入点和14个输出点，共31个点，采用CPU224产品（该产品有10个输入点，10个输出点）连接UN223（该产品有16个输入点，16个输出点）。结合该系列热压机特点，设计了控制线路，并编制了控制程序；输入和输出量编址见表1。
表1 胶合板热压机各输入输出编址

3、工作原理与控制过程
以快速贴面压机为例。该系列热压机共装有4个油缸，油缸顶置，液压油路需用6只电磁阀控制，因设计的热压机规格不同，油泵电机的功率从10～22 kW不等，为减小电机起动电流，设计为Y／△起动。胶合板板坯采用小车载入，小车承载部分可单方向运动，小车退出时板坯自动滑落在压板上。小车驱动电机由变频器控制，可实现小车快进、慢出。
图2为快速贴面胶合板热压机工艺流程



控制油缸的电磁阀有6只，其中1只1DT为总进油阀；每2个油缸上部、下部油路各自并联，分2组，每组各有1只上部进油阀3DT、5DT和1只下部进油阀2DT、4DT，还有一只总回油阀6DT。
油缸下部进油，柱塞上移；其上部进油，柱塞下移。即当1DT、2DT、4DT工作时，压板上升，1DT、3DT、5DT工作，压板下降并加压；6DT工作时，油缸卸荷。液压油泵用三相交流异步电动机驱动，为降低起动电流需要降压，采用Y／△方式起动，转换时间为2～5 s。油泵工作正常3 s时，压板上升到位（设上限位开关）后，压板停止上升；此时装板小车载板坯快速进入，到达设定位置后，小车卸板坯并开始后退，碰到后退限位开关后停止后退。
在小车卸板后退的同时，压板开始下降，当碰到下限位开关后，停止下降，开始保压并计时，随着油压的升高，动、定压板之间压力增大，当达到设定上限压力时，电接点压力表上限开关断开，停止加压。由各组电磁阀自动控制热压时所需压力，实现保压直到热压结束，开始卸荷，3 s后压板上升。由人工完成卸板。
为了安全起见，在控制线路中加装转换开关，在压机上升控制电路中要加入保护装置，当压板上升到位时，手动合上此开关，检修设备时不会因误动作而使动压板下降伤人。同时，在加压保压控制电路中，加入了超压保护开关，目的是防止油压达到压力上限后继续加压。若超压，此开关自动断开，电磁阀失电关闭，停止加压。当压力下降到许可值时，此开关重新闭合，系统控制恢复正常。

 4.2系统的I/O规划，以及自定义M代码功能的实现。

    机床制造商通过专用的PLC编辑软体可以对PUTNC-H4通用系统的内置PLC进行编辑，可以实现PLCI/O规划、电气安全互锁和用户自定义M代码功能。CNC淬火机床I/O规划如表1所示。

    表1CNC淬火机床I/O规划

    CNC淬火机床自定义M代码如表2所示。

    表2淬火机床自定义M代码

    自定义M代码PLC规划范例如图4所示。    

图4自定义M代码PLC规划范例

    4.3系统的操作功能的实现

    PUTNC-H4系列通用数控系统是具有标准CNC的功能，因此可以轻松实现伺服运动控制。通过数控面板的操作可以实现模式切换、基本G代码编程、MPG手轮功能、任意暂停、单节测试等操作功能。

    机床制造商只需根据产业机械终用户的操作习惯和工艺要求，对按键和LCD画面做进一步的规划，使其能更直观的反映加工信息即可。因此和工控机、HMI人机+PLC的控制方案相比，无论在运动控制方面，还是系统操作易用性和稳定性上都有着的优势

   4.4加工程序G代码数据的生成和处理

    淬火机床是热处理加工环节的一种专用设备，操作者往往具备本的理论基础，而对CNC基本不具备编程能力。所以如何能够结合产业机械的自身的工艺特点，完美的生成和处理加工程序数据，是把通用CNC打造成产业机械专用系统的关键一步。淬火机床在程序编辑上主要以下提出三点要求：

    （1）加工光轴类零件时，可以通过标准的G代码实现零件程序设计。

    （2）在加工标准的直齿和斜齿齿轮时，控制系统可以根据齿轮工艺参数自动生成加工程式。

    （3）在程序编辑模式下还可以对淬火的辅助工艺参数进行设定，如感应器加热延时时间、喷液延时时间、齿轮加工空行程时的速度以及淬火加工时的速度设定。

    中达电通PUTNC-H4系列数控系统不仅支持标准G代码编程外，还提供变量表格编程和教导程序输入，更支持MACRO宏指令等多种NC编程功能，完全可以满足机床程序编辑要求，以下对上述三点要求实现展开详细说明。  

    5 加工和辅助工艺参数设计

    5.1光轴类零件的加工和辅助工艺参数的处理

    （1）光轴类零件的加工工艺过程比较简单，终用户稍加NC编程基础的培训，便可以通过人工G代码编程、示教模式，并配合自定义M代码来完成编程。

    以下零件为例，淬火区域为红色部分，G代码设计如下，其中X，Z轴的数据(如下例中的Z1、X1等)终用户可以通过图纸计算得出，也可以通过CNC的示教功能采集得出。    

图4自定义M代码PLC规划范例

    （2）淬火辅助工艺参数的处理。在淬火零件加工过程中，都会涉及到一些淬火机床加工辅助工艺参数，如淬火进给速度F，延时时间X等，这些参数即可以通过LCD规划的变量表格输入，也可以通过具体数值直接给定，如上例说明描述。工艺参数界面规划如下：     

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    5.2齿轮类零件加工

    齿轮零件一般主要分为直齿类零件和斜齿类零件两大类，人字型齿轮和阶梯类齿轮也是这两大类零件的延伸。以下就直齿轮零件的加工过程为例进行说明，CNC是如何结合工艺要求给操作者提供便利的编程方式。将直齿类零件圆周，展开如图5所示。   

    图5直齿类零件圆周展开图

1  引言
    电加热控制是工业中十分常见的控制项目。加热控制中以温度控制为多见，此外，一些设备需要调节加热器的功率来满足工艺要求。加热器的输出功率与通过其两端的电流和加热器本身的电阻有关。在许多应用场合，加热器的功率调节采用调节电源电压来实现，常见的有变压器方法控制简单，但增加了成本投入，不方便自动控制，而且在大量加热器功率需要单独调节的场合就无法完成。另外采用在运行中通过改变加热器的电阻这种方式来调节功率在硬件上难以实现。

2  热弯炉加热的控制要求
    在汽车玻璃深加工设备中，玻璃热弯炉加热控制就是加热器功率调节控制的典型案例。热弯炉为使平板玻璃加热弯曲成有球面的汽车前挡玻璃时，根据不同的需要对玻璃四周的加热功率通常要调得大一些，达到加热器额定功率的60%-，以使玻璃四周弯曲弧度增大；而对玻璃中间的加热功率通常要调得小一些，达到加热器额定功率的0%-65%，使玻璃的中央弯曲弧度过渡变得平滑。
    在不使用变压等其它装置的情况下，笔者通过试验，总结出利用plc晶体管输出通过固态继电器控制加热器的导通时间，来自由地调节加热器的输出功率的新的有效尝试。事实证明，这种方式不但节省了成本，而且控制简便。下面从理论上分析如何实现用plc对加热功率进行自由调节控制。

3  控制原理
    为说明其控制原理，我们先从交流电说起。一个周期内平均值为零的周期电流(或电压)叫做交变电流(或电压)，随时间按正弦函数规律变化的正弦交流电。我国和世界上大多数国家，电力工业的标准频率，即所谓“工频”为50hz。根据正弦的电频率公式f=1/t，可知，它的周期为0.02s，它的角频率为ω=2πf=100π，即工频每秒100次到达正弦量零值(正弦量一个周期内瞬时值两次为零，规定瞬时值由负向正变化之间的一个值叫做它的堆值)。也就是说，在1秒的时间内，相位每增加1πrad(弧度)，正弦量经历了半个周期，占整个1秒时间相位角的1%。这就可把1秒钟时间内经历的周期分为100等份，每半个周期为1份。这样，如果能有一种控制器，以1秒钟作为一个循环周期，在1秒钟的时间内使加热器只导通秒，那么，它输出的功率就占整个加热器额定功率的1%；如果在1秒钟的时间内使加热器只导通0.02秒，那么，它输出的功率就占整个加热器额定功率的2%，依此类推。由此可见，通过对加热器的导通时间控制，就可达到对加热器功率调节的目的。这种控制器可由plc晶体管高速输出实现。plc晶体管输出单元通过输出周期为1秒的脉冲，改变脉冲状态为1的时间，从而控制固态继电器的导通时间，来实现plc对加热器功率自由调节。

图1  组态“在线操作”界面

4  控制程序
    热弯炉的加热分为若干段，某一段的加热丝分布如图1组态“在线操作”界面所示。图中每一矩形条代表一条发热丝，b1(bend1)段发热丝的数量达120余条。矩形条中间的数字为功率设定百分比，矩形条的颜色与设定的功率百分比相对应，越趋向时颜色越接近红色，以使操作员能很直观地查看各功率设定的总体分布。
    为使组态界面的加热功率设定能得以实现，必须为plc编写相应的控制程序。这里，我们以三菱q系列plc作为主控制器为例，来说明plc的控制过程。
    三菱q系列plc是以大规模系统为对象，有很强的cpu模块处理性能和较大的程序寄存器容量。cpu与网络模块、编程用外围设备之间数据通信的性能优越，支持本地i/o大可达4096点，快指令仅需34纳秒。是适合大量加热器单独进行功率调节控制的理想plc之一。由于plc与加热器之间的电路十分简单，这里不再祥述。需要说明的是，plc输出模块应选用晶体管输出类型的模块，以实现脉冲输出；使用固态继电器(这里不能用接触器代替固态继电器)接在输出模块的端口，控制加热器的导通。单条发热器的plc控制程序如图2所示，其它的程序与此类似。

图2  plc控制程序图

    程序中，sm409为秒时钟，d4995对sm409的脉冲进行加1计数处理，当d4995递加到数字为100时，正好为1秒时间，当d4995大于100时即清0；d6000为加热器1的功率设定值，如果设定值大于当前d4995内的数值，且功率设定值大于0，y360(加热器1)即输出为1，否则输出为0。例如当d6000设定值为30(即设为加热器额定功率的30%)，d4995以秒为单位进行递增计数时，当d4995计数值在0－30之间，由于d6000内的数字30大于或等于d4995的当前值，y360输出状态为1；当d4995计数值在31－100之间，由于d6000内的数值30小于d4995内的数值，y360输出状态为0。d6000的取值范围为0－100间的整数，通过调节d6000的数值，即可对加热器1的输出功率进行自由地调节。

5  结束语
    用plc实现加热器功率调节的控制，具有电路简便、方便控制等优点，特别适用于大量加热器需要分别进行功率调节的场合，容易实现自动化控制。为工业设备中的加热器功率调节控制提供借鉴作用