西门子模块6ES7223-1BF22-0XA8物优价廉

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　1 引言
　　小区供水系统用于对小区内生活、消防和喷淋用水的自动供给，是住宅小区公用设施的重要组成部分。供水系统通过对水泵、阀门等设备的开、关和联锁来实现小区的正常供水，从而达到居民正常生活和人员、设备安全的目的。
　　我国的电动机用电量占全国发电量的60％～70％，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。造成这种状况的主要原因是：风机、水泵等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输出功率大量的能源消耗在挡板、阀门地截流过程中。变频调速恒压供水控制装置能够极大地改善给水管网的供水环境，该系统可根据管网瞬间压力变化，自动调节水泵电机的转速和多台水泵的投入和退出，使管网主干出口端保持在恒定的设定压力值，整个供水系统始终保持高效节能和运行在佳状态。

2 水泵变频调节原理
　　由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，有效的节能措施就是采用变频调速器来调节liuliang、风量，应用变频器节电率为20％～50％，而且通常在设计中，用户水泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，效率低下，造成电能的大量浪费。
　　根据水泵的相似定律，变速前后liuliang、扬程、功率与转速之间的关系为：

　　式中P1、H1、Q1为转速N1的功率、扬程、liuliang；P2、H2、Q2为转速N2的功率、扬程、liuliang。由此可见，当水泵在变负荷工作情况下，采用变频器调节水泵电机转速时，轴功率随转速比的三次方关系进行变化，节电效果明显。

3 PID调节的基本原理
　　在工程实际中，应用为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到jingque的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
　　3.1  比例（P）控制
　　比例控制是一种简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
　　3.2  积分（I）控制
　　在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
　　3.3  微分（D）控制
　　在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
　　自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

4 变频恒压供水系统设计
　　传统的供水模式采用屋顶水箱和水泵联合供水，水质容易受到二次污染，供水不安全。在全自动恒压变频供水装置中直接tisheng供水，卫生、安全、可靠，用户随时都能饮用新鲜水，避免了二次污染，且设备占地小、性能稳定、能耗低等优点。我们对运行环境进行了现场考察和反复研究，在可靠性、稳定性、方便性等方面做了大量工作，采用先进、实用、可靠的PLC做控制，提出了基于和利时公司LM的控制方案。
　　变频恒压供水系统主要由两部分组成，机械系统和控制系统。机械系统主要由水泵、压力罐和管路组成。控制系统主要由可编程控制器（PLC）、变频器、智能压力表、继电器等组成。系统的结构图如图1所示：

图1系统结构图 

　　该系统有6路数字量输入、6路AC220V数字量输出、1路4~20mA的变频器频率信号和1路4~20mA的压力信号，同时对外输出4~20mA的变频器频率信号，因此，本系统配置1个CPU模块LM3105、1个模拟量输入模块LM3310和1个模拟量输出模块LM3320。系统的I/O表如表1所示：

5 工艺流程控制
　　整个系统的控制对象是两台水泵，通过出口压力决定投入泵的数量、变工频切换和变频器的工作频率。PLC通过采集出口压力和变频器的当前频率对频率做反向的PID调节运算。PID参数的整定对于系统输出的稳定性、准确性和快速性起到至关重要的作用。PID参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法；二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。该系统采用的是工程整定方法中的一种临界比例法。临界比例度法是采用纯比例将系统投入自动，此时积分时间放大，微分时间放0。逐渐减小比例度，使系统刚刚出现等幅振荡，记下这时的比例度Pbc和振荡周期Tc， PID的比例度和积分时间P=2.2PbcT=0.85Tc。系统的控制流程图如图2所示：

图2控制流程图

6 PLC控制系统的优点

　　自动化供水系统选用和利时公司的小型一体化PLC取代了原系统继电器控制回路，减少了能源损耗，节省了人力资源，本系统有以下优点。
　　采集精度、分辨率高
　　和利时公司LM模拟量模块误差在0.5%以内，采用12位精度的数据寄存器。
　　采集速度快
　　和利时公司LM模拟量模块采集周期小于6毫秒。
　　可靠性高
　　本系统的控制核心是和利时公司LM，能够在恶劣的环境中长期、可靠、无故障地运行，接线简单，维护方便，隔离性好，抗腐蚀能力强，能够适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔（MTBF）大于15年。
　　功能强大
　　和利时公司LM的编程语言遵从IEC61131-3标准，易学、易懂、易用。除了具有传统的指令表、梯形图和功能块图等编程功能外，还具有结构化文本和顺序功能图等编程功能。和利时公司的PLC系统提供了多种应用功能模块，包括各种通讯功能模块、可以具体到年月日和时刻的多种定时器和超长时间继电器等，方便了各种功能的实现，有利于缩短开发周期和节省程序容量。

通过大型立式车床项目描述机床数控化的问题，提出台达PLC解决方案。对于台达EH 系列高性能PLC单轴伺服定位扩展模块DVP 01PU-H给出较详细讨论和应用编程案例。
关键词：数控车床 单轴定位模块 原点复归 手摇轮MPG输入

1 引言

随着机械行业的技术进步和市场的不断发展，市场需要更高的加工精度和工作效率，普通机床已经远远不能满足用户的要求，数控机床在市场中所占的比重越来越大。价格合理的数控系统是数控机床市场竞争力的重要因素，太原机床厂C515立式车床采用DELTA EH系列PLC加DVP 01PU-H单轴定位模块，非常方便的实现了速度控制、定位控制、原点复归、手摇轮MPG输入等多种功能，不仅满足数控设备的功能要求，而且响应速度快，价格合理，值得借鉴。

2 项目简介

太原机床厂设计制造的C515单柱立式数控车床，属于大型车床的一种。大加工直径2300mm；大加工高度1000mm；大切削量7mm；小进给量10um。

图1单柱立车结构

2.1 主辅传动

（1）驱动部分采用1台30KW高压伺服系统控制工作平台的旋转，2台1.6KW大惯量伺服系统控制水平（X轴）、垂直（Z轴）方向的进给。
（2）传动部分采用减速机和滚珠丝杠加滑块传动，水平（X轴）方向10um/20 pulse、垂直（Z轴）方向10um/30 pulse。

2.2 控制要求

（1）通过操作按钮实现水平（X轴）、垂直（Z轴）方向的点动（点动速度通过手调电位器控制）。
（2）过操作按钮实现水平（X轴）、垂直（Z轴）方向变速移动（移动速度通过手调电位器控制），可以随时中止，且不影响下一动作。
（3）原点复归功能。
（4）手摇轮可以迅速且准确的实现水平（X轴）、垂直（Z轴）方向进给，单步小进给10um，进给速度与手摇轮转动速度一致。
（5)轮控制模式需提供低（x1）、中（x5）、高（x10）共3个速度，既可用于单步定位，又可用于快速移动，方便用户操作。

3 台达数控解决方案

3.1 配置设计

根据系统分析，选用台达EH 系列高性能PLC作为主控单元。DVP 32EH00T（32点200Khz高速输出型主机） + DVP 48HP00R（48点继电器扩充24D＋I24DO） + DVP 04AD-H（4点AI扩充） + DVP 01PU-H（单轴定位扩充） + DVP 01PU-H（单轴定位扩充）。 其中DVP 32EH00T主机可输出200K开基极脉冲信号，用于控制工作平台旋转的30KW 380V高压伺服；2个DVP 01PU-H单轴定位模块分别用于控制水平（X轴）、垂直（Z轴）方向的进给；DVP 04AD-H模拟量采集模块用于检测2路电位器调节的电压值作为设定的工作速度。

3.2 主机简介

DELTA EH PLC，程序容量15872 steps，处理速度0.24us，输入/输出点数大各256个，可扩展8个功能模块，自带双通讯口（可扩COM3）采用MODBUS协议，Easy bbbb功能可方便实现集联，自带4路高速脉冲输入（高2路达200K），DVP20EH00T和DVP32EH00T机型支持双路200K脉冲输出。是一款功能强大的PLC主机。系统变量定义如表1所示。

3.3 模拟量采集模块简介

DVP 04AD-H是一款4路14位模拟量采集模块，既可以单独使用，通过RS485通讯远程控制，也可以作为EH PLC的功能扩展，使用FROM/TO指令控制操作，精度高，响应速度快。

3.4 伺服定位模块简介

DVP 01PU-H单轴定位模块，是一款非常实用的速度/位置控制模块，专门用于步进和伺服系统的速度/位置控制的功能。DVP 01PU-H单轴定位模块使用简便、功能完善、响应速度快、价格合理。不仅可接受LSN/LSP/DOG等开关量信号，还可接受200K的A/B相脉冲信号（差动或5-24V开基极）作为手摇轮MPG脉冲输入，可输出200K差动脉冲信号（支持正负脉冲、脉冲加方向、AB相信号），支持电子齿轮比。运行命令（#CR31）提供软件START、软件STOP、点动JOG及原点复归功能的使用。工作模式设定能够实现速度控制、定位控制、手摇轮MPG输入等多种功能。

4 软件开发

该数控车床重要的控制要求是准确的位置控制、变速度控制和快速的响应速度。使用了三个功能模块，主要功能全部通过PLC模块来实现，全部程序不足1000steps。

4.1 开发要点

由于大量使用FROM/TO语句，使用时需注意以下几点：

（1）为了控制程序扫描时间，建议规划使用FROM/TO语句。
模块功能和状态的初始化语句，只需开机时执行一次，建议采用M1002作为执行条件；需要不断刷新和调整的采样或控制指令，可使用M1012上升/下降沿作为执行条件定期执行。
其他需条件满足才执行的语句，建议采用TOP语句，或以相关条件的上升/下降沿作为执行条件。终的目的是减少执行次数，缩短程序扫描时间。

（2）为避免开始运行时由于初始化内容过多而导致PLC报警，请将D1000中的WDT时间延长。

（3）DTO语句的每批次写入双字节，如果结尾为Kn，则表示写入n个双字节数。

4.2 模入模块编程

DVP 04AD-H是一款4路14位模拟量采集模块。各路数据采集程序：

4.3 单轴定位模块编程

DVP01PU-H模块使用注意：

（1）设定工作模式#CR32前必须先停止输出。
（2）点动JOG模式，运行中无法改变速度，且不受软件START / STOP功能制约。
（3）变速运行模式可以在工作过程中修改速度，但运行方向需要通过设定#CR23位移量的正负或修改#CR5的旋转方向来实现。
（4）建议采用相对位移模式。

编程案例：垂直（Z轴）手摇轮MPG输入控制功能启动（选用不同速比）：

5 结束语

设备调试完成后，获得了企业领导与技术研发以及操作人员的满意，提出要在其他设备上推广使用，并对台达系列产品的功能产生浓厚的兴趣。DELTA PLC产品拥有多种功能扩展卡和扩展模块，提供多种便利指令，通过RS485接口能够方便并经济地实现多机集联，功能强大，使用灵活。在数控设备设计和改造领域及其他定位控制领域拥有广阔的市场。

一：工位介绍

1：如下图一所示：图一当中由左到右工位依次为限位板工位，限位圈工位，端子工位，安装板工位，座销工位。其中端子工位，安装板工位，座销工位带有双头气缸，而限位板工位，限位圈工位则为单气缸。

图一：工位分布图

2：如下图二：为安装板工位，座销工位的图示

工位性能特点:

1、 双气缸单变压器结构，气缸的横向距离可调。
2、适合于焊点排布在一条直线的焊接工件，双气缸交替工作，减少了工件移动和对位时间，tigao工作效率。
3、双气缸电极输出电流可根据规范调整。

主要技术参数说明：

1、两气缸（中心距离）可调距离：100mm--800mm
2、焊机功率输出：50KVA--150VA
3、两气缸直径：63mm-100mm

二：工艺规范

1：规范

不同工位控制器的选择规范，通过人机界面自动设定选择规范序列号，如下图三，不同工位根据不同的规范来调整不同的焊接工艺，规范不同焊接参数不同。

焊接参数包括：预加压时间，加压时间，电流递增时间，焊接1时间，焊接1电流，冷却1时间，焊接2时间，焊接2电流，冷却2时间，第2脉冲循环次数，焊接3时间，焊接3电流，电流递减时间，维持时间，休止时间等。

图三：参数显示设定监视自动运行画面

2：电源指示灯可以监控到五工位中哪一工位处于通电状态
3：警报指示灯：可分别指出各工位水压气压不足时提示报警
4：状态：正在焊接，放电或者等待状态（已经按下双手控制按钮处于排队等待状态）
5：班计数：可以计算工作产量

三：操作流程

1：自动运行

在监控画面（图三）进行自动运行，启动电源，判断5工位是否有启动信号，启动信号由PLC直接发给各工位的控制器，控制器接收到启动信号后，按照主机优先的权限进行给定，五台设备焊接互锁，保证同一时间只有一台工位进行焊接，如果主机端子工位有启动信号的话以主机为优先工作，否则按照其他各工位启动请求先后进行独立工作。

三相控制器按照人机界面选择的规范进行焊接，三相控制器焊接结束后提供焊接完成信号给PLC，PLC执行气缸复位等待下一次工作。

2：手动运行

如下图四为手动运行画面，只有主机也就是端子工位有手动运行功能，其他四个工位则没有手动运行的功能,在手动运行画面时只有主机方可工作,其它工作不能动作.

手动功能画面当中可以设定左右气缸向上运行的时间,调整时间保证气缸上升到位.

图四：手动运行画面

四：人机界面页面说明

1：图五为总加工量显示和清零画面

图五：总加工量图示

2：图六为安装板和座销双头工位左气缸延时上升时间设定画面

安装板和座销工位左右气缸不是同时工作，左边的先下降工作，工作结束之后等待右边气缸下降压紧工件后左边气缸方可上升返回，防止正在焊接的工件错位。

图六：时间设定画面

3：图七为主机也就是端子工位规范选择子画面主机左右工位规范选择不同的焊接工艺

图七：主机规范选择子画面

4：图八为安装板规范选择子画面，在自动运行画面当中点击安装板规范后画面会自动跳到此子画面进行相关规范参数的设定

图八：安装板规范选择子画面

5：图九为座销规范选择子画面，在自动运行画面当中点击座销规范后画面会自动跳到此子画面进行相关规范参数的设定

图九：座销规范选择子画面

五：控制器

此生产线所使用的控制器为数控工频电阻焊机控制器18B系列，台达DOP-A57GSTD人机界面和DVP-48EH00T2PLC，如下图十、图十一

图十：控制器机身安装图

图11：人机界面安装图

1：控制器主要特点:

· 焊接过程由控制器进行闭环控制，在电网电压波动和焊接负载变化的情况下，都可保证焊接电流恒定，因而保证焊点质量。
· 具有恒电流、恒电压和恒相角三种控制功能。
· 可进行两个加压电磁气阀控制（带增压控制）。
· 具有4/15规范选择功能。
· 具有单点焊和连续点焊功能。
· 多窗口编程器显示，操作简单方便。
· 具有断电数据保存功能，断电十年数据不丢失。
· 具有出错自检测功能，各种异常情况以数字显示。

2：PLC&HMI和控制器信号沟通定义表

PLC提供启动信号给控制器：X20-X25
控制器提供焊接完成终了信号给PLC：X0-X4
PLC提供给捉控制器规范选择信号:Y12-Y15(主机及端子) Y16-Y17(安装板) Y20-Y21(座销)
Y22,Y23分别限位圈及限位板.

警灯信号: Y25-Y27分别显示红色黄色及绿色,红色表示总机中有气压低故障,黄色表示总机中有水压低故障,绿色则表示总机有一机正在焊接.具体信息查看(图三)人机画面.

通过PLC&HIM控制五个工位焊接互锁,保证在同一时间内只有一个工位通电焊接.减小电网波动.

六：结束语

台达PLC&HMI在焊接生产线上的成功应用为我们在焊接设备领域提供了成功的系统应用集成。

中达电通主要为中国具成长潜力的通信及自动化市场提供设备和服务。其主要产品和服务包括视讯设备、动力系统、宽带数据和机电自动化四个方面。

中达电通的母公司为世界的电子制造跨国企业——台达电子集团，台达集团在江苏吴江建有规模庞大的生产基地，是全球大电源管理系统供货商和台达变频器、编码器、人机接口、PLC、伺服、温控器等机电产品的制造厂商。
作为工控行业内的厂商，尤其是在国内唯一一家能将机电产品做的如此全面的制造厂家，我们通过应用自己的产品能够为各行各业的客户提供全面的解决方案。