西门子6ES7231-7PC22-0XA0正规授权

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：在新开发的产品中有一个型号为Q7的长条铝基台，要在上面加工两个φ3.7×1.65的平底盲孔，由于要求精度高，批量大，故无法用传统的钻模在钻床上加工，也很难在传统铣床上面加工，即使能加工效率也很低，并且设备损耗和电力损耗也很大。此工件的加工有着非常广泛的代表性，生产的很多产品有着类似的要求，为此，我们设计制做了一台用于此类产品加工的设备——通用型数控钻铣床。

一、系统概述

系统构成如图1所示，控制部分采用PLC，并配以人机界面进行程序参数修改、设定，

以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。三轴均为全数字交流伺服系统，各轴伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠，以移动配有直线导轨的工作台和主轴铣头，其定位准确，速度快。主轴铣头由变频器控制，根据刀具及工件和进给量，来设置主轴合理的转速，并在程序中设定它的启动停止。各轴均设二端极限传感器和原点传感器，冷却和润滑也都有异常检测，在报警灯和人机界面处显示报警信息。为便于调试和检修，各项操作均设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及润滑开关等。此机床整体虽为半闭环控制，只要选件、装配、程序编制及操作合理，精度和稳定性还是能满足使用要求的。

二、硬件配置

PLC选用永宏的FBS-40MCT，该型机具有较高的性价比，体积小，功能强，24点输入，其中有16点高速计数器，频率可达120K，16点输出，其中有4轴步进或伺服输出整合在里面，输出频率可达120K，使应用起来非常方便，接线简捷。编程软件WinProladder有梯形图大师之称，易学易用且功能强大，编辑、监视、除错等操作非常顺手，按键、鼠标并用及在线即时指令功能查询与操作指引，使编辑、输入效率倍增。

接点分配：取各轴伺服电机的Z相信号作原点开关，要分接在几个高速输入点上，用中断进行机床原点复归，其余限位开关、操作开关、液位检知等常规接点可按顺序依次接入。X、Y、Z三轴伺服电机连在前3轴伺服输出点，主轴高低速、冷却、报警等接在其余输出点上。

X、Y、Z3轴伺服系统均选用相同的，和利时的ES系列全数字交流伺服驱动器0040E-CBCEE-02，和60系列小惯量的伺服电机60CB040C-2DE6E。该伺服系统功能比较完善，如能耗制动、电子齿轮、自动加减速等，具备多种脉冲串输入，保护功能也比较完备，有欠压、过压、过流、过载、堵转、失速、位置超差、编码器异常等。在此设备中按集电极开路驱动方式连接至PLC，高脉冲输入频率为200K,伺服ON、Z相信号等也做相应连接。

变频器选用富凌的DZB70B0015L2A，规格为单相1500W，400Hz，有多步速供编辑使用。由于正常使用时不频繁变速，故速度调节设定不引出，只在变频器操作面板上调节，设定两个速度，高速用于加工，低速用于对刀。调节相关参数与主轴匹配，如基频、基压、运行频率上限、载频等，并改动相应跳线。

主轴没有采用传统方式，而是根据加工需要，采用了雕刻机用的电主轴，安阳莱必泰的ADX80-24Z/1型，其体积小、噪音低，直径只有80mm,这样使整个主轴箱便于整体密封，可有效地防止加工中的碎屑飞溅到Z轴的丝杠和导轨上造成损害，也使主轴箱外表显得美观。它的高转速为24000转/分，使正常工作转速6000-14000转有一个合适的余量范围。

人机界面选用人机电子的通用可编程文本显示器MD204L，它可以以文字或指示灯等形式监视、修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态。

三、软件设计

机床工作的流程图如图2所示，开机后先检测手动开关是否有效，若手动开关有效

即利用各手动控制开关执行手动操作的项目。若手动开关无效，则启动原点复归程序，各轴进行机床原点复归，先回Z轴再回其它两轴，当所有轴都原点复归成功后才能进行到下一步。若刀具和工装夹具、工件程序均没有变动，可复位到加工预备状态而不进行对刀，若需对刀，则打开对刀开关启动对刀程序，3轴分别对刀，即找工件原点，利用手动各轴移动开关快慢移动各轴，使工件的三个面分别碰触低速旋转的刀具，刚好碰上为止。对好后，按对刀OK确认，再输入刀补，经过程序处理，即形成工件原点也就是编程0点，编程时根据此0点按照图纸计算刀具路径，可使操作者思路清晰，编辑运算简单。操作者编辑的是用户程序，可以编辑刀具轨迹，就是各轴移动坐标，还有移动速度、循环加工时的循环次数等。编好程序后或使用当前程序时，即复位到预备状态：各轴移动到初始位—一个合适的位置，装卸工件方便、不易碰触刀具时，装上工件，按启动即可开始加工，主轴运转，冷却液开，各轴按程序设定坐标移动。当加工结束时，机床复位，即各轴又移动到初始位，主轴停，冷却关，这时可卸下工件，完成加工过程。

就有30个φ3.7的平底盲孔需要加工，刀具选用φ3.7的2刃钨钢立铣刀，钻削加工，钻削深度1.65mm。在预备状态时紧靠工作台上的定位固定好胎具，按启动后，主轴旋转，待主轴即将达到额定转速时，X、Y轴同时运转到加工工位，也就是个孔的X、Y工件坐标值，此时冷却液打开、Z轴快速下降到加工区，即铣刀端面即将触及工件加工面，迅速变用缓慢的工进速度开始钻削加工。当加工深度到达设定深度（1.65mm）时，Z轴带动铣刀迅速抬起，抬起的高度为铣刀端面水平方向上碰触不到工件及胎具为准。计数器加1后程序进行比较运算，判断加工是否完了，如否，则X、Y轴继续运转到下一加工工位，再重复Z轴下降加工动作。如加工完了，产量计数器加数、主轴停转、冷却液关闭，同时发出5s声光报讯，用以提醒操作者，各轴移动到初始位：Z轴到上端；X轴到左端；Y轴到外端。卸下胎具后，一个加工周期完成，装上胎具再按启动即开始进行下一轮加工。

四、一些着重的电气措施

1.主回路加装漏电断路器，相应回路都安装合适的断路器。

2.PLC和伺服系统的电源处都分别加有电源滤波器。

3.各直流继电器线圈都并接反峰二极管，交流接触器线圈并接阻容吸收回路。

4.润滑、主轴冷却都设液位低报警器。

5.伺服控制线、人机界面通讯线等使用屏蔽线，并远离电源线。

6.在拖链内走线，使用耐折的柔性电缆，并尽量增大拖链的弯曲半径。

7.变频器与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。

1引言
随着计算机和通讯技术的发展，在工业测量和控制中广泛需要远程通讯。远端PLC等下位机做生产控制，本地计算机需要实时监测或参与控制生产现场的参数。实现以上要求的一个简便的途径是利用覆盖面广泛的公用电话网，使PLC等下位机利用调制解调器（MODEM）和计算机的调制解调器连接通讯，即可完成硬件上的连接。如图1所示。在软件方面，由远端下位机软件控制和远程监控站软件两部分组成。考虑到本地监控站软件只做数据监测或少许控制且编程相对简单，所以本地监控站的编程软件可以直接用语言。
2系统概述
本文以一个实际的小水电站的泻水闸门程控工程为例，着重叙述永宏PLC和PC做远程通讯的实现细节。系统的下位机控制采用永宏公司的FBs系列PLC对水库泻水闸门进行开度检测和开度控制，监控站的界面编程采用VB6.0编写。
硬件配置：远端FBs-CB25+ FBs-10MAU＋ECOM外置MODEM＋PWS1711
本地PC（含普通内置MODEM）
该系统主要控制要求，通过FBs-10MA外接一个旋转编码器检测闸门所在位置，然后跟据现场人机界面或者PC端（下游5Km处）的设定位置来控制牵引闸门的马达正反转，从而使闸门上升或下降到指定的位置。FBs-CB25所扩展得到的通讯口2（RS485）用于PWS1711的通讯，通讯口1（RS232）用于连接MODEM，另外，主机上的可USB口用于连接调试用的笔记本电脑。

图1系统组成

3调制解调器工作方式和设定
3.1 调制解调器工作原理
调制解调器分成两种模式，命令模式和联机模式。当调制解调器没有和其它设备连接时，其处于命令模式，这时下达给调制解调器的指令时作调制解调器本身设定或者动作用的。当调制解调器已经和其它的设备连接上时，此时调制解调就是处于联机模式，所有在此时由计算机送到调制解调器的讯息都将由经电话线传送到其它设备上。
用于控制调制解调器的特定指令集被称为“AT指令集”，通过该指令集，从基本的音量控制到内建参数设置的改变，都可以由VB经过串行端口而对调制解调器下达控制指令。AT命令集是调制解调器通讯接口的工业标准。所有的AT命令都以字符AT开始,作为前缀。前缀AT用以引起调制解调器的注意(Attention)检测计算机串行通讯口发送信号的速率,识别字符格式,包括字符长度和奇偶设定等。
调制解调器拨号之后,等待对方调制解调器送来的载波信号。如果在一给定时间内没有检测到载波, 调制解调器自动释放线路并送回结果码NOCARRIER，如果检测到载波信号, 调制解调器即送结果码CONNECT + 波特率,就进入联机状态,即可与远方系统进行通讯。
3.2 PLC连接调制解调器原理及其设置
在该系统中， PC做为主站，必须控制调制解调器主动拨号，另外，在确认调制解调器和PLC的调制解调器联机成功后控制它进入联机模式，开始存取PLC数据。主站控制调制解调器拨号连接细节见下节，这里详述PLC端对调制解调器的设置方法。
PLC端PLC上电后必须初始化调制解调器，设置成自动应答来电状态。在这里把PLC初始化调制解调器的AT指令组合称为“MODEM驱动程序”。永宏PLC通过Port1来控制调制解调器，并把这种软件界面称为调制解调器专用界面。如图2设定或者设定特殊暂存器R4149的高八位为55H就可以把Port1设置为调制解调器专用界面，在该界面下PLC会启用“MODEM驱动程序”，此时，虽CPU仍然使用永宏〝标准通讯驱动程序〞来管理Port1的通讯，但必须通过调制解调器来联机，在通讯进行前，Por t1主控权是交由〝MODEM驱动程序〞管理，此时无法对PLC作任何存取动作。“MODEM驱动程序”即将调制解调器设为接收模式，并等待远方调制解调器拨号进来，一旦收发双方调制解调器联机成功，则PLC立即脱离接收模式，而进入联机状态，Port1控制权交由永宏〝标准通讯驱动程序〞管理。此时远方调制解调器便可任意存取或控制此PLC主机了。

图2 本地调制解调器设置

调制解调器设置如图2所示，在PLC联机状态下，选取菜单中的“PLC”→“设定”→“Port1设定”来到图2，选择单选框的第二项“透过MODEM作远程CPU_bbbb”，该PLC一上电就通过自带的“MODEM驱动程序”把Port1设置为调制解调器专用界面。另外，通讯格式设置为同调制解调器相同的N，8，1，为提高通讯效率可以把通讯速率设置为38400bps,或者更高（高为115200bps）。
4 PC端程序设计
4.1 拨号程序设计
PC端将以VB6.0所带的通信控件MSCOMM进行通信软件的开发，利用该控件控制串口实现对MODEM的控制。控制步骤如下：
一．通信参数设置
设置串口端口号，波特率，数据位，停止位，奇偶校验位及设置硬件握手协议，然后向MODEM发出DTR(已准备好)信号一便接管MODEM，程序如下：
If MSComm1.PortOpen Then
MSComm1.DTREnable = True
Else
MSComm1.DTREnable = False
End If
二．对MODEM初始化
发出一些命令来设置参数，其中S0=n(n>=1)自动应答.n为响铃次数；E0/E1关闭/打开命令字符回应；Q0/Q1设置MODEM返回/不返回结果码；M0/M1关闭/打开MODEM扬声器；Ln(n>=0)设置MODEM扬声器音量；P/T设置MODEM脉冲/音频拨号；程序如下：
If MSComm1.PortOpen Then
Do While Not MSComm1.CTSHolding: Loop
TXD= "ATS0=1E1Q0M1L2T" + Chr(13)
MSComm1.Output = TXD
End If
三．进行拨号
向MODEM发出ATD命令，程序如下：
MSComm1.Output="ATD" & "05925998499"+Chr(13)
当发送“ATD”+ 电话号码 + Chr(13)时，MODEM就开始拨号，拨号需要一定的时间，在拨号的过程中可以不断读取MODEM的CD指示灯的状态，当电话拨通后CD指示灯会点亮。并返回“CONNECT + 波特率”的信息。如果MODEM向PC的回应字符串中含有"Connect"或CDHolding属性值变为True(检测出载波)，则表示已与远方MODEM连机了，此时可以传输数据。
当电话拨通后，MODEM不再接收AT指令，要使其回到命令状态，则必须发送“+++”信息，使MODEM回到命令状态，然后发送“ATH”+ Chr(13)则可以挂断电话，程序如下：
MSComm1.Output="ATH" +Chr(13)
4.2 通讯程序设计
一．永宏PLC通讯协议
永宏PLC 通讯讯息格式可概分为6个数据域位， 如下图3所示，具体解释如下：

图 3 永宏PLC通讯协议讯息格式

⑴．开头字符（STX）：ASCI I码之开始字符STX。
⑵．从站号码：为两位数之16进制数值。
⑶．命令号码：为两位数之16 进制数值，为由主系统要求从系统所执行之动作类别。
⑷．本文资料：本文数据可为0（无本文数据）～500个ASCII字符。
⑸．侦误值(CHECKSUM)： 侦误值系将前述～将各ASCII字符之16进制数码值（8位长度）从头至尾依序相加，但不考虑进位，因此终结果为侦误值。
⑹．结尾字符（ETX）：ASCI I码之结尾字符ETX之16进制数码为03H。。
二．读数写数
本系统操作PLC的关键数据主要是水位的设定值PV=R0和当前值CV=R1，即要对暂存器R0进行写操作，R1进行读操作；
依照协议VB设计的通讯程序必须指定一个命令码，向PLC请求数据读取，查的该命令码为“46”，解释为：连续多个缓存器之数据读取。读取R1的PC命令的ASCII码写法为：
“STX＋ 01（站号）＋46（命令码）＋01（连续数据个数）＋R00001（数据开始地址）＋LRC（侦误值）＋ETX”
依照协议VB设计的通讯程序必须指定一个命令码，对PLC缓存器数据写入，查的该命令码为“47”，解释为：连续多个缓存器之数据写入。写入R0的PC命令的ASCII码写法为：
“STX＋ 01（站号）＋47（命令码）＋01（连续数据个数）＋R00000（数据开始地址）＋XXXX（写入的数据资料，16进制）＋LRC（侦误值）＋ETX”
读取当前值CV=R1，程序如下
Private Sub Timer1_Timer()
MSComm1.Output= Chr(2)+ “014601R00001”+ Lrc(“014601R00001”)+Chr(3)
Delay (10) '延时
CV = Val("&H" + Mid(MSComm1.bbbbb, 7, 4)) '数据处理，R0放于CV
CV.Text = CV
End Sub
写入设定值PV=R0，程序如下
Private Sub Command1_Click()
If Len(Hex(PV.Text)) = 4 Then PV = Hex(PV.Text)
If Len(Hex(PV.Text)) = 3 Then PV = "0" + Hex(PV.Text
If Len(Hex(PV.Text)) = 2 Then PV = "00" + Hex(PV.Text)
If Len(Hex(PV.Text)) = 1 Then PV = "000" + Hex(PV.Text) '10进制转换16进制
MSComm1.Output=Chr(2)+ “014701R00000”+ PV + +Lrc(“014701R00000” & PV)+Chr(3)
End Sub
三．侦误值(CHECKSUM)计算
为VB的编程方便，把该计算做成单独一个子程序，依所有数据累加，舍弃进位的规则VB的LRC编程如下：
Private Function Lrc(Dats) As bbbbbb
Dim i
Dim Sum
Sum =2
For i = 1 To Len(Dats)
Sum = Sum + Asc(Mid(Dats, i, 1))
Next i
Lrc = Right("0" + Hex(Sum + 2), 2)
End Function
5结束语
采用基于MODEM通讯的设计极方便地实现该小电站生厂调度，在这种只需短时间连接控制的系统应用上可以大幅度地减小通讯成本，具有一定的推广价值。另外，通过MODEM的连接，利用永宏编程软件可以实现该设备的远程程序调试修改，通过两个MODEM还可以实现两台远程PLC的CPU连接通讯等。

1 引言
　　气箱式脉冲袋收尘器是具有二十世纪九十年代先进水平的高效收尘器。它综合了分室反吹清灰和喷吹脉冲清灰等各类袋式收尘器的优点，克服了分室反吹清灰强度不够、喷吹脉冲清灰与过滤同时进行等缺点。本文介绍基于和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC控制的气箱式脉冲袋收尘器的应用实例。

2 气箱式脉冲袋收尘器的工作原理
　　国内某水泥厂有一套气箱式脉冲袋收尘器。该收尘器共有9个分室，其中每个分室有1个提升阀和1个脉冲阀，共计18个控制阀。这些控制阀的分类如表1所示，接线图如图1所示。下面介绍控制阀的工作原理。
首先进行分组。18个控制阀被分为A和B两个阀组，控制阀YV1~YV10组成阀组A，控制阀YV11~YV18组成阀组B，通过阀组选通继电器KA6来进行阀组A或阀组B的选通控制。
　　然后进行分类。18个控制阀是由提升阀和脉冲阀等两类控制阀所组成，每类控制阀各有9个。通过脉冲阀选通继电器KA7来进行脉冲阀的选通控制。
　　例如，如果阀组选通继电器KA6吸合，分室1选通继电器KA1也吸合，那么提升阀YV1动作，而脉冲阀YV2不动作。如果此时脉冲阀选通继电器KA7也吸合，则脉冲阀YV2也动作，实现分室1的清灰动作。其它分室的动作与分室1类似。

表1 气箱式脉冲袋收尘器控制阀的分类

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图1 气箱式脉冲袋收尘器控制阀的接线图

3 PLC控制系统硬件设计

　　该系统以前采用单片机进行集中控制，分室的清吹时间和喷吹脉冲依靠时间继电器来进行设定和修改。单片机程序的可读性差，系统不易维护，程序更改复杂。而且由于单片机控制系统的可靠性和抗干扰能力较差，在现场恶劣的环境下，该控制系统经常出现故障。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对多个分室进行集中控制，提出了基于和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的控制系统改造方案。
　　根据图1所示气箱式脉冲袋收尘器控制阀的接线图，通过对阀组和阀类的选通来控制某一个阀，因此，PLC控制系统只需使用7个开关量输出点就可以控制18个阀。此外，PLC控制系统至少需要自动起动和过载保护等2个开关量输入信号。考虑到此系统需要一定的备用I/O点，CPU模块选择带有24点开关量I/O的LM3107，其中开关量输入14点，开关量输出10点，完全满足系统要求。系统的I/O点分配如表2所示，PLC外部接线如图2所示。

表2 PLC控制系统的I/O点分配

图2 气箱式脉冲袋收尘器PLC外部接线图

4 PLC控制系统软件功能

　　改造后的PLC控制系统有手动和自动两种运行方式。

4.1 手动运行方式
　　当PLC检修或系统其它环节出现故障时，可以将控制系统随时切换为手动运行方式，通过手动转换开关、按钮和继电器等对收尘器进行控制。手动运行时，阀组的选择如图2所示，将手动/自动转换开关SA0扳到手动位置，通过阀组选通转换开关SA6选择要清灰的阀组。然后通过分室手动选通转换开关SA1~SA5选择分室1至分室9的提升阀，如图1所示。通过脉冲阀手动选通点动按钮SB1选择分室1至分室9的脉冲阀，如图2所示。

4.1 自动运行方式
　　如图2所示，将手动/自动转换开关SA0扳到自动位置，则PLC控制系统根据预先编好的控制程序，自动控制相关设备的运行。当控制系统给出自动运行的信号后，过载保护开关FR1用来自动检测系统的负载情况。如果系统发生过载，则禁止系统运行，并发出报警信号。如果没有发出报警信号，则系统延时5秒钟后进入自动运行状态。
　　分室1的提升阀1关闭（Q0.0和Q0.5输出）。2秒钟后，分室1的脉冲阀1动作（Q0.6输出）。0.15秒钟后，分室1的脉冲阀1停止动作（Q0.6停止输出）。8秒钟后，分室1的提升阀1打开（Q0.0和Q0.5停止输出）。
分室1动作结束后，延时5秒钟，分室2动作。
　　分室2的提升阀2关闭（Q0.1和Q0.5输出）。2秒钟后，分室2的脉冲阀2动作（Q0.6输出）。0.15秒钟后，分室2的脉冲阀2停止动作（Q0.6停止输出）。8秒钟后，分室2的提升阀2打开（Q0.1和Q0.5停止输出），
以此类推，直至分室9清灰结束，完成一个循环。下一个循环又从分室1开始清灰。如此循环执行清灰过程。

5 PLC控制系统的优点

　　气箱式脉冲袋收尘器控制系统的改造选用和利时公司的小型一体化PLC取代了原系统中的单片机，较大程度地提高了系统的配置，增加了系统的灵活性，能够更好地满足用户的需求。本系统有以下优点。
（1）连锁与保护
　　在系统中，相关设备的运行要求具有一定的连锁关系和时间顺序，这些功能由PLC的连锁程序完成，从而保证了系统的可靠运行，避免发生堵塞。
（2）灵活性
　　通过PLC面板的电位器，无须专门工具，也无须知识，一般操作人员可以方便地设定清灰的时间间隔。利用PLC的内部时间继电器取代传统的时间继电器，不但节省和简化了系统的硬件，而且计时更加可靠、准确和稳定。
（3）可靠性高
　　本系统的控制核心是和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC，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。
（4）功能强大
　　和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC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，还具有结构化语言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。

6 结论

　　改造后的气箱式脉冲袋收尘器PLC控制系统的实际运行结果表明，基于和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的控制系统达到了预期的效果，实现了对气箱式脉冲袋收尘器的控制，可以方便地更改收尘器的设定时间，减少了外部电路与元器件，具有先进、可靠、经济、灵活等显著特色。