6ES7231-7PB22-0XA8产品特点

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1  前言

在保证质量的前提下考虑如何tigao生产效率，是企业tigao竞争生存能力的条件之一。在机械加工企业中，有许多老式普通机床,为了能使这些老式机床适应目前复杂零件批量、多品种的加工，充分挖掘利用普通机床潜力，就需要对普通机床进行机电一体化改造。数控技术是先进制造技术的基础，它综合应用了计算机、控制技术、电气传动、传感检测、液压气动、网络通信、光电技术、自动化、柔性化、集成化为基础的精密机械制造和管理信息等发展起来的高新技术。作为数控加工的主体设备，数控机床是典型的机电一体化产品，数控机床的高精度、高效率及高柔性决定了大力推广使用数控机床是tigao制造能力和水平，适应市场需求和tigao竞争能力的主要物质基础条件之一。

近几年随着微电子技术、计算机技术、集成技术以及自动控制技术的发展，PLC的功能越来越强大，功能模块越来越多，可以在小型PLC机上实现大型机的功能。本文提出了利用PLC控制步进电动机和机床主轴来实现机床的数控化改造。

2  车床改造前后的对比

金属切削加工是改变零件形状的方法之一，从毛坯到成品，使零件加工成符合生产需要的形状和尺寸。数控机床是以编程控制器（PLC）微处理器为核心的一种新型工业控制装置，具有体积小、功能强、编程简单、可靠性强等优点，将加工信号传递到机床的数控系统，通过伺服系统按程序自动进行加工，检测设置是由传感器和传动电机组成，根据闭锁系统反馈的信号来控制、修正运动部件的偏移量，保证了零件加工的jingque度。由于数控机床是根据控制器输出的信号自动按工艺完成所需的加工工作，减少了由操作人员接在普通机床加工时为保证零件按图标定的诸如直径的上下偏差、长度公差、形位公差、吃刀距、超出距所造成的重复开停机、调整、测试等一系列浪费时间的工作，并且保证产品质量。以普通车床为例，将一根直径40、长500毫米的坯料加工至直径=36，精度要求不柱度为0.05毫米的轴。

普通车床车削时所需的机动时间T应该为：

由  n=1000×v／π×D=1000×100／3.14×40=796转/分

式中：v—车床主轴速度        D—工件坯料直径

因：  L=l+y+△=500+2+2=504毫米

式中：L—车刀所移动的距离     y—吃刀距（毫米）   

      l—工件待加工长度       △—超出距（毫米）

    T=L×h/s×n×t=504×2/0.8×796×2=0.79分钟

式中：T—机动时间           h—切削厚度

      s—走刀量             n—工件每分钟转数

      t—切削深度          

除以上能以轴、转速及走刀量等有据可依能算出的走刀时间外，其余的如为保证尺寸精度必须小心谨慎地给定进给量前的刀尖与工件表面的对刀，然后以拖板的刻度为参考小心进刀，试车一定长度后，停机检测（多为两次），确信与图纸的要求相符后才进行车削，其中所需的时间只能按实际操作加上人为制定给出该项工作所耗费的工时，设定此所需的时间为0.5分钟时，则普通车床的实际用时T′应为：

          T′=T +0.5=0.79+ 0.5=1.29（分钟）

改装（PLC）后的车床，转由编程控制器（PLC）发出的信号完成所须的加工工序，由于车床的横向进给实现了自动化，程序应为：以车刀刀尖为基准点，控制车刀刀尖按指令给定的以主轴中心轴线为基准进到所需加工的轴的半径距离时，横向进给自锁，依照信号进行纵向切削工作，省去了由人工操作加工中所需的反复开停车及检测用时，因此，从以上的加工一根简单的φ40×500（毫米）的轴可以得出：如果改装后数控车床的转速、切削用量等和普通车床相同，则数控机床所需的实际用时为

T″=0.79(分钟)。

普通车床与改装（PLC）可编程控制器后的车床的实际时间差为：

         T′－T″=1.29－0.79=0.5(分钟)

由此可见改装（PLC）控制后车床的机动时比普通车床的用时省却了0.5分钟，工效将近tigao了一倍，对于批量生产的产品，不仅节省了大量的时间，还tigao了控制系统的可靠性和准确性，为企业提供了更可靠的自动化生产保障，tigao了经济效益。

3  以CW6140型普通车床为例，把继电控制改造为PLC控制

3.1  改造分析

1）根据机床电气控制原理图（图1）的控制状态，选择合适的PLC机型；

2）列出PLC输入、输出I/O分配表（表1、表2）；

3）画出PLC控制电路接线图（图2）；

4）画出PLC梯形图（图3），并编制程序；

图1  CW6140型普通车床电气控制线路原理图

3.2  电气控制线路分析

 CW6140型普通车床电气控制线路原理图如图1所示。图中分主电路、控制电路和照明、信号电路。

3.2.1  电路分析

   主电路中有两台电机，M1为主轴电机，带动主轴旋转和刀架作进给运动；M2为冷却泵。

   三相交流电源通过转换开关QS1引入，主轴电机M1由接触器控制启动，热继电器FR1为主轴电机M1的过载保护。

   冷却泵电机M2由组合开关QS2控制启动和停止，热继电器FR2为它的过载保护。

3.2.2 控制电路分析

（1）主轴电机的控制。当按SB2时，接触器KM1的线圈获得电动作，同时KM1的常开触点闭合，KM3和KT得电，KM1和 KM3主触点闭合时电机M1星形正转降压启动，当KT延时约3~5S时，KT延时常闭触点断开使KM3失电，其星形接法主触点断开；KT延时常开触点闭合使KM2得电，其主触点闭合，电机M1从星形转换为三角形运行。同理，按SB1时，电机M1反转（星形—三角形启动）。

（2）冷却泵电机的控制。旋合组合开关QS2使冷却泵电机M2启动运行。

（3）照明电路分析。控制变压器TC的二次侧输出36V电压，作为机床低压照灯电源，EL为机床的低压照明灯，由开关SA2控制。

3.3  PLC及其程序设计

    3.3.1   PLC选型和I/O端口分配

根据以上机床主电路继电控制要求分析，系统共需开关量输入点5个，开关量输出点4个，考虑系统的经济性和技术指标，拟选用三菱公司的微型机FX2n—16MR机型，该机基本单元有8点输入，8点输出，完全能满足控制要求。输入/输出信号地址分配如表1和表2。 

表1  输入信号地址分配表

表2输出信号地址分配表

3.3.2  PLC控制电路接线图

为了保证安全,系统外部设置了急停控制电路，SB6为电源供给按钮，当系统出现故障时，按下SB5，KM线圈失电，KM常开启点断开，PLC失去电源，机床停止工作。PLC控制电路接线如图2所示。

图2  PLC控制电路接线图

3.3.3  PLC程序设计：

当按SB2时， X000的常开触点闭合，Y000、Y003和T0得电，接触器KM1的线圈获得电动作，同时KM1和 KM4主触点闭合时电机M1星形正转降压启动，当T0延时约3~5S时，T0延时常闭触点断开使KM4失电，其星形接法主触点断开；T0延时常开触点闭合使KM3得电，其主触点闭合，电机M1从星形转换为三角形运行。同理，按SB1时，X001的常开触点闭合, 接触器KM2的线圈获得电动作,电机M1反转（星形—三角形启动）。根据以上要求编制PLC控制梯形图（图3）及由梯形图写出PLC控制指令程序。 

图3  PLC梯形图

编程如下:

LD    X000

OR    Y000

ANI   Y001

AND  X002

AND  X003

AND  X004

OUT  Y000

LD   X001

OR   Y001

ANI  Y000

AND  X002

AND  X003

AND  X004

OUT  Y001

LD   Y000

OR   Y001

MPS

ANI  Y002

OUT  TO

K30

MRO

LD   TO

OR   Y002

ANB

ANI   Y003

OUT   Y002

MPP

ANI   TO

ANI   Y002

OUT  Y003

END

    采用简易编程器或设置有三菱PLC开发软件的电脑，把编制的程序输入固化到可编程控制器的存储器内，并进行调试运行，直到完全达到要求的控制功能为止。

4  结束语

PLC具有很高的可靠性,所以PLC控制系统的大部分故障主要来自于PLC外部元件, 用可编程序控制器(PLC)将普通机床改造为经济性数控机床,简单易行,可靠性高,抗干扰能力强。经实践证明，普通车床数控化改造后都能取得良好的效果，它尺寸精度非常稳定，加工效率大大tigao，具有一定的经济性、实用性和稳定性，对中小型企业的技术改造非常有效。

1 引言
　　　随着激光技术的发展，激光测距传感器在检测领域得到了越来越多的应用。本文所研究的基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统，对多台激光测距传感器所采集到的数据进行处理，并将数据传送给上位机，实现了对多台激光测距传感器的监控。

2 激光测距传感器的基本原理
　　　激光测距传感器的基本原理是通过测量激光往返于被测目标之间所需的时间，来确定被测目标之间的距离。激光测距传感器的原理和结构都很简单，是长距离检测有效的手段。
　　　激光测距传感器工作时，首先由激光二极管对被测目标发射激光脉冲。经被测目标反射后，激光向各方向散射。部分散射的激光返回到传感器的接收器，被光学系统接收后，成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，能够检测极其微弱的光信号。记录并处理激光脉冲从发射到返回所经历的时间，即可得到被测目标的距离。

3 PLC控制系统硬件设计
　　　基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统的功能结构图如图1所示。

图1 激光测距系统的功能结构图

　　　PLC的CPU模块选用HOLLiAS-LEC G3系列的LM3108模块，其性能价格比很高，广泛应用于工业控制的各个领域。LM3108模块的标准配置包括两个串行通信接口PORT0和 PORT1，其中PORT0为RS-485接口，PORT1为RS-232接口。采用RS-232接口建立PLC与上位机的通信，实现PLC程序的下装和监控。采用RS-485接口建立PLC与现场仪表的通信。

4 PLC控制系统软件设计
　　　PLC采用自由口通信方式接收激光测距传感器的数据，用%MB400~%MB411的12个字节作为通信接收寄存器，存放自由口通信方式下所接收的数据。在PLC程序中设定的激光测距传感器的通信参数如表1所示。PLC控制程序采用和利时公司的编程软件PowerPro完成，下面详细介绍数据解析程序。其它应用程序从略。

表1 激光测距传感器的通信参数

4.1 数据解析程序的变量定义
PROGRAM PLC_PRG
VAR
SetRS-485: Set_COMM2_PRMT;
(* RS-485自由口通信参数设置 *)
SetRS-485Q: BOOL;
(* RS-485自由口通信参数设置标志 *)
Receive: COMM2_RECEIVE;
(* RS-485自由口通信数据接收 *)
ReceiveQ: BOOL;
(* RS-485自由口通信数据接收标志 *)
ReceivedData: bbbbbb;
(* 存储ASCII码数据的字符串 *)
bbbbbbbb1: INT; (* 起始字符的位置 *)
bbbbbbbb2: INT; (* 结束字符的位置 *)
ReceivedData_bbbbbb: bbbbbb;
(* ASCII码形式的数据 *)
ReceivedData_DWORD: DWORD;
(* 十六进制形式的数据 *)
END_VAR
4.2 数据解析程序的梯形图

1、引言

　　　水源热泵空调系统是一种利用自然水源作为冷热源空调系统，其核心技术是水源热泵技术。所谓水源热泵技术，是利用球表面浅层水源所吸收太阳能和热能而形成低温低位热能资源，并采用热泵原理，少量高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移一种技术。河水、湖水、下水等球表面浅层水源吸收了太阳辐射能量，水源温度十分稳定。夏季，水源热泵空调系统将建筑物中热量转移到水源中，水源温度低，可以高效带走热量。冬季，水源热泵空调系统从水源中提取能量，热泵原理，空气或水作为载冷剂tisheng温度后送到建筑物中。通常，水源热泵消耗1kW能量，用户可以到4kW以上热量或冷量。水源热泵空调系统具有高效、节能和环保等优点，近年来到了越来越多应用。

　　　空调系统控制主要分为继电器控制系统、直接数字式控制器（DDC）系统和可编程序控制器（PLC）系统等级几种。故障率高、系统复杂、功耗高等明显缺点，继电器控制系统已逐渐被淘汰。DDC控制系统智能化方面有了很大发展，但其本身抗干扰能力差、不易联网、信息集成度不高和分级分步式结构局限性，限制了其应用。相反，PLC控制系统以其运行可靠、使用维护方便、抗干扰能力强、适合新型高速网络结构等显著优点，智能建筑中到了广泛应用。tigao空调系统经济性、可靠性和可维护性，目前空调系统都倾向于采用先进、实用、可靠PLC来进行控制。

　　　本文介绍和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC水源热泵空调控制系统中成功应用，说明了HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC可以很好实现中央空调智能化控制，达到减少无效能耗、tigao能源利用效率和保护空调设备目。

2、空调系统介绍

　　　北京市某单位办公楼采用水源热泵中央空调系统，总建筑面积8550m2，建筑高度20.5m，其中空调面积约6840m2。下1层为各种设备房和操作间，上1层为职工食堂、大厅和会议室，上2～6层为商业办公用房。

　　　室内温度和相对湿度等技术参数设计要求如表1所示。水源热泵中央空调系统设计制冷量为860kW，制热量为950kW。空调主机系统由四台压缩机组成，水源水系统由取水井、渗水井和水处理设备组成。

表1 室内技术参数设计要求

3、控制系统硬件设计

　　　该水源热泵中央空调系统主蒸发器和冷凝器进出水温度变化来控制4台压缩机启停，使水温稳定设定范围内。4台压缩机分成A和B两组，每组各有2台压缩机。系统I/O点分配如表2所示，其中开关量输入点6个，模拟量输入点4个，开关量输出点5个，模拟量输出点1个。

表2 系统I/O点分配表

　　　输入和输出要求，该水源热泵中央空调系统控制器选用和利时公司具有自主知识产权HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC。考虑到此系统需要一定备用I/O点，CPU模块选择带有24点开关量LM3107，其中开关量输入14点，开关量输出10点。模拟量输入模块选用四通道热电阻输入模块LM3312，模拟量输出模块选用两通道模拟量输出模块LM3320。PLC人机界面选用EView触摸屏。PLC控制系统及相关设备组成如图1所示，这些配置完全能够满足系统要求。

图1 PLC控制系统组成

4、控制系统软件设计

　　　控制系统主要功能是对热泵进行自动启停，显示温度、压力、liuliang等运行参数，显示压缩机工作状态，记录设备运行时间和故障原因，实现对水源热泵中央空调系统智能控制。从控制系统主要功能出发，增加程序可读性和减少程序代码，PLC程序采用了主程序调用功能块、功能块调用函数程序结构。PLC程序由1个主程序、11个功能块子程序和1个函数组成，其调用关系如图2所示。程序编译码占用空间为30K。

　　　程序设计思路是，当PLC上电后，一直进行温度、压力、liuliang等运行参数检测，这些检测主要检测程序、故障程序和A/B组故障停机程序中完成。相关参数均无异常，则开机功能块子程序运行，启动压缩机。开机过程中，同时进行温度判断。温度达到了设定值，则进入调节功能块子程序，停止开机功能块子程序，完成开机。温度变化，调节功能块子程序控制压缩机启停。变频器控制则是调用加载程序和降载程序来实现。

　　　这些程序中，满足压缩机使用要求，调节功能块子程序是繁琐，例如压缩机启动时间要小于30秒、压缩机每小时启动次数不要超过5次等。平衡压缩机运行时间，增加空调使用寿命，传统程序设计采用先启先停、先停先启、开机过程中启动次序轮换等控制方法，来协调压缩机运行时间。，本系统采用这种方法，则仍然存某一台压缩机运行时间过长问题。决定对传统方法进行改进，采用随机启停控制方法代替先启先停、先停先启控制方法，解决了压缩机运行时间不平衡问题。

图2 程序调用关系图

　　　人机界面选用EView触摸屏，首页如图3所示。输入密码后，点击功能菜单，弹出快捷窗口中，可以选择参数查询、运行时间、故障查询、运行状态、参数设定、调节显示、操作界面等子菜单，进行相关操作和显示。

图3 人机界面首页

5、结论

　　　采用传统继电器控制系统来实现热泵控制，机械接触点很多，接线复杂，参数调整不方便，机械接触点工作频率低，容易损坏，可靠性差。采用直接数字式控制器（DDC）可以减少接线，可靠性有所tigao，但DDC其本身抗干扰能力差、不易联网、信息集成度不高和分级分步式结构局限性，，越来越不能满足复杂多变智能控制要求。

　　　采用PLC来控制热泵系统，可以编程实现复杂逻辑控制，可以很大程度上简化硬件接线，tigao控制系统可靠性，用户操作界面友好，信息集程度高，便于实现智能控制。，热泵空调领域，PLC控制系统取代DDC控制系统是必然趋势。