6ES7223-1PL22-0XA8常规现货

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  一、改造前的设备情况

    上海大众汽车公司汽车一厂的汽车零件中凸轴的清洗工序所用的清洗机和冷却塔原设计用两条同步运行的链条输送工作，如图1所示图1中右面部分为清洗机及2#输送链，左面为冷却塔及1#输送链。这两条输送链的节距相等，1#输送链上每两个节距之间装有一挂钩，挂钩长度即是一个节距。链轮B和链轮A用同半径的两个小链轮通过铁链紧密相连，使这两条输送链保持同步运行。4为主动轮由电机拖动，B为从动轮。 

    该设备采用继电器控制系统。其工作流程为：工件经清洗机加温冲洗后，由2#输送链传送至D处，靠重力落到C处的挂钩上，然后再由1#输送链送到冷却塔进行冷却设备经过长期运行，由于两条输送链不均等的变形和机械磨损而引起两链条不能保持同步运行，以及每根工件在着落处（D处）所受的阻尼也不尽相同，落下的时间是非不一，从而导致工件经常不是落到挂钩上，而是掉在地上，造成相当多的工废。

    二、改造方案

    如图2所示，对原设备作如下技术改造。 

    1．加装一套由PLC控制的机械手以及相应控制部件所构成的传送装置，来实现这两段输送链之间工件的可靠接送。
    2．取消A、B轮间的铁链，转向轮改成链轮E，并增加一个带齿轮箱的电机Ml来直接驱动链轮E，将原来由一个电机带动两条输送链改成分别由两个电机拖动的两条独立的输送链这样，一方面将1#输送链作为独立的控制对象，解决挂钩在待料处的定位题目；另一方面增加了编程的可靠性和灵活性

    三、硬件的设计

    考虑到输进、输出点数未几，选用经济实用的SIEMENS公司S5一90U可编程控制器作为控制核心，它有10个输进点、6个输出点，本身带有电源，结构紧凑。输进、输出配置如图3所示。   

    四、软件设计

    1．运行方式
    根据生产工艺及各种实际操纵的要求，设计三种运行方式：
    (1)自动运行方式。选择开关SB1拨至自动方式下，按启动按钮SB2后，系统就进进自动工作循环。
    (2)手动调整运行方式。SB1拨至调整方式下，拨动选择开关SB3可以使机械手至送料位置或出料位置；按下按钮SB4，点动电机M1，可使1#输送链连续运转。在此运行方式下，为避免机械手和1#输送链上的挂钩相撞，系统自动封闭清洗机，使2#输送链上不再有工件送出。
    (3)出空运行方式。在自动运行方式下，按一下按钮SB4，设备就会处于出空循环方式，逐渐将冷却塔内的工件全部排空，排出的周期由STEPS的软元件—计时器TS来决定。若要重新进进自动运行方式，只要再按一下启动按钮SB2即可。

    2．编程语言
    机械手的控制程序采用STEPS语言，选用顺序控制方式编写，既按照执行的动作一步一步进行，类似于GRAPHS程序的写法。在程序的主干中，每一步动作的控制逻辑都赋予一个中间标志M，由它再来控制相应的执行机构，然后再判定相应的反馈信号是否满足程序逻辑要求，若满足则执行下一步，若不满足则等待，当等待的时间超过监控时间后，程序就跳出往执行故障处理程序。整个程序由三个模块组成：
    2008 OBI循环控制，组织调用其它模块
    PBI调整运行方式
    PB2自动运行方式
    PB3故障处理
    设计顺序控制系统，首先需要对被控制对象，包括整个生产过程的运行方式、信号的获得、整个过程的动作顺序与相关设备的关系，以及某些特殊要求作全面的了解。在此基础上，画出动作顺序流程图，写出控制逻辑表达式，并选用适当的控制装置实现对系统的控制。

    3．程序流程
    具体程序流程如图4所示。由于篇幅有限，具体的程序清单从略。 

    在整个设计和制作过程中，需要留意的题目是：在每次自动循环开始前，要可靠地保证1#输送链上C点处的挂钩一定要处于能接到工件的位置，这也是整个改造成功与否的关键所在。
    如图2所示，链轮E上均匀分布了三个均布的凸块，链轮E逆时针旋转一周，1#输送链就传动三个挂钩。S4为感应式接近开关，检测凸块是否到达，在PLC：程序编写中规定，只有当S4的信号出现由“1”到“0”的变化时（此时E轮和S4的相对位置如图2所示），机械手才能将工件送向处于c点处的挂钩。当然，在调试时一定要调好C处挂钩和机械手送料时的相对位置，使工件能顺利送进该挂钩。所以在每次自动循环开始前，无论设备处在什么状态下，都要先执行“初始化”过程：①电机M1拖动1#输送链轮传动，只有当54(133.0)的信号发生由“1”到“0”的变化时，系统才能进进待命预备状态（M65.4= 1)，机械手才能进行传接工作。②机械手无条件回到接料位置（Q32. 2 = 0）进行等待。这样就保证工件能被可靠无误的传接。
    另外，考虑到在运行过程中有很多意外情况可能出现，诸如控制电机的接触器损坏、接近开关失灵、气缸的气路波动等等因素，在程序的设计中还运用了STEPS的软件—内部计时器对机械手动作所需的时间和1#输送链传送一个挂钩所需的时间进行了监控。由于清洗机的节拍为18s，故对机械手动作的监控计时器T10的时间常数设为10s（机械手在10s内还没有完成送料一等待一接料的过程，系统马上就出错报警），后者监控计时器T11的时间常数为4s（传送一个挂钩的时间不得小于4s)，这样，T10 + T11= 14s，小于清洗机的节拍时间18s，也就是说，1#输送链的节拍比2#输送链的快，在正常情况下机械手有足够的时间来完成接料、送料的动作，否则就作为有故障处理，保证机械手可靠接送料。

    五、结论

    设备改造后运行稳定可靠，再也没有过工件传接出错的题目同时，通过本次技术改造，笔者体会到可编程控制器的程序设计是硬软件知识的综合，需要科学技术和现抄验等诸方面的结合。程序设计主要依据控制系统的软件设计规格书和实际生产工艺要求。在整个设备改造的设计、制作过程中，程序编写是关键的一步，程序设计的方法和技巧也集中体现在这一步。程序编写时，一定要全面了解被控对象以及其动作顺序关系，对所涉及的题目的各方面考虑得是否彻底和充分，将直接影响程序的实际工作效果，甚至能造成程序锁死或控制事故，所以在程序设计中一定要考虑各种运行状态及可能出现的情况，发挥控制系统的功能。

当利用变频器构成自动控制系统进行控制时，很多情况下是采用PLC和变频器相配合使用。PLC可提供控制信号和指令的通断信号，一个PLC系统由三部分组成，即中央处理单元、输入输出模块和编程单元。本文介绍变频器和PLC进行配合时所需注意的事项。
可编程控制器（PLC）是一种数字运算与操作的控制装置。PLC作为传统继电器的替代产品，广泛应用于工业控制的各个领域。由于PLC可以用软件来改变控制过程，并有体积小，组装灵活，编程简单，抗干扰能力强及可靠性高等特点，特别适用于恶劣环境下运行。 1.开关指令信号的输入 　　 变频器的输入信号中包括对运行/停止、正转/反转、微动等运行状态进行操作的开关型指令信号。变频器通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件（如晶体管）与PLC）相连，得到运行状态指令，如图1所示。  图1.运行信号的连接方式 　　 在使用继电器接点时，常常因为接触不良而带来误动作；使用晶体管进行连接时，则需考虑晶体管本身的电压、电流容量等因素，保证系统的可靠性。 　　 在设计变频器的输入信号电路时还应该注意，当输入信号电路连接不当时有时也会造成变频器的误动作。例如，当输入信号电路采用继电器等感性负载时，继电器开闭产生的浪涌电流带来的噪音有可能引起变频器的误动作，应尽量避免。图2与图3给出了正确与错误的接线例子。  图2.变频器输入信号接入方式  图3.输入信号的错误接法 　　 当输入开关信号进入变频器时，有时会发生外部电源和变频器控制电源（DC24V）之间的串扰。正确的连接是利用PLC电源，将外部晶体管的集电极经过二极管接到PLC。如图4所示。  图4.输入信号防干扰的接法 　　 2.数值信号的输入 　　 变频器中也存在一些数值型（如频率、电压等）指令信号的输入，可分为数字输入和模拟输入两种。数字输入多采用变频器面板上的键盘操作和串行接口来给定；模拟输入则通过接线端子由外部给定，通常通过0～10V/5V的电压信号或0/4～20mA的电流信号输入。由于接口电路因输入信号而异，因此必须根据变频器的输入阻抗选择PLC的输出模块。图5为PLC与变频器之间的信号连接图。 　　 当变频器和PLC的电压信号范围不同时，如变频器的输入信号为0～10V，而PLC的输出电压信号范围为0～5V时；或PLC的一侧的输出信号电压范围为0～10V而变频器的输入电压信号范围为0～5V时，由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制，需用串联的方式接入限流电阻及分压方式，以保证进行开闭时不超过PLC和变频器相应的容量。此外，在连线时还应注意将布线分开，保证主电路一侧的噪音不传到控制电路。 　　 通常变频器也通过接线端子向外部输出相应的监测模拟信号。电信号的范围通常为0～10V/5V及0/4～20mA电流信号。无论哪种情况，都应注意：PLC一侧的输入阻抗的大小要保证电路中电压和电流不超过电路的允许值，以保证系统的可靠性和减少误差。另外，由于这些监测系统的组成互不相同，有不清楚的地方应向厂家咨询。 　　 另外，在使用PLC进行顺序控制时，由于CPU进行数据处理需要时间，存在一定的时间延迟，故在较jingque的控制时应予以考虑。 　　 因为变频器在运行中会产生较强的电磁干扰，为保证PLC不因为变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪音而出现故障，将变频 器与PLC相连接时应该注意以下几点： 　　 （1）对PLC本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地，而且应注意避免和变频器使用共同的接地线，且在接地时使二者尽可能分开。 　　 （2）当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块及输入/输出模块的电源线上接入噪音滤波器和降低噪音用的变压器等，另外，若有必要，在变频器一侧也应采取相应的措施。 　　 （3）当把变频器和PLC安装于同一操作柜中时，应尽可能使与变频器有关的电线和与PLC有关的电线分开。 　　 （4）通过使用屏蔽线和双绞线达到提高噪音干扰的水平。 　　 PLC和变频器连接应用时，由于二者涉及到用弱电控制强电，因此，应该注意连接时出现的干扰，避免由于干扰造成变频器的误动作，或者由于连接不当导致PLC或变频器的损坏。

0 引言

   变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信技术与一体的高科技技术。它因很好的调速、节能性能，在各行业中获得了广泛的应用。可编程控制器（PLC）是一种专为工业环境应用而设计的控制系统。PLC作为传统继电器的替代产品，广泛应用于工业控制的各个领域。由于PLC可以用软件来改变控制过程，并有体积小，组装灵活，编程简单，抗干扰能力强及可靠性高等特点，特别适用于恶劣环境下运行。

    当利用变频器构成自动控制系统进行控制时，很多情况下是采用PLC和变频器相配合使用，例如我们设计加工的10kV断路器装配检测线提升翻转系统。PLC可提供控制信号和指令的通断信号。

    本文以三菱FR-A700系列变频器为例介绍变频器和PLC进行配合时所需注意的事项。

1 开关量信号的输入

    变频器的输入信号中包括对正转启动/反正启动、低速、复位等运行状态进行操作的指令信号。变频器通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件（如晶体管）与PLC相连，得到运行状态指令。指令信号的输入有两种逻辑类型，漏型逻辑和源型逻辑。

    在漏型逻辑中，信号端子接通时，电流是从相应的端子流出，端子SD是触电输入信号的公共端端子，如图1所示。

图1 漏型逻辑模式输入 

    源型逻辑模式是指信号输入端子中有电流流入时信号为ON的逻辑模式。如图2所示。

图2 源型逻辑模式输入 

    在使用继电器接点时，为了防止因为接触不良而带来误动作，需要使用高可靠性的控制继电器；使用晶体管进行连接时，则需考虑晶体管本身的耐压容量、电流容量等因素，使所构成的接口电路有一定的冗余，从而达到提高系统的可靠性的目的。

    在设计变频器的输入信号电路时还应该注意，当输入信号电路连接不当时也会造成变频器的误动作。例如，当输入信号电路采用继电器等感性负载时，继电器分合时产生的浪涌电流带来的噪声有可能引起变频器的误动作，应尽量避免。当输入开关信号进入变频器时，有时会发生外部电源和变频器控制电源（DC24V）之间的串扰。当变频器一侧和继电器一侧存在电位差时，电源电路本身可能遭到破坏，所以也应加以注意并采取相应措施。

2 模拟量信号的输入

    变频器中也存在一些数值型（如频率、电压等）指令信号的输入，这些模拟量信号的输入通过接线端子由外部给定，通常通过0～10V/5V的电压信号或0/4～20mA的电流信号输入。由于接口电路因输入信号而异，因此必须根据变频器的输入阻抗选择PLC的输出模块。图3为变频器模拟量的信号连接图。

图3 模拟量信号接线

    当变频器和PLC的电压信号范围不同时，如变频器的输入信号为0～10V，而PLC的输出电压信号范围为0～5V时；或PLC的一侧的输出信号电压范围为0～10V而变频器的输入电压信号范围为0～5V时，由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制，需用串联的方式接入限流电阻及分压方式，以保证进行开闭时不超过PLC和变频器相应的容量。此外，在连线时还应注意将布线分开，保证主电路一侧的噪声不传到控制电路。通常变频器也通过接线端子向外部输出相应的监测模拟信号。电信号的范围通常为0～10V/5V及0/4～20mA电流信号。无论哪种情况，都应注意：PLC一侧的输入阻抗的大小要保证电路中电压和电流不超过电路的允许值，以保证系统的可靠性和减少误差。另外，由于这些监测系统的组成互不相同，有不清楚的地方应向厂家咨询。

3 信号的输出

    在变频器工作过程中，经常需要将变频器的运行状态，如运行、频率到达、报警等信号通知PLC。在连接这些输出信号时，也必须考虑继电器和晶体管的电压、电流等因素。此为，连接时也应考虑噪声的影响。输出信号同样有两种逻辑类型，漏型逻辑和源型逻辑。

    在漏型逻辑（如图4所示）和源型逻辑（如图5所示）中，端子SE是集电极开路输出信号的公共端端子，端子RUN是输出信号。

图4 漏型逻辑模式输出

图5 源型逻辑模式输出

4 变频器与PLC配合使用时应注意的几个问题

    在使用PLC进行顺序控制时，由于CPU进行数据处理需要时间，存在一定的时间延迟，故在较jingque的控制时应予以考虑。因为变频器在运行中会产生较强的电磁干扰，为保证PLC不因为变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪声而出现故障，将变频器与PLC相连接时应该注意以下几点：

    1）对PLC本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地，而且应注意避免和变频器使用共同的接地线，且在接地时使二者尽可能分开。
    2）当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块及输入/输出模块的电源线上接入噪声滤波器和降低噪声用的变压器等，另外，若有必要，在变频器的接线端也应采取相应的措施。
    3）当把变频器和PLC安装于同一操作柜中时，应尽可能使与变频器有关的电线和与PLC有关的电线分开。
    4）通过使用屏蔽线和双绞线达到提高噪声干扰的水平。

    对于变频器而言，主回路端子PE的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段，因此在实际应用中一定要非常重视。在变频器等电力电子设备中，为了提高装置的抗干扰和防雷击能力，在电源输入侧均有电容或者压敏电阻组成的电源滤波和压敏电阻、放电管组成的防雷击电路，有些变频器可以直接选用外接模块单元，如图6所示。

    在我国，大多数工厂采用三相四线制，有些用户因没有地线，干脆不接，或者为了简单将PE接至零线。在这种情况下，由于防浪涌电路中的电容及压敏电阻漏电流IC和IR较大，一般为几十至几百毫安，在接地情况不够良好的情况下，R0较大，零线与地之间的电压达到几十伏，甚至上百伏，既不符合消防安全规范，也对系统的可靠性产生重大影响，因此在条件允许的情况下应尽量采用专用接地线，避免与其他设备公用接地。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm2，长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开，不能共地。

4 结束语

    PLC和变频器连接应用时，由于二者涉及到用弱电控制强电，因此，应该注意连接时出现的干扰，避免由于干扰造成变频器的误动作，或者由于连接不当导致PLC或变频器的损坏。并应特别注意系统的可靠性问题，尤其是变频器所产生的高次谐波，可以通过多种方式对PLC产生影响。