西门子模块6ES7223-1BH22-0XA8大量供应

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1 引言 

副井提升机信号及综合保护系统，是副井提升系统的重要组成部分。该系统工作性能的优劣，直接影响到提升机的安全运行。某煤矿副井提升机分为两套提升绞车，一套为双罐笼提升-双层提矸（换层操作）、双层提人（不换层，设人员上下桥台）及其它辅助作业;另一套为带平衡锤的单罐笼提升—双层提矸（换层操作）、双层提人（不换层，设人员上下桥台）及其它辅助作业。原信号系统中的井口闭锁信号及打点信号由于器件的老化等原因，动作迟缓或误动作。同时，可编程序控制器的高速发展和成熟应用，也为副井提升信号系统的改造提供了良好的前提条件。因此，从满足现场需要和操作方便灵活的角度出发，应用可编程控制器对其进行改造。 

2 三菱fx_2n可编程控制器 

三菱fx_2n系列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，是fx系列中次的超小型程序装置。除输入出16~25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的plc。它具有如下特点： 

系统配置既固定又灵活 

在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，在工业自动化场合，可编程序控制器与变频器的应用越来越广泛，传统的控制方式一般是使用PLC的数字输入输出端子接到变频器的输入输出端子，PLC的模拟量输入输出点控制变频器的模拟量输入输出，这种方式实际上占用了PLC宝贵的输入输出点，特别是模拟量接口，所费代价很大。随着PLC及变频器的发展，特别是通讯处理能力的扩展，目前一般的变频器都带有485通讯接口，而PLC的通讯功能也得到长足的发展，所以考虑使用PLC与变频器直接通过通讯方式连接，应该是比较经济的方法。问题是：众多的变频器厂家，由于技术和市场的原因，通讯协议五花八门，相互的兼容性很差。针对这种现状，日本光洋电子（KOYO）使用“无协议通讯”的技术很好的解决了这个问题。所谓无协议，即是自由协议方式，协议的格式由用户自己定义，这样用户就可以根据变频器的协议格式组织数据，实现与变频器的通讯。光洋电子的SN系列PLC，是小型一体化可扩展PLC，具有强大的通讯功能，基本配置有两个通讯接口（一个RS232，一个RS485），除支持无协议通讯方式外，还支持MODBUS协议、CCM协议、K协议。本论文主要介绍无协议通讯功能。

SN通讯功能介绍:
    SN系列PLC本体带有2个通讯口，一为RS-232C口，另一为RS485口，可用于与各种带有串行口的设备通讯。
各通讯口的通讯功能如下：
    Port0（编程口）：
    通讯方式 ： RS－232C
    通讯速度 ： 300bps～38．4Kbps
    连接方式 ： 6芯电话插座
    支持协议 ： K协议（S），无协议（M/S），CCM2（S）
    传送距离 ： 手持编程器（9600bps、38400bps） 1.5m以内
    DirectSOFT（9600bps） 5m以内
    无协议、CCM（9600bps） 15m以内
    Port1（通用通讯口）:
    通讯方式 ： RS－485
    通讯速度 ： 300bps～38．4Kbps
    连接方式 ： 3P 端子台
    支持协议 ： CCM2（M／S），CCM3（M／S），无协议（M／S），K协议（S）
    传送距离 ： 9600bps以下，大1km
    （19200bps以上，大500m）

    无协议说明:    要进行无协议通讯时需要设定的参数如下表：  


    相关参数设定寄存器如下：
  可进行16--256点的灵活输入输出组合。 

备有可自由选择，丰富的品种 

可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用小8点的扩展模块进行扩展。 

可根据电源及输出形式，自由选择。 

令人放心的高性能 

程序容量：内置800步ram（可输入注释）可使用存储盒，大可扩充至16k步。 

编程简单 

本系统采用三菱的fx2n系列plc实现上下井口的各种操作。上井口为fx_2n128mr，下井口为fx_2n80mr，车房为fx_2n48mr除紧停信号单独外的各种操作及信号的处理均由可编程控制器完成 

3 系统构成

系统框图如图1所示，由车房显示系统、上井口信号操作系统和下井口信号操作系统等三部分组成。 

3.1 车房显示系统 

车房显示系统主要完成提升过程中的各种信号显示，包括提人、提物、急停、换层、检修等的汉字显示，快上、快下、慢上、慢下、停车等的汉字和数字显示，三次提升信号所对应的数字记忆，提升钩数的累计显示等等。对快上、快下、慢上、慢下、停车的五种信号同时具有与信号数字相对应的音响信号，如打点信号为4，则对应有四次音响信号。在紧急停车时具有上井口、下井口、车房的全线音响报警信号。 

各种与绞车控制回路闭锁的信号集中到车房显示系统的控制柜中，再分别接入各控制回路，便于维护和检修。 

3.2 上井口信号操作系统 

上井口信号操作系统的功能主要是根据提升任务的需要向车房发出相应的打点信号及完成相应功能的转换，如提人、提物、换层、检修等。根据煤矿安全规程要求，在提升过程中，下井口的信号必须由上井口转发，即每次提升开始，下井口首先向上井口发出打点信号，上井口再发出相应的信号，并传至车房，同时在操作面板上显示相应的数字和发出相应次数的音响信号。如果上井口发出的信号与下井口不一致，信号将不能发出，操作面板上也相应显示和音响信号。但当上井口下放人员时，不论下井口发出什么样的提升信号，均服从于提人，即上井口可以将提人信号直接发至车房，实施提人操作。在本系统中不论是提人还是提物，只有提人、提物转换开关的位置选对，打点信号才有效。一旦信号正确发出，除紧急停车信号外，系统将闭锁各种信号，确保提升的安全。当需要换层时，只要将换层转换开关置于换层位置，提升机将按照换层所设定的速度运行。在系统检修时，将检修转换开关置于检修位置，此时提升机将按照检修速度运行。 

上井口发出的各种信号均传至车房，为司机提供开车信号。在提升信号没有发出时，绞车开不了车。在信号系统中还设置了提升方向的闭锁，绞车只能按正确的方向开车。 

在系统中如果上下井口的闭锁和操车信号异常，显示屏上将出现相应的闪光指示，以便及时的发现问题和解决问题。为了方便上下井口的联络，系统中设置了联络信号操作按钮，通过此按钮实现各种联络。 

当信号系统的plc检修或故障时，本系统可以通过设置的备用信号系统发出各种开车信号，确保提升系统的正常运行。 

3.3 下井口信号操作系统 

下井口信号操作系统的功能基本与上井口信号操作系统的功能一样，不同之处在于： 

（1） 下井口的信号只能传至上井口，而不能直接发至车房。 

（2） 当下井口发出提人信号时，上井口只能发出提人信号。 

当需要紧急停车时，上下井口均可通过紧急停车开关，发出全线紧停声光信号。 

4 结束语 

该副井提升机信号系统自投入运行以来，工作性能安全可靠， 基本实现无故障运转大大增强了副井提升机的安全性和提升能力。

随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。
一 四轴联动简易机械手的结构及动作过程
　　机械手结构如下图1所示，有气控机械手（1）、XY轴丝杠组（2）、转盘机构（3）、旋转基座（4）等组成。

图1 机械手结构图
　　其运动控制方式为：（1）由伺服电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手（有光电传感器确定起始0点）；（2）由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动（有x、y轴限位开关）；（3）可回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转（其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成）；（4） 旋转基座主要支撑以上3部分；（5）气控机械手的张合由气压控制（充气时机械手抓紧，放气时机械手松开）。
　　其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制开始向下运动，同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动；伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，然后充气，机械手夹住货物。
　　步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机再次驱动纵轴下降，到达指定位置后，气阀放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。
二 控制器件选型
　　为达到jingque控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：
1. 步进电机及其驱动器
　　机械手纵轴（Y轴）和横轴（X轴）选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，大3A的8种输出电流可选，大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC之间选择。一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。本驱动器大输出电流值为3A/相（峰值），通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从0.9A到3A以配合不同的电机使用。本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。
2. 伺服电机及其驱动器
　　机械手的旋转动作采用松下伺服电机A系列小惯量MSMA5AZA1G，其额定输出50W、100/200V共用，旋转编码器规格为增量式（脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11线）；有油封，无制动器，轴采用键槽连接。该电机采用松下公司独特算法，使速度频率响应提高2倍，达到500Hz ；定位超调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能，可弥补机械的刚性不足，从而实现高速定位，也可通过外接高精度的光栅尺，构成全闭环控制，进一步提高系统精度。具有常规自动增益调整和实时自动增益调整两种自动增益调整方式，还配有RS-485、RS-232C 通信口，使上位控制器可同时控制多达16个轴。伺服电机驱动器为A系列MSDA5A3A1A，适用于小惯量电动机。
3. 直流电机
　　可回旋360°的转盘机构有直流无刷电机带动，系统选用的是北京和时利公司生产的57BL1010H1无刷直流电机，其调速范围宽、低速力矩大、运行平稳、低噪音、效率高。无刷直流电机驱动器使用北京和时利公司生产的BL-0408驱动器，其采用24～48V直流供电，有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护，且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点。
4. 旋转编码器
　　在可回旋360°的转盘机构上，安装有OMRON公司生产的E6A2增量型旋转编码器，编码器将信号传给PLC，实现转盘机构的jingque定位。
5. PLC的选型
　　根据系统的设计要求，选用OMRON公司生产的CPM2A小型机。CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等。CPM2A的CPU单元又是一个独立单元，能处理广泛的机械控制应用问题，所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。完整的通信功能保证了与个人计算机、其它OMRON PC和OMRON可编程终端的通信。这些通信能力使四轴联动简易机械手能方便的融合到工业控制系统中。
三 软件编程
1. 软件流程图
　　流程图是PLC程序设计的基础。只有设计出流程图，才可能顺利而便捷地编写出梯形图并写出语句表，终完成程序的设计。所以写出流程图非常关键也是程序设计首先要做的任务。依据四轴联动简易机械手的控制要求，绘制流程图如图2所示。

图2 软件流程图
2. 程序部分
　　由于论文篇幅有限，这里只列出了开始两段程序，供读者参阅，见图3。

图3 程序列表
四 结束语
　　四轴联动简易机械手的各个动作和状态都由PLC控制，不仅能满足机械手的手动、半自动、自动等操作方式所需的大量按扭、开关、位置检测点的要求，更可通过接口元器件与计算机组成。
　　PLC工业局域网，实现网络通信与网络控制。使四轴联动简易机械手能方便地嵌入到工业生产流水线中。