西门子模块6ES7216-2AD23-0XB8品质好货

西门子模块6ES7216-2AD23-0XB8品质好货

0 引 言

　　X62W铣床是一种高效率的加工机械，在机械加工和机械修理中得到广泛的应用。铣床的操作，是通过手柄同时操作电气与机械，以达到机电紧密配合完成预定的操作，是机械与电气结构联合动作的典型控制，是自动化程度较高的组合机床。但是在电气控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，特别是在继电器接触式控制系统，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长，给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。时随着工业自动化的发展，对工业智能化程度的要求越来越高，以及市场经济要求制造业对市场需求做出迅速反应—生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必需具有极高的可靠性与灵活性，这就需要使用智能化程度高的控制系统来取代传统的控制系统，使电气控制系统的工作更加灵活、可靠，更容易维修，更能适应经常变动的工艺条件。基于这些问题，本文提出了利用西门子S7-200和触摸屏对X62W 型卧式铣床的继电接触式电控系统进行技术改造的方案。

1 X62W铣床工作原理及继电器接线图

　　工作原理见图1。

图1 工作原理图

　　主电路中有三台电动机，M1是主电动机，拖动主轴带动铣刀进行铣削加工；M2是进给电动机，拖动升降台及工作台进给；M3是冷却泵电动机，供应冷却液。三台电动机共用一组熔断器FU1作短路保护。每台电动机均有热继电器FR作过载保护。其中以主电动机的热继电器FU1和冷却泵电机的热继电器FU2作总的保护，它们的常闭触头串在控制电路的总线上，而进给电动机的热继电器FR3只作进给系统的保护，其常闭触头接在进给控制电路中。因为主电动机要求不频繁的正反转，用组合开关SA5控制倒相。进给电动机的正反转频繁，用接触器KM3和KM4进行倒相。冷却泵在主电动机起动后方可开动，另有手动开关SA1控制。主电机采用两组起动按钮SB3和SB4并联，两组停止按钮SB1和SB2串联。接触器KM1是电动机M1的控制接触器，SQ7是位置开关，用作主轴变速的冲动开关。主轴的起动，按下起动按钮SB3或SB4，接触器KM1通电吸合并自锁，主电动机M1起动。当主电动机起动后，KM1的辅助触头接通控制电路的进给控制部分，才可以开动进给电动机。 电机的转速达到一定速度时接通速度继电器，当按下停止按钮SB1或SB2时，接触器KM2得电，主轴电机反转。

　　工作台向右进给，当主轴起动后，工作台控制电源接通。将位置开关SQ1旋转，SQ1-1常开触头闭合，接触器KM3通电吸合，电动机M2正转。当运行到预定位置时，位置开关SQ1复位，电动机M2停止转动。

　　工作台向左进给，将位置开关SQ2旋转，SQ2-1闭合，SQ2-2断开，接触器KM4通电吸合，电动机反转，工作台向左移动。

　　当SA3-1、SA3-3闭合SA3-2断开时，电流通过11、SQ6、15、SQ4-2、16、SQ3-2、17、SA3-1、18、SQ1-1（或11、SA3-3、21、SQ2-2、22、SQ1-2、17、SA3-1、18、SQ3-1）、19、KM4、20 ，KM3得电M2正转，工作台向下运动。

　　当SA3-1、SA3-3闭合SA3-2断开时，电流通过11、SQ6、15、SQ4-2、16、SQ3-2、17、SA3-1、18、SQ2-1（或11、SA3-3、21、SQ2-2、22、SQ1-2、17、SA3-1、18、SQ4-1）、24、KM3、25， KM4得电M2反转，工作台向上运动。

　　当SA3-2闭合 SA3-1、SA3-3断开时，电流通过11、SQ6、15、SQ4-2、16、SQ3-2、17、SQ1-2、22、SQ2-2、21、SA3-2、19、KM4、20， KM3得电。当SA3-2闭合，SA3-1、SA3-3断开时，进给电机M2正反转就组成了互锁，SQ1，SQ2，SQ3，SQ4位置开关控制圆盘旋转不同的位置。

　　不论电动机正反转，接触器KM3和KM4的线圈电流都由SQ1-2和SQ3-2接通。若机床正在向左进给机床的联锁问题，当SQ2或SQ4被旋转时，它们的常闭触头SQ2-2或SQ4-2是断开的，所或向右进给时，发生误操作，压着上下前后手柄，则一定使SQ3-2或SQ4-2中的一个断开，使KM3或KM4断电释放，电动机M2停止运转，以确保安全。位置开关SQ6为进给变速冲动开关。

　　冷却和照明控制，冷却泵只有在主电动机起动后才能起动，所以主电路中将M3接在主接触器KM1触头后面， SA1控制冷却泵。照明电路用安全电压36伏用开关SA4控制。

2 X62W型铣床控制系统的硬件构成

　　2.1 PLC 的选择和硬件设计

　　根据X62W铣床电气控制要求，输入输出均为开关量，需要PLC监测的输入信号有8个按钮，5个行程开关，两个选择开关，输入点为 21点，PLC输出控制信号有6个继电器，1个照明灯，共7点。因此，选用了西门子S7-200PLC，具体配 置 如 下 ：CPU226CN AC/DC/DC型（6ES7 216-2BD23-0XB8），自带24点输入，16点输出，自带两个接口2个RS-485接口 PORT0和POT1，一个通讯接口，能满足控制要求。PLC的I/O口分配是根据其控制对象的特点和控制要求，将I/O口的输入输出口与相应的电气设备相连，达到控制和检测的功能，具体I/O分配如表1。进行完I/O分配后，进行PLC硬件设计，PLC外接硬件电路如图2。

图2 PLC外接硬件电路图

表1 I/O分配表


表2 内部寄存器I/O分配表

　　2.2 PLC编程

　　根据机床控制要求，PLC语句表如程序1。

程序1 手动控制程序

　　在程序设计过程中，用了6个内部辅助继电器来简化程序设计，主轴电机正反转互锁和进给电机正反转互锁提高了系统运行的可靠性。在程序中将不同的控制方式均分开设计，这样程序结构简洁、清晰。由于整个系统用触摸屏控制，它可替代物理按钮和开关及其指示灯，所以在编程序是这些按钮和开关均使用了内部寄存器M0.6-M3.1， 把下面程序的输入寄存器改成相应的内部寄存器即可。内部寄存器程序，如程序2。

程序2 自动控制程序

二、升级理由

    有刷直流电机具有调速范围广、较硬的机械特性，大负载下起动性能良好，且平滑性、经济性较好。这些性能对生产机械的拖动是十分重要的，但有刷直流电机的可靠运行，在很大程度上取决于电机的起动和换向情况。因为有刷直流电机在运行时，在电刷和换向器片间会出现电火花，如果火花超过一定程度，会使换向器和电刷很快损坏，以至电机不能继续工作。这种火花极易产生在高速起动和换向过程之中，如果不加以控制易损伤电机和造成大负载下直流电源的损坏。因此要求有刷直流电机在起动和换向时必须工作在低电压小电流下，而龙门铇正是工作在：起动→升速→高速运行→降速→断电→制动→转向→再起动的循环运动之中，控制节点紧凑短暂；加之以前受技术条件的制约，对这种较复杂的控制要求也只能采取继电器加行程开关的模式来完成机器的自动需求，使得继电操控步骤繁琐、联互触点繁多，老化后经常造成控制动作失常，经常发生掉轨、失速等现象；连续运行工作不能得到保证，设备维修难查量大，影响生产加工进度，较难满足现代工业生产的需要。

    针对上述种种不利因素，我们提出了相应的改造方案，使用比较先进的技术平台——通用型可编程序逻辑控制器（PLC）替换原有的继电控制回路。

三、系统构成

    此设备直流电源部分为原国标版的FKZ-I型可控硅直流电源柜，励磁整流电压为150～220VDC，电枢电压为半控桥式可控硅电源，触发装置为无需同步信号的阻容移相触发器，电源装置基本完好。因此，为控制升级改造成本，改进原则是不对直流电源做出改进，只对原继电控制回路进行升级改造。继续使用原机原有的接触器配件，全新设计控制系统，按机器运行特点编制相应的应用程序。转向、限位反馈信号选用无接触式接近开关，减化操作步骤，系统地完成此设备自动控制的技术升级。整个控制系统结构如图1所示：

图1 直流控制系统

    在核心应用程序的设计编制中，以三位一线前后转向、限位反馈信号来定位计算铇床的运动轨迹，极大地提高了控制系统运行的可靠性、稳定性、平滑性，从而提高了设备的加工能力和生产效率。程序框图如下：

图2 程序框图

四、主要技术特点

    系统构成简明，自动化程度提高明显，性能稳定可靠，功能增强，操作简便直观，降低了劳动强度，大大提高了生产效率。

    1、操作简便直观，维护方便；
    2、工件行程调节方便。

五、主要功能

    1、进、退刀速度分别连续可调；
    2、机器自动进刀可置；
    3、铇床进、退运行点动可控；
    4、可做铣床加工；
    5、校刀控制；
    6、龙门刀架上下点动控制；
    7、失磁、过流保护；
    8、速度显示功能；
    9、铇床前后速度快慢分别调节方便；
    10、刀具退程自动抬刀。

六、经济评价

    实践证明，PLC控制系统经过一年来的使用，软硬件工作稳定，整机运行稳定可靠，实施的升级改造方案比较成功；生产质量稳定，产量增加，劳动强度和生产成本明显降低，经济效益显著：经统计，原年维修费和产品加工效能损失费在5万元左右，2005年3月改造后使效能、产量、质量效益指标提高显著,加工产能效益提高到每年10万元左右；改造效果得到好评。

　1.1 放卷张力从动控制

　　放卷张力控制分为两段，即纸料与复合辊之间的张力控制和铝箔料与复合辊之间的张力控制。放卷时均采用被动式的恒张力放卷，因此放卷过程中随着卷径的减小，张力要保持基本恒定，就要由磁粉制动器通过调节传动力矩来满足张力恒定的要求。同时因为这两段的距离比较短，所以张力初始值的设定要小一些。值得注意的是，料卷越重，放卷张力就越大；卷径相同时，料卷越宽，张力越大。

　　1.2 复合—印刷—收卷张力控制

　　复合—印刷—收卷张力是由复合辊、印刷辊和收卷辊之间的速度差造成的。在复合机中，通过调节复合辊电机、印刷辊电机和收卷辊电机的速度输出来达到调节这部分的张力。除了受速度差的影响外，还与实际基材的伸缩率、厚薄变化、干燥温度、高燥区长度、料带的传输速度等因素有关。如果基材的伸缩率越大，在张力作用下越容易变形，所以应针对不同材质的基材适当调整整流输出，改变速度差，从而得到一个合适的张力值。如果基材厚度不均匀，复合辊和印刷辊的压力就会波动，从而造成速度的变化，也影响了张力。如果这部分的张力太小，就会出现褶皱，甚至造成堆积现象。但也不能过大，张力太大会使料带发生变形，甚至出现纵向皱纹。

2、系统方案

　　对原来工控机系统分立板卡结构的缺陷，采用以PLC为核心的张力控制系统，数字量输入输出采用CPU226自带的输入输出和数字量扩展模块EM221的8路输入和EM223的16路输入/16路输出实现;模拟量输入采用EM235模块，模拟量输出采用EM235模块和EM232模块。系统总体结构框图如图2所示。利用2台磁粉制动器控制放卷过程的张力，4路张力检测器实现各段张力的检测输入，3台直流调速器实现对3台拖动直流电机的控制，后通过PLC完成系统的逻辑控制。