西门子模块6ES7232-0HD22-0XA0品质好货

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1、引言

    现代商业生产流通领域中，产品都离不开包装。如牛奶包装箱、水果包装箱等。而包装纸箱的生产中贴箱机每天处理几十万件应是一件量非常大的生产任务，如果不能实现自动化的生产，将会消耗大量的劳动力，而且效率和质量方面都很难tigao。本设计就是将PLC应用于贴箱机系统中，从而使纸箱的生产实现自动化，其主要的任务是如何将纸板加工成型，打包成捆，如何进行生产过程中的自动控制，它是机电一体的纸箱机械产品。总之在保证工艺控制要求的情况下，大大tigao了生产效率，有很广阔的市场前景。

    2、系统控制特点及工艺

    2.1 控制要求及特点

    (1) 吸附进纸，确保了纸板吸进纸的位置准确；
    (2) 折叠部上下传输带夹紧纸板送纸、左右吸附腔吸附送纸和运转与众不同的两侧竖带夹紧纸板送纸相互配合，确保折叠纸无歪斜；
    (3) 左右下纠偏带各配增减速器，折叠时摩擦强制前后扯动纸板纠偏效果明显；
    (4) 采用崭新的分垛逐出装置技术，比国外先进的相似装置的性能更为稳定可靠、运行更为迅速。遇不良纸板时卡纸混乱几率大幅度降低；
    (5) 人机界面化，可显示生产速度，纸张数及相关的参数；
    (6) 实现了A/M的控制方式。

    2.2 工艺简介

    本系统以PLC为核心，由于该系统所带负载不大，可用一台达变频器带动一台3.7kW的异步电动机，该电机拖动主传递装置。当物料准备好后，离合器合闸即将送料，左右电机定纸箱的大小，用转速检测装置测速度，用光电传感器检测纸箱的位置信号，从而使伺服机工作。触摸屏可以实现友好的人机界面，可以在线的监视系统的运行情况，并进行相应的参数修改。纸板料从平放台进入机器到完成加工全实现了自动化，其工艺简图参见图1。

图1 系统工艺简图

    整个轨道是纸板成型的通道，轨道的形状决定纸板所加工纸箱的形状，以下对各个主要部件做简单的介绍。

    (1) 进料装置

    由于纸板是流水线加工的，当工作台上放有足够多的加工纸板时，才能进入平稳连续，不重叠的工作状态，tigao了生产率；

    (2) 辊矫直机

    为了让纸板经过时垂直于传送带，并使其紧贴轨道以便纸板较为准确地成型；

    (3) 测速检测

    用抗干扰能力强的接近开关作为传感器，并将其所产生的脉冲信号给PLC的高速计数器；

    (4) 传送装置

    由电动机带动，它控制主生产线的速度，并由变频器进行控制；

    (5) 纸板矫正

    主要由位置信号传感器和伺服系统组成，它主要是矫正成型的纸箱在轨道上的位置偏移，并为后序的纸箱打包做好准备；

    (6) 记数传感器

    检测轨道上的纸箱数，以便定量打捆；

    (7) 纸箱叠放台

    把传送的纸箱给叠放，定数量给推出；

    (8) 打捆

    将定数量的纸箱捆扎好。

    3、控制系统设计

    纸板加工成型过程，有一套严格的工艺流程，为了满足系统的控制要求，采用PLC、变频器、伺服机、人机界面及高性能的传感器相结合，有效地解决了实际问题。同时也使系统的构成简单，功能强大，可靠性、可操作性和可视性都tigao了。

    3.1 系统的硬件构成

    该系统PLC采用OMRON公司的CPM1A-30CDT-A，30点I/O口，18点输入，12点输出，且还留有扩展的余地。该机型属于欧姆龙公司C系列的小型机，结构紧凑，功能性强，有很好的性能价格比。变频器(VFD-B-5.5kW)和伺服装置(AC servo HO系列)以及触摸屏(PWS717-STN)都采用了功能性比较强的台达系列产品。各硬件构成可见图2的硬件构成框图。

图2 系统硬件构成框图

  1、引言

    经济发展使得人们的生活水平逐渐的tigao，但同时也使人们周围的生活环境不断恶化，人们逐渐意识到环境污染的危害，并提出了经济与环境必须协调发展的要求。大气污染与人们的生活息息相关，因为它会直接造成人群死亡率增加，破坏生态系统，造成巨大的经济损失。而火电厂、炼钢厂等工业所排放的废气正是大气污染的主要来源。鉴于此，国家有关部委制定了法规要求电厂增加脱硫系统。当前行业内对减排二氧化硫的主要方法有：烟气脱硫。将锅炉烧煤后的烟气通入石灰水中洗气，将硫产物吸收，石灰水洗气后加入氢氧化钠NaOH再生，这就是脱硫。目前应用较为广泛的烟气脱硫工艺有：石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫、喷雾干燥法脱硫、烟气循环流化床脱硫、海水脱硫、电子束法脱硫。国内针对超过200MW的大型机组优先考虑采用石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫。本文结合西门子电气公司西门子系列PLC在山西某自备发电厂（简称弘电）2×200MW机组烟气脱硫系统的实际应用，着重探讨石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫监控系统部分设计与实际应用。脱硫系统网络结构图如图1所示。

图1 脱硫系统网络结构

    2、湿法脱硫工艺简介
   
    石灰石（石灰）—石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液。当采用石灰为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水磨制成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，终反应产物为石膏。其反应原理可用以下化学反应方程来描述：

    CaCO3+SO2=CaSO3+CO2
    2CaSO3+O2=2CaSO4

    弘电脱硫工艺系统由三个子系统组成：#1炉系统， #2炉系统和公用系统。其中#1炉系统与#2炉系统的组成结构基本一样，分别负责来自1号和2号锅炉烟气的脱硫任务，按功能分成烟道功能子系统和吸收塔功能子系统。公用系统是指#1炉和#2炉共同使用的功能设备的统称，按功能划分为公用辅助系统、石灰石卸料与磨制系统和废水处理系统等。

    3、脱硫控制系统

表1 脱硫系统控制测点统计表

    表1给出了各个系统的输入输出点（IO）分配点数。

    根据上述脱硫系统的特点，整个控制系统也划分三个子系统，共采用三对西门子电气公司的西门子系列PLC300系列控制器组成冗余的控制系统和网络，控制器通过西门子系列N以太网模块与100M以太网交换机直接相联。控制系统配置了三台操作员站和一台工程师站，采用双机热备运行方式。附图为脱硫系统网络结构图。

    脱硫DCS系统运行时需要与#1、#2锅炉的DCS系统进行状态信号的交流，从#1、#2过来到达脱硫DCS系统的状态主要有：锅炉的负荷、锅炉油枪工作状态、锅炉煤层工作状态、锅炉吹扫、锅炉MFT以及电除尘的运行状态。从脱硫DCS系统传递到#1、#2锅炉DCS的信号有：旁路挡板、原烟气挡板和净烟气挡板的开关状态。这些信号都涉及到电厂锅炉的运行，所以锅炉DCS与脱硫DCS之间的接口采用硬接线方式。

    #1炉和#2炉设备是相对独立的，它们共同调用公用系统中的石灰石供浆和石膏脱水子功能系统，#1炉与#2炉之间也存在着连锁保护，这些在#1炉、#2炉和公用系统控制器之间传递的信号通过Modbus-TCP协议传输，从而节省了重复的IO电缆铺设费用。

    脱硫DCS系统主要实现的功能有：数据采集系统（DAS），模拟量控制系统（MCS），组态软件和顺序控制系统（SCS）。

    （1）数据采集系统（DAS）

    数据采集系统按所选定的数据采集前端设备的采样速率，周期性地采集和处理现场设备和工艺的开关量和模拟量信息。并通过网络传输到上位机显示屏中显示，作为运行人员监视和操作现场设备的依据。

    数据采集系统的基本功能有：数据采集、数据处理、屏幕显示、报警声光显示、事件记录和追忆、历史数据存储检索及打印、性能在线计算等功能。

    数据采集系统首先是通过采集卡周期性扫描外部测点的状态，然后经过诸如正确性判断、工程量换算、限值判断等处理后，将处理过的信息作为新的数据写入数据库中。数据库乃数据采集系统的核心，脱硫DCS系统拥有两个数据库：一个是控制器数据库，另一个是上位机数据库。上位机通过Modbus-TCP协议与控制器联接，按一定的采样周期循环扫描控制器数据库的变化，并同时对上位机数据库与画面显示进行更新。

  3.1 混捏机控制及保护系统的设计

    在混捏机调速控制系统中，除调速系统硬件设有过压、过流、限速、短路、可控硅击穿等保护措施外，还设置了多个PLC软件保护功能。如速度给定大速率限制（设置以5r/s变化；防止升、降速过快问题），高、低速度限制设置，紧急停车机及失误操作等其它不正常操作。通过严密的逻辑关系和软件监测，实现了混捏机操作互锁、运行监控及故障报警功能；特别是对混捏机瞬间过电流的监控，解决了混捏料中因金属硬质物混入导致的搅刀被打断的问题，避免了混捏机的重大故障的发生或故障扩大的问题。

    保护系统是设备应具备的基本功能，尤其是重大关键设备，其这方面的要求更加重要。在实际中，根据设备的运行安全的要求、现场复杂性以及对操作人员产生的可能伤害等要求，采取可靠的保护措施和防止手段，是设备控制必须的性能。为此，在混捏机电控系统中，应用PLC实现如下保护措施，完全满足了混捏机实际运行要求。

    （1）电枢电流的上限设置。根据混捏机的实际工作要求，对其电机电枢电流的上限设置为两种保护功能：对于较小范围的过流（如负载扰动引起的过流），设置电枢电流达到设定的电流值360A（相对于混捏量为16T/h而言。由于混捏料量多少不同，其电机电枢电流相应的也不等，应根据实际混捏料量确定；如混捏量为17.2T/h，其工作电流上限设为380A较为适合），允许过流时间设定为45秒（可在10～300秒内选择），超过设定时间，电枢电流仍然处于过载范围，则PLC给混捏机调速装置发出故障信号，系统立即封锁主整流可控硅触发脉冲，使电枢主电路输出中断，并启动报警器工作；第二种保护设置是防止混捏机突发故障，引起主电机电枢电流超过一定值（如410A对应的混捏量为16T/h；若混捏量为17.2T/h，则动作电流值设为435A才能满足实际要求）的特殊情况，则设置立即启动保护功能（由于PLC扫描周期为100ms，故系统实际会延时100ms后才动作）。在实际中，导致这种大电流出现的原因一般有以下几种情况；如电机电枢绕组绝缘损坏、可控硅击穿、闭环控制系统出现大的振荡、电机集电器或炭刷等处短路、混捏机传动机构工作异常、混捏筒体内有螺栓或金属硬质物混入等异常故障，引起混捏机瞬间大电流出现。由于这类突发故障会造成混捏机整体机构严重的破坏和损害，故其控制系统要有灵敏的、高可靠的保护措施。例如2005年6月1#混捏机发生的11付动、静搅刀被混入混捏料中的螺栓打断的故障，造成数百万元的经济损失。另外又必须避开混捏机正常实际生产中小负载波动的情况。

    （2）自动爬行速度和高速度的设置。混捏机属重负载设备，其启动后必须设置自动爬行速度功能。即混捏机启动后，其调速系统自动进入速度从零加速到一定的转速运行状态。另外对于减速操作，换设置了当进行减速操作时，电机速度下降到爬行速度时，会自动停止速度递减，保持低速度运行，直到停止按钮按下后系统才会停车，这种设置是为了防止混捏机工作在堵转大电流异常状态。

    高转速限制。混捏机在进行升速操作过程中，有时因操作失误、或其它原因，会使调速系统给定无限增大，导致电机转子实际转速超过电机的额定值。为防止这种异常情况发生而设置的一种控制功能，当升速操作使电机转速达到额定值98%时，升速操作则失效。

    （3）超速保护。混捏机拖动电机转子额定转速为1500r/min。而直流电机实际运行中，由于各种原因（如负载突然降低、弱励磁、失磁等异常）其转速有时会超过额定转速，在设备安全要求下，必须采取一定的措施。为此混捏机主电机设置有超速保护功能，当实际转子转速超过额定值的105%时，PLC采样到的实际转速信号与设定值比较，监测超速后立即向调速装置发出超速保护信号，系统立即封锁可控硅触发脉冲，使其输出（输出电压和电流）降为零，PLC同时启动报警系统工作。另外，混捏机还设置了第二级机械式超速保护措施，其转速离心保护器与主电机转子轴相连，当其转速达到1500r/min时，离心开关动作，断开系统主电源，实现超速保护功能。

    （4）励磁欠磁保护。直流电机励磁工作电流一般不允许低于规定的值。较低和波动较大的励磁电流会引起电机失速，甚至飞车现象，故须采取可靠的欠磁保护装置。混捏机直流主电机励磁额定电流为7.8A，低于5.6A属弱磁(欠磁)运行状态。虽然主调速系统采用了欠磁继电器（其释放电流在40%—90%范围内可调）保护。当励磁电流低于设定值时，其欠磁继电器会释放，断开系统控制电源，达到欠磁保护目的。但欠磁继电器灵敏度低，误差大。为此在PLC控制设计中，应用可编程控制器的软件程序，实现励磁电流的检测、比较、异常报警等监控功能，tigao了欠磁保护的准确性和灵敏度。

    （5）热交换器控制及保护设置。中、大容量直流电动机均设有独立的自冷却系统，是一种封闭的、自循环冷却装置，采用PLC实现启、停及运行状态监控，使冷却装置工作更加安全、可靠。当PLC检测到机构工作状态异常（如冷却水断流、过滤网堵塞或循环风机停机等异常）时，立即向操作室工作人员发出声光报警，工作人员可及时采取必要的处理措施，报警状态持续180秒后（故障还未排除），则PLC自动使混捏机降速至停机。

    3.2 辅助设备的控制设计

    连续混捏机的辅助设备减速机冷却油给定、各润滑点的周期性喷油以及液压系统等控制均采用PLC控制和实现，解决了原系统因采用时间继电器、延时器等控制器实现的控制中存在的多故障、保护不完善，润滑不到位、工作不稳定的问题，增加了润滑系统工作的可靠性和保护系统的安全性，也是其电路简单，便于参数调整和维修。

    （1）润滑装置的监控设置。混捏机润滑装置、减速机冷却机构的可靠工作，对于混捏机正常运行至关重要，每一处的润滑异常都会引起混捏机的机械装置重大损坏，甚至导致重大事故发生。因此其各个润滑点的喷油时间、间歇时间设定适当，工作可靠、稳定。由于润滑参数的设置与工作环境、设备运行状况等有关，环境温度越高、粉尘浓度越高等环境越恶劣，机械磨损程度越严重，则其润滑周期应越短，喷油量要多些（但过多又会出现设备漏油和润滑油浪费问题）。其润滑时序如图7所示。

图7 混捏机各润滑点喷油时序图
注：1.tn-1为喷油时间    tn-2为间歇时间；

    由于润滑装置的给油量一定，同时只允许多两个喷油嘴供油。

    混捏机主轴上设有5个润滑点，其采用间歇、周期性、自动喷油方式润滑。在混捏机运行中，润滑机构工作异常（如每一喷油量不足，或间隔时间设定不合理），会使润滑点润滑不良，引起局部过热现象，PLC检测到该处温度超过设定值时（一般设定为55℃），则发出故障报警，故障持续6分钟后，PLC会自动降速并停机。

    （2）冷却装置的监控设置。混捏机减速机冷却装置也是重点监控的重点之一，由于混捏机的工作制是连续长期运行方式（每个生产周期均达到50多天），其减速机承担着两种运行方式（大轴自转和前后移动）的减速和转换工作，且负载非常重，其发热量十分大，故要求冷却装置的工作必须可靠、运行良好，监控及时、准确。为此在应用PLC实现其控制中，对6个冷却点的油路liuliang、压力进行测量，监测有断流（断流时间不允许超过180秒）、或供油不足，则发出报警。由于冷却系统工作不正常会引起机械部件局部高温，导致齿轮、轴承等部件退火，加速机械磨损等现象。故其供油装置的油泵运行、各管路内油liuliang、减速机温度（6处）均要求设置监控点。

    4、结束语

    根据三个生产周期的（6个月）运行，并对混捏效果、电机参数、工艺条件等指标长期测量和监控，以及对阳极混捏料质量测定、比较，其结果证明改造效果良好。每个生产周期内混捏机的电控系统故障平均降到1.2%（改造前每个生产周期平均为11.6～19.2%）；其次，应用PLC实现了混捏机可靠调速操作和的多级保护功能，电机主电流两级保护的设置，解决了混捏料中因混入的金属物，而使多组搅刀被打断的重大设备事故的发生；此外，PLC的应用，tigao了润滑、冷却等辅助装置的工作可靠性，改进了原控制系统的缺点和多故障问题。该厂连续混捏机控制系统应用PLC完成改造后，取得了显著的效益。达到了高质量、低成本、稳定可靠的设备运行目的。

 当今世界上精密加工技术发展很快，新的加工方法和设备层出不穷，计算机的广泛应用使精密加工技术更为普及和多样。实现精密和超精密切削加工有三种方法：(1)采用和研制高精度加工设备；(2)采用新的切削工具材料；(3)利用加工与测量控制一体化技术。前两种方法成本较高，而后一种方法成本较低，具有广阔的前景。在后一种方法中，除了要保证刀具的精度、夹具的精度以及测量精度外，还有一项重要内容就微进给机构的精度及其控制精度。笔者在控制精密磨削的研究中，利用步进电机带动滚珠丝杠作为进给机构，在滚珠丝杠确定后，步进电机的控制精度成为了主要矛盾。
   
    1、步进电机的控制
   
    步进电机在不失步的正常运行时，其转角严格地与控制脉冲的个数成正比，转速与控制脉冲的频率成正比。可以方便地实现正反转控制及调整和定位。由于步进电机和负载的惯性，它们不能正确地跟踪指令脉冲的启动和停止运动，指令脉冲使步进电机可能发生丢步或失步甚至无法运行。因此，必须实现步进电机的自动升降速功能。为了实现速度的变化，输入的位移脉冲指令相应地要升频、稳频、和降频些脉冲序列，可以由脉冲源加专用逻辑电路来产生，也可以由微型计算机产生。对于脉冲源加逻辑电路构成的控制器来说，控制逻辑是固定的，即控制电路一经固定，其控制逻辑也就固定了。
   
    如果要改变控制逻辑和控制方案，必须改变电路结构和元件数，而使用计算机控制，不必改动硬件电路，只要修改程序，就可以改变控制方案。且可以从多种控制方案中，选取一种佳方案进行控制和调节。也可以用同一套系统对不同控制方案的多台步进电机同时控制。利用计算机控制的形式也很多，本文介绍PLC位控单元对步进电机的控制。
   
    2、PLC系统组成及位控单元的工作原理
   
    本研究所利用的PLC系统的组成包括如下七大模块：电源，CPU，位控单元，I/O单元，A/D，D/A单元，如图1所示。其中位控单元的主功能是当步进电机(或伺服电机)与电机驱动器联结时，输出脉冲序列控制电机的转速与转角。进给机构可以是2轴型，也可以是4轴型。本文采用的是前者，即滚珠丝杠的横向进给与纵向进给，如图2所示。具体地说，位控单元实现速度以及位置的控制方法有多种，如E点控制(单速度控制)，如图3(a)所示；P点控制(多级速度控制)；线性加/减速和S型加/减速，(a)，(b)为线性加/减速，S型如。除此之外还有位置控制和相对位置控制等。表1给出了E点控制不同模式的控制码(P点与其相同)。

图1 PLC系统组成结构图

表1 E点（P点）控制码

图2 2轴型位控单元工作原理图

图3 PLC位控单元自动升降速特性曲线

    3、磨削加工PLC控制原理
   
    如图4所示，PLC可以控制变频器、传感器、步进电机。总控制程序流程图如图5所示。其中两个步进电机是利用PLC的位控单元控制的。在进行精密磨削过程中，横向进给将是十分重要的，PLC的位控单元能较jingque地控制步进电机的转角，从而使滚珠丝杠获得jingque定位。由于PLC位控单元的控制方法有多种，对于磨削加工来讲，横向进给量不能大于215μm，通过实验的方法可以找出佳方案。这里只通过一种控制方法来说明位控单元的具体应用。首先，设置原点，利用光栅尺粗对刀，测量出对刀位置距原点的距离。为防滚珠丝杠出现爬行现象，工作台从原点出发，经过一段距离以后开始自动加/减速。此时，只要给定起始速度，目标速度，加速/减速时间以及位置要求值，并设　　定控制码即可实现上述功能，相关程序如图6所示。如果假设滚珠丝杠的螺距为d，步进电机的步距角为α°；进给速度为v(mm/s)；行程为s(mm)；则要求的脉冲频率(即程度中的目标速度)为f=360v/αd(Hz)；总脉冲数(即程序中的位置要求值)为F=360s/da(个)

图4 PLC控制磨削加工结构原理图

图5 总控制程序流程图

图6 步进电机S型加/减速程序梯形图

    4、结束语
   
    PLC位控单元具有运行速度快、灵敏度高、精度高、编程简单等众多优点。因此，它对于在精密加工领域的研究开发与应用具有深远的现实意义。