西门子6ES7223-1PL22-0XA8型号大全
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1 引言
在美国玩具标准ASTM F963-03中，玩具主轴线定义为：一条连接产品上远的部分或端点的距离长的直线。一个产品可以有一条以上的主轴线，但它们的长度必须相等。对塑胶玩具和毛绒玩具进行整体易燃性测试，往往要花费大量的时间来确定玩具主轴线的方向和尺寸。而玩具主轴的方向、尺寸及燃烧尺寸的确定目前是通过人的肉眼和钢直尺来判断的，玩具燃烧前后外形差别较大，用肉眼无法准确测量燃烧的尺寸，这样测试结果就会受到较多人为因素的影响，效率低、误差大、重复性差，严重影响玩具易燃性测试合格与否的判定。
随着计算机控制技术的发展，PLC（可编程控制器）以其模块化的结构，高抗干扰的I/O处理元件、硬件配置的灵活性，可扩展和稳定性等特点，为在不同的场所的应用提供了稳定的平台，已广泛使用在自动控制装置领域。
本玩具整体燃烧自动测试仪采用先进的PLC控制技术和高性能的细分型驱动装置控制技术，可满足美国玩具标准ASTM F963-03中相关条款的要求，自动测量玩具的主轴线尺寸，自动记录燃烧时间并计算燃烧速度，且精度高，效率高，稳定性好为玩具的安全测试提供了保证。
2 工作过程
燃烧自动测试仪为平台结构，由人机交互部分、控制部分、驱动部分和支撑定位部分四部分组成，如图1所示。
图1 燃烧自动测试仪组成图
人机交互部分：采用日本三菱公司的F920型操作面板，通过操作按钮可以进行各种操作功能的设置，并可将测试参数和测试结果显示在屏幕上。操作简单、方便，显示及时准确。
控制部分：控制器采用日本三菱公司的FX1S-10MT型PLC，具有精度高、速度快、可靠稳定的特性。主要作用是接受输入信息，并根据信息进行判定和数据处理，进而输出控制信号到测试仪的驱动部分。并且可以进行计时功能。
驱动部分：包括三个步进电机，采用美国WJT先进的JQF-MD808步进电机驱动器，接受脉冲输出信号，控制步进电机的旋转角度和旋转方向，完成测试过程中的各种驱动任务。
支撑定位部分：自动测试仪的机械部分，主要由底座，支撑杆，定位杆，刻度标等部分组成。
玩具燃烧自动测试仪的机械结构示意图如图2所示：
1. 电机1 2. 丝杆 3. 刻度标 4. 电机2 5. 丝杆 6. 活动块 7. 支承杆 8. 底座
9. 微调平台 10. 轴承 11. 定位杆 12. 轴套 13. 旋转轴 14. 电机3
图2 燃烧自动测试仪机械结构示意图
其工作过程如下：
（1）确定样品的主轴线方向：玩具样品放置在可旋转的工作台上，步进电机驱动支撑杆旋转，带动支撑杆上的定位杆使其与玩具主轴线方向一致，通过微调旋转工作台、定位杆的方向及位置，确定样品的主轴线方向。
（2）准确测量样品主轴线尺寸及燃烧尺寸 ：使用步进电机带动丝杆上的刻度标从玩具主轴线的一端开始移动到另一端，移动的距离即为玩具主轴线尺寸;将定位杆移开，将玩具点火测试，待火焰熄灭后，再将定位杆移回到点火前的初始位置，此时，定位杆方向又与玩具主轴线方向一致，该位置通过PLC控制步进电机来保证;移动刻度标从玩具主轴线一端移动到玩具烧毁边缘，记录移动距离，则两次移动距离之差就为玩具在主轴方向被烧毁的尺寸。
（3）测试结果的显示与打印装置：当玩具点火燃烧时，按下计时按钮，火焰熄灭后停止计时，用PLC自动记录玩具燃烧的时间，玩具燃烧速度=玩具燃烧尺寸/燃烧时间，将测量数据计算得出燃烧速度，并将玩具主轴线尺寸、燃烧尺寸、燃烧时间、燃烧速度及环境情况显示打印。
3 工作原理
玩具自动燃烧测试仪的核心部分是PLC和三个步进电机组成的驱动部分，测试仪的工作原理如图2示。
图3 燃烧自动测试仪工作原理图
根据美国玩具标准燃烧测试要求，在操作面板上通过按钮设定定位杆上升的高度。PLC接收所有这些信息，经过分析和相应的数据处理后输出启动信号，控制步进电机启动。步进电机接到PLC的输出信号后以设定的高度完成相应的操作。通过面板上的正转按钮当作PLC的输入信号，控制步进电机带动定位杆转动一定的角度到达玩具的主轴线方向。PLC自动记录该角度当作后续操作的基准角度。然后启动前进测量按钮，PLC接收到此输入信号后，控制定位杆上的步进电机带动刻度标测量玩具主轴线尺寸L1。PLC自动记录此数据显示到面板上。确定好玩具的主轴线尺寸后，启动反转按钮使定位杆回到原始位置。
当确定好玩具主轴线方向和尺寸后，将玩具点火燃烧，此时按下面板上的计时按钮，PLC接收此信号作为一个数字输入信号;当玩具燃烧熄灭后按下停止按钮，PLC接收此信号作为另一个数字输入信号，便输出信号到面板显示玩具的燃烧时间T。启动复原键按钮，PLC控制步进电机带动定位杆回到当初记录的旋转角度，使定位杆重新与玩具主轴线重合;启动后退按钮，使刻度标到达玩具烧毁边缘，面板上会显示刻度标后退的距离L2，则玩具燃烧尺寸L=玩具主轴线尺寸 L1-后退距离L2，并将玩具燃烧尺寸显示到面板上，PLC根据燃烧尺寸和燃烧时间自动计算玩具的燃烧速度，当启动打印按钮后，PLC输出控制信号到微型打印机，自动打印其结果。
同时，根据不同玩具的高度，可以在面板上设定高度，使定位杆上升到一定的高度便于刻度标上的指针定位玩具的主轴线边缘。也可以通过设定一定的角度，先将定位杆转到一定的角度上，再将玩具放置到平台上，使其主轴线方向与定位杆方向一致，当有一定偏差时，通过平台的微调功能，使其保持一致。
4 功能特性
⑴ 测试精度高，响应速度快。FX1S-10MT型PLC为12位机，具有精度高、速度快的特点使测试仪具有优良的测试精度和响应时间。又由于MC- 808MDE细分型高性能步进电机驱动器采用了新型的双极性横流载波驱动技术，高256倍细分，使步进电机可以达到更高的速度和更大的高速转矩，细分功能使电机运转精度更高，振动更小，噪声更低。
⑵ 操作简单，使用方便。只需在操作面板上按键操作即可，同时显示屏将相关转动角度，测量尺寸清晰的显示出来，简单，方便、准确。测试仪的使用极大的降低了工作强度，提高了工作效率。
⑶ 可靠性高、稳定性强。由于PLC具有可靠性高，稳定性强的特点，MC-808MDE细分型高性能步进电机驱动器具有先进的过流保护（峰值超过 10A）、过压保护（超过85VDC）、过热保护（≥70℃停止工作，≤50℃恢复工作）和错相保护功能使测试仪运行更可靠、更安全，很好地具备了电气稳定性和可靠性。
⑷ 测试仪结构设计合理。测试仪为平台结构，操作面板安装在底座上，步进电机封装在支撑杆和支座里面，不易接触。同时测试仪的各个部件采用了防锈处理，各部件充分考虑了加工工艺的合理性，调试和维修方便。
⑸ 灵活的预设置功能。可预设测试速度和时间，设定范围广。预设角度为0-180°，预设速度范围为0-6000m/s，燃烧时间0-90s。
⑹ 技术指标为：定位杆上升高度为0-500mm，转动角度为0-90°。定位杆原始位置为0°。
⑺ 抗干扰性强。由于本测试仪的PLC元件具有对数字信号有光电隔离作用，可很好的将误动作信号干扰过滤掉。而MC-808MDE细分型高性能步进电机驱动器具有对输入信号光隔离，输入信号TTL兼容、可接受差分信号，具有良好的散热功能和细分功能，对振动干扰、电磁干扰、环境干扰等有很好的抑制作用。
5 控制系统的软件设计
玩具易燃性自动测试仪的I/O变量分为数字量输入信号，数字量输出信号和中间变量三类。其中数字量输入信号有：运行启动信号，复原信号，开始计时信号，停止计时信号，上升信号，下降信号，前进信号，后退信号，正转信号，反转信号;数字量输出信号有：运行控制信号，打印控制信号;中间变量有：高度设定，角度设定。
PLC根据接收到的数字量输入信号和中间变量，启动并控制测试仪运行，控制程序如图4所示。首先确定玩具主轴线方向，接着测量主轴线尺寸。确定好这些后，定位杆回到原始位置，点火燃烧玩具，启动计时器。玩具燃烧后，停止计时器，定位杆回到记录位置，测量玩具燃烧尺寸。计算燃烧时间并启动打印装置，输出测试结果，结束测试过程。
图4 燃烧自动测试仪控制程序图
6 结束语
本自动测试仪采用先进的日本三菱公司的FX1S-10MT型PLC控制器和美国WJT先进的JQF-MD808步进电机驱动器，保证了测试仪运行稳定，响应速度快，精度高。使用本测试仪不仅可以降低检测工作的劳动强度，还大大提高了检测的效率，提高了检测结果的准确性，提高了检验工作的自动化水平。该产品在玩具安全检测中具有广阔的应用前景。
本文作者创新点: 采用PLC控制技术结合高性能细分型驱动装置和步进电机的工作原理，研制开发玩具燃烧自动测试仪。该装置能够准确确定玩具主轴线方向和尺寸，保证检验结果的jingque性。
1 引言
目前， 我国绝大部分矿井提升机（超过70% ）采用传统的交流提升机电控系统（tkd-a为代表）。tkd控制系统是由继电器逻辑电路、大型空气接触器、测速发电机等组成的有触点控制系统。经过多年的发展，tkd-a系列提升机电控系统虽然已经形成了自己的特点，然而其不足之处也显而易见，它的电气线路过于复杂化，系统中间继电器、电气接点、电气联线多，造成提升机因电气故障停车事故不断发生。采用 plc技术的新型电控系统都已较成功的应用于矿井提升实践，并取得了较好的运行经验，克服了传统电控系统的缺陷，代表着交流矿井提升机电控技术发展的趋势。
2 总体设计方案
基于plc技术的矿井交流提升机电控系统控制电路组成结构如图1所示， 要由以下5部分组成：高压主电路（包括高压换向器、电动机、启动柜、动力制动电源）、主控plc电路、提升行程检测与显示电路、提升速度检测、提升信号电路，其中高压主电路部分仍采用传统的继电器控制电路。
图1 矿井交流提升机电控系统框图
工作过程：当井口或井底通过信号通信电路发出开车信号后，开车条件具备。司机将制动手柄向前推离紧闸位置，主电动机松闸。司机将主令控制器的操作手柄推向正向（或反向） 极端位置，主控plc通过程序控制高压换向器首先得电，使高压信号送入主电动机定子绕组，主电动机接入全部转子电阻启动，然后依次切除8段电阻，实现自动加速， 后运行在自然机械特性上。交流提升机运行时， 旋转编码器跟随主电动机转动，输出2列a/b相脉冲，分别接到主控plc的高速计数器hsc0的a/b相脉冲输入端，由主控plc根据a/b脉冲的相位关系，自动确定hsc0的加、减计数方式。根据hsc0的计数值，就可以计算出提升行程并显示。同时只根据旋转编码器输出的a相脉冲，主控plc进行加计数。根据hsc1在恒定间隔时间内的计数值，就可以计算出提升速度。
3 硬件设计
3.1 提升机主回路部分设计
主回路用于供给提升电动机电源，实现失压、过流保护，控制电机的转向和调节转速。主回路由高压开关柜、高压换向器的常开触头、动力制动接触器的常开主触头、动力制动电源装置、提升电动机、电机转子电阻、加速接触器的常开主触头（1jc～8jc）和装在司机操作台上的指示电流表和电压表等组成。系统原理图如图2所示。
图2 提升机主回路系统原理图
主拖动电机选择：鼠笼式异步电动机尽管结构简单、价格便宜、维护方便，但很难满足提升机启动和调速性能的要求，因此，矿井提升机交流拖动系统均选用绕线式异步电动机作为主拖动电动机，绕线式异步电动机转子串电阻后能限制启动电流和提高启动转矩，并能在一定范围内进行调速。地面变电所送来的二路6kv电源，一路工作，一路备用，经tgg-6型高压开关柜的隔离开关glk1、油开关gyd、高压换向器线路接触器xlc的主触头、正向（或反向）接触器zc（或fc）后到主电机的定子。在高压开关柜内还设有电压互感器yh，失压服扣线圈syq，电流互感器lh和过流脱扣线圈glq，用于失压或过流保护。在syq线圈回路中还串联接有紧急停车开关jtk1和换向器室栏栅门闭锁开关 lsk。
3.2 制动回路设计
矿井提升机大多数采用绕线式异步电动机来拖动，且多数场合下采用有级切换转子回路电阻来实现调速。其制动系统多采用可控硅动力制动和可调闸制动系统。前者为电气制动，后者为机械制动。提升机在减速段运行中，当速度在0～5%范围内，电气制动起作用，可调闸不起作用；当超速在5%～10%范围内，电气制动限幅，并维持大制动功率，同时可调闸起作用，总制动力矩增大；当超速10%时，过速继电器gsj1作用于安全回路，可调闸将提升机滚筒闸住。
晶闸管动力电源装置主要有两部分组成，一部分为主回路，另一部分为触发回路。本文设计中采用kzg型三相可控硅动力制动系统。此系统为单闭环动力制动系统，系统方框图如图3所示，从图中可以看出速度偏差控制和脚踏控制是“或”的关系，哪个信号大，就允许哪个信号通过，亦即相应的控制方式发挥作用。因此，单闭环控制时司机可以脚踏制动进行控制，而在脚踏控制时，如提升机超速，闭环系统又可起监视保护作用。
图3 单闭环动制动系统方框图
3.3 速度给定回路
速度给定方式就是按行程原则产生速度给定信号。在矿井提升机电控系统中，通常是采用凸轮板给定方法，即由凸轮板控制自整角机的输出电压。由于自整角机没有可滑动的触点，因此电压变化较平稳，工作较可靠，维护量较小。原理图如图4所示。
图4 速度给定电路
自整角机作为给定装置应用时是将激磁绕组通以单相110伏交流电，在三相同步绕组中任取两相的输出作为给定电压的输出。其输出电压为交流，如需要直流则应通过桥式整流输出。
3.4 动力制动回路
晶闸管整流器及其触发装置成套地装在电源柜中，动力制动电源装置输出电压的大小与触发装置输入的控制信号电压的高低有关。
图5 动力制动电压形成回路
控制信号电压由两个回路组成一个或门电路，如图5所示。只要其中之一达到触发要求时，即可使晶闸管触发起制动作用。这两个回路，一个是由实际速度与给定速度形成的速度偏差值，自动控制cf3磁放大器的输出和动力制动输出，另一条回路由司机控制自整角机cd2的输出以实现人工调节。
在人工控制动力制动系统时，由司机控制脚踏板带动自整角机cd2发生控制电压。调整时应使其与磁放大器cf3的输出相配合。当脚跟刚刚踩下，脚尖尚未下踏时，相当于控制开关闭和，使dzc得电吸合，晶闸管动力制动投入，但此时自整角机cd2输出很小，动力制动电流小。当司机脚尖踏下后，自整角机cd2输出大。
在脚踏动力制动与cf3输出回路中，分别由z1和z2两个二极管组成一个或门电路，此两种控制信号成并联关系，互不影响。
3.5 行程检测与显示
利用旋转编码器将提升机的运行位置转化为脉冲，plc对此脉冲进行高速计数，通过相应的计算自动生成提升机位置的相关数据，传送到plc 内部高速计数器的存储单元。为了提高计数器的脉冲精度，选用日本omron公司的e6c-cwsc型可逆旋转编码器，其脉冲准确精度高，在低速时不会丢失脉冲。
为了便于提升机司机操作，提升机电控系统需设置可靠的行程显示装置（又称深度指示器）用于显示提升容器在井筒中的位置。本文设计根据编码器所测的运行距离（0～570m），采用3个led七段显示器作为提升机位置的显示。
图6 plc数字显示电路
图6所示电路中，用具有锁存，译码，驱动功能的芯片cd4513驱动共阴极led七段显示器，三只cd45 -13的数据输入端a～d共用可编程控制器的4个输出端，其中a为低位，d为高位。le是锁存使能输入端，在le信号的上升沿将数据输入端输入的bcd数锁存在片内的寄存器中，并将该数译码后显示出来。如果输入的不是十进制数，显示器熄灭。le为高电平时，显示的数不受数据输入信号的影响。显然，n个显示器占用的输出点数为：4+n。
3.6 辅助回路设计
辅助回路是用于对辅助设备进行供电和控制的。辅助回路的电源电压为交流380v，两回路供电。辅助回路所带负荷有：晶闸管动力制动电源装置、制动油泵电动机、润滑油泵电动机等。
4 提升机主电动机转子电阻计算
电动机转子电阻的计算，对提升设备的正常运转有着重要的作用。进行启动电阻计算时，首先应确定预备级级数和加速级级数。因为所选的级数直接影响到大切换力矩的增大或减小及平均启动加速度的提高或降低，甚至由于过载能力不够而需加大电动机容量，故应全面考虑，选出经济合理的级数。一般情况下，预备级级数和加速级级数的选择见附表所示。
三相平衡启动电阻的计算方法很多，但基本上可分为两种类型：一类是按给定加速度来计算启动电阻，另一类是以充分利用电动机的过载能力为出发点来计算。因类方法计算简便准确，故本文中采用此方法计算。
5 plc控制系统设计
5.1 主控plc控制电路设计
根据提升机的运行方式和煤矿企业的固有特点，国产矿井提升机电控制系统中应用plc也发展很快。但从现场使用情况来看，目前，在国产煤矿提升机控制系统中，plc主要用于处理开关量，以替代老式提升机控制系统中众多的继电器、接触器、复杂的连线以及信号显示系统，而涉及到提升机安全运行的制动系统中的模拟量和自动调节过程，大多还是通过用半导体器件、运算放大器等可调闸和可控硅动力制动的普通电子模式来处理。使用过程中经常会出现零点漂移、电子元件损坏，并且存在维修及重新调试难、可靠性差等缺点，因而使提升机电控系统的可靠性降低。针对上述问题，深入研究用plc控制煤矿提升机控制系统是非常必要的。
本文中主控单元可编程序控制器（plc）设计，由一个cpu226主机和两片i/o扩展模块em223和em222组成，设计含有40个输入点40个输出点， 则具体i/o接线如图7所示。
图7 主控plc电路及扩展i/o接线
5.2 plc控制软件设计
图8 主程序控制流程图
plc控制软件主程序流程图如图8所示。
（1） 初始化子程序用于对高速计数器hsc0和hsc1进行以下操作：写控制字， 定义工作模式，清零， 写设定值， 设置定时中断， 连接中断， 启动计数。
（2） 制动油泵、润滑油泵、动力制动电源、五通阀电磁铁、四通阀电磁铁和安全阀电磁铁等的控制属于交流提升机安全运行所需辅助设备的控制。
（3） 制动油过压信号、制动油过热信号和润滑油过压信号的显示控制用于交流提升机工作状态的显示控制。
（4） 调绳闭锁回路是在调绳过程中起安全保护作用。双卷简提升机换水平调绳时，调绳转换开关1hk-3断开，使调绳连锁环节串入安全回路。正常运行时，lhk-3接通，调绳连锁不起作用。
（5） 提升信号回路用于对交流提升电动机启动或减速作好准备。
（6） 位置测量子程序用于测量提升机在矿井中的位置。
（7） 行程显示子程序根据旋转编码器的脉冲个数来显示当前的行程位置。
（8） 减速信号回路和减速信号铃用于减速控制并且发出铃声提示信号。
（9） 自动换向工作回路和手动正反转工作回路分别用于自动和手动方式下对交 流提升电动机进行正反转控制。
（10） 安全回路用于防止和避免交流提升机发生意外事故。
（11） 定时器控制回路和转子电阻通断控制用于交流提升电动机启动或减速时的转子电阻切换控制。
（12） 动力制动回路用于动力制动电源的投入与切除控制。
（13） 脚踏制动联锁和工作闸继电器用于交流提升电动机制动控制。
6 结束语
提升机的控制系统采用plc控制与tkd-a控制系统结合的方式， 具有可靠、安全、实现方便等优点。采用plc实现提升机主要控制逻辑， 增加控制功能，实现高效自动化生产。其关键是充分发挥plc的优势， 利用其综合测控机制， 解决好测速、保护等问题， 实现与原系统的良好衔接， 提高系统的综合性能， 达到低投入高产出。从系统的应用情况看仍存在一些需进一步完善的问题如：网络通信功能和先进控制技术及策略如智能控制等，在现有plc技术的基础上进一步进行功能扩充，将会进一步提高我国矿井提升电控系统的现代化水平。
