6ES7211-0BA23-0XB0使用方式

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1  引言  
        自动刀架用于完成自动换刀功能，是数控车床的关键执行部件。每一台刀架需要作上千次的可靠性运转试验才可出厂。为了提高生产效率，提出plc实现自动刀架例行试验系统项目，项目可以同时对c616-c620型数控车床多台多工位的立式、卧式刀架做试验。

2  原理设计
        项目要求plc自动刀架试验系统，可完成一至多台，四工位、八工位或十二工位的立式、卧式刀架做循环的可靠性换刀运转试验。
2.1 自动刀架工作原理
        不管是哪一类刀架，其工作原理基本是一致的。刀架电机得电，电机正转，刀架完成上升、正向转位(刀盘前凸、正向转位：卧式刀架)功能，转至所需刀位(由探头检测)，电机反转，刀架完成旋转到位后的刀台下降锁紧(刀盘缩回锁紧：卧式刀架)功能，锁紧后锁紧开关接通，电机断电，至此刀架一个换刀运动周期结束。
2.2 自动刀架电控原理
        以四工位自动刀架为例，自动刀架电气原理图如图1所示。根据刀架电气原理图和刀架探头的结构，可分析，刀架探头刀位的检测相当于一个一刀四位的波段开关，换刀控制电路由k1、k2及刀架探头组成，k1检测刀架是否旋转到位， k2及探头刀位分别与t0～t3四个刀号的信号并联，达到区分刀架旋转到位后检测是否与信号的刀号一致。四个二极管并联达到区分不同刀号有用同一继电器k2检测目的。

图1  自动刀架电气原理图

        刀架电机顺序控制器受k2触点控制接通，km1得电令电机正转，同时km1常开触点闭合，k3得电，k3常开触点闭合，保证电机正反转期间延续闭合，一旦k2断开，电路顺序转入km2线圈得电闭合，电机反转，刀架锁紧后断电，刀架运动才能终结。

3  plc电控系统设计
        由于试验系统控制对象是四工位、八工位或十二工位的刀架，先由plc产生循序脉冲，提供四工位、八工位或十二工位的刀位信号；根据刀架的工作原理和刀架刀位检测电路及电机顺序控制的继电器电路。采用plc取代继电器控制电路，组合成plc自动刀架试验系统。本系统以四工位自动刀架为例，八工位、十二工位可根据四工位系统增加循序脉冲信号和刀位检测电路。
3.1 循序脉冲的产生

图2 循序脉冲发生器波形图

        循序脉冲发生器的脉冲信号波形如图2所示。脉冲信号的宽度可根据刀架一个换刀周期来定，由于c616-c620数控车床一个换刀周期为3.5s，在本系统中脉冲信号的宽度设定为5s。
3.2 循序脉冲发生器编程设计

图3 循序脉冲发生器梯形图

        图3为循序脉冲发生器的梯形图。用习惯的继电器来描述，当输入继电器x0闭合时，输出继电器mo、m1、m2、m3按顺序产生脉冲信号；当x0断开时，所有输出复位。工作过程如下：
        (1) 当x0接通时，计时器t0开始计时，同时产生m0脉冲，计时时间到，t0常闭触点打开，m0线圈断电；m0常开触点闭合，m1开始计时，同时m1输出脉冲。
        (2) t1计时时间到，常闭触点打开，m1断电；同时常开触点闭合，t2开始计时，同时m2输出脉冲。
        (3) t2计时时间到，常闭触点打开，m2断电；同时常开触点闭合，t3开始计时，同时m3输出脉冲。
        (4) t3计时时间到，m3输出断开。接着重新开始产生顺序脉冲，即为循序脉冲发生器的工作机理。对于5s的输出脉冲宽度，以三菱fx2n微型可编程序控制器，t0～t199定时器的时钟脉冲是100ms，须对定时器进行累加至50次。
3.3 plc试验系统
        (1) 换刀控制梯形图：循序脉冲换刀信号m0～m3加在刀位检测电路端口与刀架探头各刀位处，换刀控制检测构成了与或关系，与电机顺序控制电路转换成plc的梯形图如图4所示。

图4  换刀顺序控制梯形图

        (2) plc试验系统梯形图：即将循序脉冲发生器梯形图与换刀控制梯形图串接，就构成plc自动刀架试验系统的梯形图。
3.4 plc电控图设计
        plc产生的循序脉冲换刀信号为内部继电器或辅助继电器，不占用输入输出接点，对于四工位刀架的plc外部接线如图5所示。

图5  plc的外部接线图

4  结束语
        选用输入24点的plc微型可编程控制器，就可同时对四台四工位刀架做试验，取代以555时基器为信号源的单台刀架试验仪。可大大提高生产效率，提高产品可靠性，提高企业经济效益，这是设计plc自动刀架试验系统的目的。

1 引言

　　切纸机械是印刷和包装行业常用的设备之一。切纸机完成的基本动作是把待裁切的材料送到指定位置，然后进行裁切。其控制的核心是一个单轴定位控制。我公司引进欧洲一家公司的两台切纸设备，其推进定位系统的实现是利用单片机控制的。控制过程是这样的，当接收编码器的脉冲信号达到设定值后，单片机系统输出信号，断开进给电机的接触器，同时电磁离合制动器的离合分离，刹车起作用以消除推进系统的惯性，从而实现jingque定位。由于设备的单片机控制系统老化，造成定位不准，切纸动作紊乱，不能正常生产。但此控制系统是早期产品，没有合适配件可替换，只能采取改造这一途径。目前国内进行切纸设备进给定位系统改造主要有两种方式，一是利用单片机结合变频器实现，一是利用单片机结合伺服系统实现，不过此两种改造方案成本都在两万元以上。并且单片机系统是由开发公司设计，技术保守，一旦出现故障只能交还原公司维修或更换，维修周期长且成本高，不利于改造后设备的维护和使用。我们结合自己设备的特点提出了新的改造方案，就是用PLC的高速计数器功能结合变频器的多段速功能实现定位控制，并利用HMI（人机界面HumanMachineInterface）进行裁切参数设定和完成一些手动动作。

2 改造的可行性分析

　　现在的大多PLC都具有高速计数器功能，不需增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上百KHz的脉冲信号，而切纸机对进给系统的精度和响应速度要求不是很高。可以通过对切纸机进给系统相关参数的计算，合理的选用编码器，让脉冲频率即能在PLC处理的范围内又可以满足进给的精度要求。在进给过程中，让PLC对所接收的脉冲数与设定数值进行比较，根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而减小系统惯性，达到jingque定位的目的。另外当今变频器技术取得了长足的发展，使电机在低速时的转矩大幅度提升，从而也保证了进给定位时低速推进的可行性。

3 主要控制部件的选取

3.1 PLC的选取

设备需要的输入输出信号如下：

x0脉冲输入

x1脉冲输入

x2前限位

x3后限位 y3 前进!

x4前减速位 y4 后退

x5电机运转信号 y5 高速

x6刀上位 y6 中速

x7滑刀保护 y7 低速

x10压纸器上位 y10

x11光电保护 y11

x12小车后位 y12 进给离合　　

x13双手下刀按钮 y13 压板下

x14停止按钮 y14 刀离合

x15连杆保护 y15 电机禁启动

x16刀回复到位

　　针对这些必需的输入点数，选用了FX1s－30MR的PLC，因为选用了人机界面，其它一些手动动作，如前进、后退、换刀等都通过人机界面实现，不需占用PLC输入点，从而为选用低价位的FX1s系列PLC成为可能，因为FX1s系列PLC输入点多只有16点。另外此系列PLC的高速计数器具有处理频率高达60千赫的脉冲的能力，足可以满足切纸机对精度的要求。

3.2 编码器的选取

　　编码器的选取要符合两个方面，一是PLC接收的高脉冲频率，二是进给的精度。我们选用的是编码器分辨率是500P/R（每转每相输出500个脉冲）的。通过验正可以知道此分辨率可以满足上面两个条件。验证所需的参数：电机高转速是1500转/分（25转/秒）、进给丝杆的导程是10mm/转。验证如下：

　　本系统脉冲高频率＝25转/秒×500个/转×2（A/B两相）＝25KHz

　　理论进给分辨率＝10mm/500=0.02mm

　　同时由上面的数据知道进给系统每走1mm编码器发出50（此数据很重要，在PLC程序的数据处理中要用到）个脉冲信号。由于此工程中对编码器的A/B相脉冲进行了分别计数，使用了两个高速计数器，且在程序中应用了高速定位指令，则此PLC可处理的高脉冲频率为30千赫，因此满足了个条件;我们的切纸机的载切精度要求是0.2mm，可知理论精度完全满足此要求。

3.3 变频器和HMI的选取

　　这两个部件我们都选用了三菱公司的产品，分别是FR-E540-0.75K-CH和F920GOT-BBD-K-C。

4 F920GOT-BBD-K-C的特点:

　　F920GOT是带按键型的HMI，它的使用和编程非常简单方便。它具有以下特点：1）可以方便的实现和PLC的数据交换；2）通过本身自带的6个功能按键开关，可以控制PLC内部的软继电器，从而可以减少PLC输入点的使用;3）具有两个通讯口，一个RS232C（用于和个人电脑通讯）和一个RS422（用于和PLC通讯），利用电脑和F920GOT相连后不仅可以对HMI进行程序的读取和上传，还可以直接对PLC的程序进行上传下载、调整和监控。

5 PLC和HMI程序的编写

　　此工程中程序的难点主要在于数据的处理上。在切纸机工作过程中除手动让进给定位机构前进后退外，还要实现等分裁切功能和指定具体位置定位功能，并且HMI上还要即时显示定位机构的当前位置。我们为了简化程序中的计算，采用了两个高速计数器C235和C236。C236通过计算前进后退的脉冲数，再进行换算后用于显示进给机构的当前位置；C235用于进行jingque定位。定位过程是这样的，每次进给机构需要定位工作时，通过计算把需要的脉冲数送到C235，不论进给机构前进还是后退C235进行减计数，同时对C235中的数值进行比较，根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而达到jingque定位。因为任何系统都有惯性和时间上的迟滞，所以变频器停止输出的时间并不是C235中的计数值减小到0时，而是让C235和一个数据寄存器D130比较，当C235中的值减小到D130中的设定值时PLC控制变频器停止输出。D130的值可通过人机界面进行修改和设定，在调试时通过修改这个值，以达到定位准确的目的。显示定位机构当前位置的程序见下图1，

图1显示定位机构当前位置程序段

实现定位控制的程序段见下图2。

图2定位程序段

　　还有一个问题是参数设定时的小数点位问题，实际工作中在设定位置时要jingque到0.1mm。这个问题在一些单片机系统中常会遇到，常见的处理办法是加大一个数量级，就是设定数据时，在人机界面上用1代替0.1mm，10代替1mm。不过我们在处理此问题时通过HMI中对数据的设置和PLC的程序编写达到了所见即所得的效果。HMI中主要是对数值的格式要设定好。HMI中的设置画面见下图。

图3HMI中数据设置画面

　　比如我要等分裁切10.5mm的纸，就可以在HMI上设定为10.5，而不是像我公司其它设备上要设为105，但PLC的寄存器D128的内容是105而不是10.5，这样在计算需要的脉冲数时就要用下面一条命令：

　　MULD128K5D10（此命令中尽管编程时D11不出现但实际上寄存器D11被占用，不能再应用于其它地方，否则会出现问题。）

　　而不是用：

　　MULD128K50D10　　

　　编程中其它应注意的问题。一是双线圈问题。本工程中利用条件跳转和步进指令避免了双线圈问题。二是误信号问题。编码器是一种比较精密的光电产品，受振动时不可避免的会出现误信号，而切纸机在执行裁切动作时会造成很大振动，如果忽视这个现象，定位精度和执行机构当前位置的显示都会不准确。本工程中处理方法参见上面例子程序图1，只有Y3、Y4接通，即只有进给机构前进和后退时才让C236进行计数，这样就屏蔽了裁切时震动造成的误信号。

6 变频器的参数设置

　　此工程中需设定的变频器的主要参数见下。

　参数 号名 称设定值
　　0 转矩提升 8%（低速时电机转矩不足时可提高此数字）
　43 速设定（高速） 30Hz
　 53 速设定（中速） 10Hz
　 63 速设定（低速） 2Hz
　　7 加速时间 0.5s
　　8 减速时间 0.5s
　 24 多段速设定（4速）50Hz
　 79 操作模式 2（只执行外部操作）

　　在调试过程中为了达到定位速度和精度的完美结合，应对三段速设定值，加减速时间和HMI中D130、D200和D202的数值进行相应调整。