西门子6ES7216-2AD23-0XB8使用方式
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汽车传动轴固定节是汽车驱动系统中一个重要的零部件，传动轴固定节的端面，如图1示。由于固定节中6粒钢球由工人手工进行安装，有可能发生少装的情况，如不及时发现，将出现质量问题，影响产品的正常使用和企业的声誉。因此根据厂方要求设计了此套系统，系统采用无损检测，运用图象处理与模式识别技术，对CCD拍摄到的图象进行处理，作出漏装与不漏装判断，并对漏装工件进行声光报警。
图1 汽车传动轴固定节端面
一、系统组成与控制过程
1. 系统组成
系统主要由机械部分、电气部分、控制部分组成。机械部分主要是完成零件的传送（从安装位置到检测位置，再送到下一个工序的加工位置）、定位（保证零件与摄像头的同心度）以及不合格零件的剔除；电气部分有传感器、汽缸等执行机构组成；控制部分采用PLC和工控机集成控制。系统硬件配置主要有工控机、可编程控制器、CCD摄像头、图像采集卡、I/O接口板、传感器等硬件及部分外围电路组成，它们的结构，如图2示。
图2 系统组成图
2. 控制流程
系统由工控机作为上位机，PLC作为下位机。系统的自动控制流程为：
工控机与PLC进行通信握手，表明一切就绪；
送料位置传感器检测到工件，发信号给PLC；
PLC根据测量位置传感器状态判断测量位置是否有工件；
如果测量位置没有工件，则PLC发信号驱动汽缸，放开送料挡块；
测量位置传感器检测到工件已经到达，发信号给PLC；
PLC进行延时，目的是让工件稳定有利于拍摄，然后发信号给工控机并延时，目的是让计算机进行图象处理与模式识别；
工控机执行程序由CCD摄像头摄取图像，由工控机实时处理图像，作出漏装或非漏装判断结果。把结果发给PLC；
PLC判断结果信息，如果全装且翻转位置无工件，发信号驱动汽缸放开定位挡块；如果漏装，PLC发信号驱动报警灯和蜂鸣器，进行声光报警由工人手工剔除。
PLC判断下料槽是否可以下料，若可以则翻转工件进入下一道工序。重复顺序执行2～8，就达到了系统的自动检测。从执行过程中可以看到，前后两个位置都实现了互锁。系统控制流程，如图3示。
图3 系统流程
在这个系统中，实现了工控机与PLC的集成控制。工控机主要完成对图象的处理，PLC完成对现场控制信号的采集与执行元件的驱动，它们之间的通信采用I/O卡来实现。控制系统物理结构，如图4示。
图4 控制系统物理结构
二、系统硬件模块
系统硬件模块主要分为数据采集子系统，微机基本子系统，数据分配子系统及基本I/O系统。它们之间的结构，如图5示。
图5 硬件结构组成
1. 微机基本子系统
它是整个系统的核心，对整个系统起监督、管理、控制作用，例如进行复杂的信号处理、控制决策、产生特殊的测试信号，控制整个检测过程等等。同时，利用微机强大的信息处理能力和高速运算能力，实现命令识别、逻辑判断、图像处理、系统动态特性的自校正、系统自适应等功能。
2. 数据采集子系统
用于和传感器、检测元件联接，实现图像数据的采集、整理并经接口传送到微机子系统处理。
3. 数据分配子系统
实现对被测工件、测试信号发生器以及检测操作过程的自动控制。
4. 基本I/O子系统
用于实现人机对话、输入或改变系统参数、改变系统工作状态、输出检测结果、动态显示测控过程、发出报警信号等。
三、系统软件设计
软件设计采用模块化和结构化的程序设计方法，即自顶向下、逐步求精的设计方法，并且适当划分模块以tigao设计与调试的效率。该系统不但要接受来自传感器、待测工件的信号，还要接受和处理来自于控制面板的按钮信号，以及由图像采集卡传来的数字信号，而且要求系统具有实时处理能力。因此，系统软件对实时性有一定的要求，同时还要对系统资源进行管理和调度。
1. 上位机软件设计
上位机监控软件主要由数据采集程序、检测与控制算法程序、中断服务程序、故障自诊断与处理程序等组成。系统模块划分如下：
(1) 初始化模块
硬件初始化
对系统中各硬件资源设定明确的初始化状态，包括对可编程器件初始化，各I/O口初始状态设定，为系统硬件资源分配任务等。
软件初始化
包括堆栈初始化、状态变量初始化、各软件标志初始化、各变量存储单元初始化、系统参数初始化等。
(2) 数据采集模块
控制摄像头摄取图像，通过图像采集卡完成A/D转换，并生成待处理的数据文件。
(3) 检测/控制模块
对得到的图像数据文件进行分析、计算、比较、检测，判别工件是否合格，并实现对键盘的管理。
(4) 中断管理模块
针对系统中的各种中断源和所选用的微处理机的中断结构，设计相应的中断处理程序模块，包括中断管理模块和中断服务模块。
(5) 显示管理模块
用于实时更新显示图像和数据，并对报警指示灯进行管理。
(6) 时钟管理模块
包括数据采样周期定时、控制周期定时、动态刷新周期定时、及故障监视电路的定时信号等
一、引言
随着石化工业的发展，人类日常生活及各行业对塑料制品的需求日益增长，极大地推动了塑料工业的发展。 目前，塑料已广泛应用于机械、电子、医药、家用电器、食品、汽车及人类日常生活用品之中，尤其近年来随着人类生活水平的tigao、消费意识的变化以及旅游产业的发展，中空制品已广泛用来盛装矿泉水、可乐等软性饮料，还包括奶瓶、药瓶、化妆品瓶等。
挤出吹塑成型机是中空容器成形的主要设备，世界上80%至90%的中空容器是采用挤吹成形的。在我国中空塑料成型机的发展历程中，挤出吹塑成型机是发展快完善的中空塑料成型机，特别是小型挤出吹塑成型机的发展速度特别快。
近年来，挤出吹塑成型的主要技术趋势是朝着自动化、智能化、高精度和高速度的方向发展。因此，要适应该行业技术发展趋势，就必需tigao挤出吹塑成型的整体技术含量，其中就包括挤出吹塑成型的控制系统。
本文描述的挤出吹塑成型控制系统核心采用TrustPLC® CTSC-200系列高性能小型PLC，CTSC-200 PLC采用了32位高性能RISC芯片技术和软件优化设计，布尔指令执行速度达到0.15μs每步，浮点运算速度高达8μs，开关量点数多达248点，模拟量点数多达56点，扩展I/O模块种类近30种，因而无论是替代传统继电器完成简单控制，还是应用于特殊场合实现复杂控制，无论是快速的离散量顺序处理，还是复杂的运动控制，CTSC-200 PLC都游刃有余。CPU内嵌自整定PID温控算法，也有专门为温度控制应用而量身订制的内置PID温控算法的PID温控扩展模块，用户无需编程即可实现复杂的闭环温度控制，动态性能出色。
另外其针对电子尺推出的高速输入模块精度高达16位，单通道转换时间小于200us，而且模块本身提供1路10VDC电源输出，极大的方便了基于电子尺的应用。
高性能的CPU、智能PID模块加上高速输入模块等组合使用，大大tigao挤出吹塑成型机的性能。
二、挤出吹塑成型工艺过程
挤出吹塑机是挤出机与吹塑机和合模机构的组合体，由挤出机及型坯模头﹑吹胀装置﹑合模机构﹑型坯厚度控制系统和传动机构组成。其工艺过程如下：
1．塑料的挤出
塑料加热熔化后塑炼和混合均匀成流体，再以一定的压力和容量挤入机头。
2．型坯的形成
机头内的流体在重力和挤出压力的作用下，通过机头口模挤出形成所需的型坯。
3．型坯的吹胀
将达到要求长度的型坯置于吹塑模具内合模，由模具上的刃口将型坯切断，通过模具上的进气口输入一定压力的气体吹胀型坯，使制品和模具内表面紧密接触。
4．制品的冷却
保持模具型腔内的气压，等待制品冷却定型。
5．制品的脱模
冷却定型完成后，打开模具，由机械手将制品取出。
在吹塑过程中，型坯的形成和吹胀是吹塑过程的核心，型坯形成和吹胀质量的高低直接影响着容器制品的质量好坏，而熔料的受热温度、挤出压力和和冷却时间将直接影响型坯的成型和吹胀质量。型坯壁厚在吹气成型过程中若没有得到有效控制，冷却后会出现厚薄不均的状况，胚壁产生的应力也不同，薄的位置容易出现破裂。因此，控制型胚壁厚对于tigao产品质量和降低成本也同样重要。
，如何控制挤出机的受热温度、挤出压力、制品的冷却时间以及型胚壁厚成为影响容器制品质量的几个关键因素。
三、控制系统设计
3.1 系统原理及配置
粒状或粉状的塑料经挤出机塑化达熔融状态，通过采集电子尺数据，反馈控制挤出熔料量，使熔料通过预定流速进入机头。当储料量达预定值时，机头口模打开，并根据设定的型坯壁厚曲线，调节模芯进行型坯壁厚控制。然后，将完成的制品型坯置于吹塑模腔内，模具按照设定的速度进行合模，合模时要求运动平稳，左右平衡。合模后进行吹气，型坯在气体压力的作用下紧贴模具内壁，保持压力冷却定型后开模，由机械手取出制品。
系统电气控制部分的主要配置如下：
1）控制器采用TrustPLC CTSC-200 PLC进行动作控制和50点型坯壁厚控制。
2）温度的测量采用工业铠装热电偶。温度采集由CTSC-200系列的8路热电偶模块CTSC 231-7TF32 完成，该模块集成控制器带智能PID算法，只要设置几个参数，231-7TF32模块就可以自行对所控温区进行加热或冷却，并将实时温度反馈给CPU。
3）挤出压力控制由模拟量输入模块采集压力传感器的信号来控制挤出机螺杆的转速，周时将实时压力显示在触摸屏上。
4）壁厚控制由231-7HC32高速输入模块采集型坯长度和模芯间隙的电子尺反馈信号，然后通过4通道模拟量输出模块232-0HF22控制执行机构驱动伺服阀来实现。
5）操作面板采用触摸屏完成整机的型坯温度、挤出压力、型坯壁厚以及冷却时间等各种工艺参数的设定、修改、画面显示等，采用菜单式程序控制，操作简便可靠。
3.2 温度控制系统
在挤出吹塑的过程中，要使熔料温度稳定在设定温度，所以同时配有加热和冷却设备，常用的是电阻加热和风扇冷却。
挤出机的温度控制由PID模块CTSC 231-7TF32独立完成。CTSC 231-7TF32模块集成智能PID控制器，具有8路热电偶输入，控制过程的数据通过数据存储区与CPU交换，控制精度达到±1℃。将初始PID参数和设定温度送给该模块，使能该模块的PID控制，模块便将热电偶所测得的温度送给PID控制器进行运算，然后将实时温度和运算得出的控制动作写入数据存储区，同时对PID三个控制环节的参数进行优化。CPU根据数据存储区中的值来控制输出(PWM模式下输出给DO点，模拟量模式下输出给AO)，实现温度闭环控制 。PID参数的设置、温度设定、启停控制、实时温度、温度曲线都在触摸屏上实现。
温度控制系统的结构如下图所示：
3.3 压力控制系统
挤出压力对于熔料的流变性能来说也是重要的影响因素，如果挤出工艺稳定，加工温度和螺杆速度不变，黏度是一个常数。根据黏性流体的流动方程式可知，挤出机的挤出量与螺杆转速成正比，而机筒压力成反比。 因此，控制好挤出压力是型坏形成质量的重要保障。压力控制系统如图所示，图中所示压力控制是一个闭环系统，将压力传感器反馈的数据和所需的压力进行比较，并根据比较结果调整挤出机的螺杆转速。
3.4 型坯壁厚控制
中空容器制品因其强度要求规定了小壁厚，而早期的中空吹塑成型设备缺少型坯壁厚控制系统，为使制品薄处达到小壁厚要求，制品的其它部位就要相应加厚，造成材料的浪费。为了节省成本、缩短制品冷却时间、加快制品生产周期，一种比较经济的做法就是控制型坯壁厚。熔料从口模挤出处于黏流态流动一段时间，由于原材料特性、挤出温度和挤出liuliang随时间变化呈非线性变化，所以型坯在挤出过程中，型坯壁厚发生变化。为使挤出吹塑制品满足壁厚要求，必须采取有效措施控制型坯壁的厚度。
壁厚控制系统是对模芯缝隙的开合度进行控制的系统，也即位置伺服系统，它由控制器、电液伺服阀、动作执行机构和作为位置反馈的电子尺构成。当机头口模打开时，PLC读取机筒电子尺反馈的型坯长度，然后根据型坯壁厚曲线，通过模拟量输出模块输出±10V的电压信号给电液伺服阀，伺服阀直接驱动执行机构控制模芯上下移动，调整口模与芯模的间隙来完成口模开度的控制，进而完成型坯壁厚的闭环控制。此时，壁厚型坯设定采用数字化方式，通过操作面板完成50点型坯壁厚控制的设定，型坯壁厚曲线的纵坐标显示型坯长度，横坐标显示口模开度。
3.5 冷却时间控制
在整个吹塑成形的过程中，冷却时间是控制制品的外观质量、性能和生产效率的一个重要的工艺参数。控制适当的冷却时间可防止型坯因弹性回复而引起的形变，使制品外形规整，表面图文清晰，质量优良。但是，如果冷却时间过长，那么就会造成因制品的结晶度增加而降低韧性和透明度，生产周期延长，生产效率降低。如果冷却时间过短，那么所吹制的容器会产生应力而出现孔隙，影响制品质量。因此，在挤出吹塑中需要对冷却时间做较jingque的控制。
前言
光缆护套机是通信光缆制造过程中的后工序的设备，它的作用是在成缆后的缆芯上加综合保护层，以保护缆芯不受外界机械、热、化学及水分的影响。设备的配置如图1所示，传动部分主要由缆芯放线架、钢（铝）带轧纹机、挤塑机、履带式牵引机、收线架等组成。在光缆的护套过程中，根据工艺的要求，整条生产线的速度必须保持稳定，各传动单元间的线速度比例必须协调。高精度地、可靠地保持这个比例系数是保证产品质量，生产正常运行的重要条件，任何原因破坏这种比例协调，就会影响产品的质量，比如光缆外径发生变化、生产过程中钢（铝）带断裂，甚至缆芯被拉断等。由于光缆价格昂贵，成本较高，一旦发生如上质量问题，对企业将造成巨大损失。
因此，本文介绍了由西门子的S7-226 PLC与MM440变频器组成的电气控制系统，该系统自动化程度高、稳定性好、运行可靠。
2 系统构成
在控制系统中，放线、轧纹、挤塑机、牵引机、收线和排线电机均采用交流变频电机，驱动器采用西门子的MM440系列变频器，该变频器是由微处理器控制，采用IGBT作为功率输出器件的西门子新一代变频器。具有很高的运行可靠性和功能的多样性。操作和生产工艺参数的显示采用西门子的TP-070触摸屏作为上位监控，可以实时、形象地显示现场信号，并可以实时地对现场控制点进行控制。全线控制采用西门子的S7-226 PLC，外加模拟量输入模块EM231。为了tigao设备的整体性能，采用S7-226 PLC的自由通讯口分别与上位机TP-070和变频器进行通讯。其中S7-226的端口0用于和MM440通讯（USS4），端口1用于和TP-070通讯。系统结构如图2所示。
3 系统原理
由于该生产线无需频繁启动，而且工艺要求的变速范围也不大，所以达到稳速是该电气传动自动控制主要的目标，尤其是在系统的升降速过程中各传动单元之间的速度比例必须保持协调。在整条生产线中，生产的线速度是由牵引机的速度决定，因此在该系统的设计中我们以牵引的速度为参考，各传动单元的速度随牵引速度的变化而变化，并且各部分又能单独启动和停止。
1 放线、轧纹和收线电机的速度控制
在生产过程中，由于缆芯和钢（铝）带的盘具都是由满盘到空盘，收线盘是由空盘到满盘，而牵引的速度不会经常变化，所以放线、轧纹、收线电机的线速度（V=ω＊D,式中V:线速度，ω：电机角速度，D:盘具直径）为了与牵引保持同步，随着生产的进程必须根据盘具直径的变化不断对电机的角速度进行微调。该微调信号主要是通过各自的张力舞蹈轮上的电位器来给定，具体是这样的，该电位器信号通过模拟量输入模块EM231送入S7-226 ，与反馈到PLC中的牵引速度信号（即同步信号）叠加，再通过USS4协议由S7-226加到各自的MM440变频器中，作为它们的速度给定信号，间接达到各自张力的恒定，从而保证与牵引同步。在这里需要注意的是，虽然生产线的速度并不是很快，但是由于线盘具有有较大的转动惯量，所以放线和收线电机的加速度不宜太大，因此它们速度的设定应采用PID运算。
2 挤塑机的控制
在光缆护套的开始阶段，为了使光缆的直径达到工艺要求，挤塑机的挤出量必须有一个微调，也就是除了牵引的同步信号外，还要有一个微调信号对挤塑电机加以控制，使挤出量达到规定的工艺要求。该信号可以通过TP-070进行设定并送入PLC,与牵引的同步信号进行叠加后再通过USS4协议送到其MM440变频器重，作为控制该电机的给定信号。另外，在生产开始前，挤塑机一般都要进行排料这一步工序，以检验从模口出来的料的塑化质量。因此还必须有一个独立的手动信号来加以对挤塑电机的控制，该信号也可以由TP-070来设定，后再通过USS4协议送入变频器。
3 牵引速度控制
牵引机的速度决定了整条生产线的线速度，它的控制非常简洁，其速度给定信号直接由TP-070设定后送入PLC，再通过USS4协议从PLC传输到MM440变频器上。在生产过程中，改变牵引的速度给定值不仅改变牵引机本身的速度，还使其它各传动单元的速度随着它的变化按一定的速度比例相应的发生变化，从而使整条生产线保持同步。
线速度的检测主要采用旋转编码器，由S7-226的I0.1和I0.2端口（高速计数器0）送入PLC。单位时间内高速计数器的计数值即为该生产线的线速度，通过TP-070显示于屏幕上。
4 排线控制
由于排线的速度需要根据光缆的直径自动跟踪收线的速度，即V=K＊ω＊D，其中V：排线速度，K: 修正系数，ω：收线速度，D：光缆直径。所以排线电机驱动器的给定信号由以下两个因素决定：（1） 收线速度通过旋转编码器测定，其信号通过S7-226的I0.6和I0.7送入PLC（高速计数器4）。PLC编程采用定时中断，在单位时间内测量到的高速计数器的计数值即为收线速度。（2） 光缆的直径直接由TP-070设定并送入PLC。
PLC将上述两个参数相乘后再乘以相应的修正系数，所得的值就是控制排线电机速度的给定信号，该信号通过USS4协议传输到其MM440变频器上。在这里要注意的是，由于排线电机在工作过程中需要经常换向，也就是说当收到换向信号时排线电机需要高速的降速和升速过程，因此该变频器需外接制动电阻。
5 变频器设置
变频器的设置主要是注意以下几个参数的设定，见列表1所示。
表 1
4 结束语
本系统采用S7-226 PLC自由通讯口方式通讯，由于在MM440变频器上具有RS485接口，从而可以方便实现变频器给定的数字化控制，并且硬件上无需再添加通讯接口。由于MM440变频器具有区别一般通用变频器的自由功能模块和BICO技术，因此可以实现灵活的组态设计，完成工艺复杂的控制要求。变频器的矢量控制，tigao了系统的动态响应能力，克服了控制系统由于工艺参数的改变而引起的速度波动，从而保证了该控制系统的稳定性。
