西门子模块6ES7232-0HB22-0XA8产品型号

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1 引言

数字化、智能化印刷机械关键技术与装备项目是围绕书刊、报业、包装装潢、商业印刷的重大装备急需。双面印刷是出版物印刷、说明书印刷以及笔记本印刷的印刷工艺。双面印刷可以保证印品一次印刷完成，效率成倍增长。对开双面平版印刷机是一种新型高速双面印刷机，适用于书刊杂志等印品的印刷。高速双面印刷机以高速印刷高质量的印刷品受到用户的青睐。项目选用了台达机电自动化系列产品对电气进行了改进设计。

2 工艺自动化分析

高速双面印刷机整机动作控制整机由输纸机、收纸机和主机三部分组成。主机除主电机，上、下水辊电机，制动辊电机分别由四个变频器控制外，其余主要动作由七个气缸分别来控制上水辊、下水辊、上墨辊、下墨辊、递纸、上滚筒、下滚筒等的离合动作。气路的控制分为手动和自动两种模式。整机的核心调试工作就是电气、气动与机械动作相匹配，避免印刷中纸张的浪费。

由于自动工作模式下各动作要以一定的顺序工作，机械采用凸轮来控制各动作离合时的角度，电气选用二相增量型旋转编码器来实时测量凸轮的旋转角度，编码器每旋转一周，产生360个脉冲，PLC高速计数器计数720，到零位后复位重新计数。我们可以随时更改编码器的角度值，来配合机械的改动或因速度不同，惯性不同，所需动作的角度值不同，省却了烦琐的机械控制。

3 台达机电技术的自动化应用

3.1 系统原理设计

机床的控制以台达的DVP-EH型PLC为技术平台，触摸屏为操作界面，变频器作为执行构件。触摸屏通过COM2口与DVPEHPLC 的COM口相连，采用MODBUS协议。PLC通过485口控制四台变频器，支持MODBUS协议。

3.2系统配置设计

台达PLC：DVP64EH00R ＋扩展DVP08XP11R。台达触摸屏：DOP-A57CSTD。台达变频器：VFD110B43A ；VFD004M21A。框架如图1所示。

图1 印刷机系统配置设计

3.3 编程案例

（1）触摸屏显示报警。台达EH系列PLC提供了方便的高速计数功能，使程序编写简单，调试快速。我们将编码器的信号线接入PLC的高速计数端子X0，X1，编码器的复位端子接X2，对应计数器为C251，Y23为主机运行，当编码器两相接错时，触摸屏显示报警M455,如图2所示。

图2 触摸屏显示报警

（2）通讯调试。在小型电气控制系统中，设备间的通讯调试是一个难题，但台达PLC与变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可解决问题。如读取主变频器的输出频率,先写好通讯协议，然后利用下条指令即可：

其中通讯命令装置地址为01，数据地址H2103，数据长度2个word。

两者的通讯省却了中间继电器的控制，减少了故障隐患，再利用触摸屏将PLC中的数据读出，可以方便地监视运转中出现的问题。

（3）画面设计。触摸屏的应用省略了原有的一些按钮、指示灯、计数器、转速表、时间继电器及润滑程控控制器等元器件，降低了故障率，也减少了接线的工作量。台达的人机编辑软件－TP Editor提供了7个等级密码的保护，有利于使用厂家对某些特定的使用条件进行了限定，保护了用户的利益。因触摸屏有3M的内存，所以设计时在画面中以走马灯的形式提供了大量的报警信息，也设计了多屏PLC输入、输出状态监视画面，在系统帮助里详细介绍了本机电气操作及维修提示，使整机的电气系统操作、使用、维修简单方便，参见图3。

图3 触摸屏画面设计

4 结束语

该系统配置取代了原日系品牌的配置，整体来说性价比要高好多，故障率也远低于原配置。现批量使用已有一年多，系统稳定性强，用户操作简单，维护方便，得到了用户的肯定。

一方面由于出口商品比较多，另一方面由于人们的生活水平不断提高，审美要求不断发展，纸包装印刷质量和品种严重滞后于社会经济发展的速度，一批制约印刷装备制造业发展、对行业产品升级换代和技术进步具有带动性强、辐射面大的相关关键共性单元技术和数字化、自动化印刷技术装备，对提高数字化印刷技术与装备的自主创新能力和技术水平，对打破国外印刷装备的市场垄断，对增强国际竞争力是非常有帮助的。日常消费品包装正在从单色向多色发展，市场潜力巨大。单张纸多色高速双面印刷机领域的空白还有待于别的关键技术与装备重点突破。

一、前言

以往的油石超精机床是采用继电器进行控制的，控制部分元件较多，体积庞大，接线复杂，且可靠性不高，经常出现故障。近年来，机床行业的自动控制水平在逐步提高。现决定对油石超精机床进行改造升级，用PLC取代传统的继电器顺序控制，工作周期变短，使工作更可靠，而且编程简单，诊断方便，抗干扰能力强。

二、电气控制要求

油石超精机床的工作原理是把加工工件放在两个导辊之间，工件会匀速向固定的方向运动，超精头在气压下振动的同时来摩擦工件表面，提高工件的光洁度和圆度等。手动调整好机械的各项指标，用旋转开关把工作方式调节到自动，按下自动启动按钮，PLC开始运行，在程序控制下，冷却启动后导辊开始在变频器无级调速控制下旋转，开始加工工件。

机床配有紧急停止和警示功能，一旦发生机械故障用户可以方便地按急停按钮来停止机床动作；由于过载等原因出现问题，会点亮报警灯来提醒操作者。

三、系统硬件设计

1、主电路的设计

导辊采用变频控制，PLC控制继电器的吸合作为变频控制正转的条件，而导辊调速采用电位器进行模拟控制；冷却泵由PLC控制接触器KM的通断来实现起停；油石的上升和下降由PLC控制电磁阀来实现。

2、PLC系统购置

根据系统的输入、输出点的要求，选用20点的三菱PLC即可以满足要求。

四、系统软件设计

1、零件加工可以方便的进行手动/自动转换，当转换开关旋至手动状态时，自动不起作用，系统通过操作面板上不同的手动控制按钮来完成机床调整或手动加工；类似的转换开关旋至自动状态时，按下启动按钮，PLC则按预先设计的符合工艺要求的程序运行。系统流程图如图1所示。

机床控制系统中，手动部分占用6个输入点，用于零件自动加工前的调整或手动加工；自动控制部分涉及6个输入点，用于零件的程序顺序加工。

自动控制部分的输入、输出点的分布如表1所示

输入设备 输入地址 输出设备 输出地址
过载保护QM X000 报警灯HL Y000
紧急停止SB1 X001 导辊启动KA Y001
复位SB2 X002 冷却启动KM Y002
自动启动SB3 X003 油石上升YV Y003
自动停止SB4 X004
接地保护 X005

自动控制的程序如图2所示，为了避免启动时的电流冲击，用延时0.5 s来避开冷却泵与导辊电机同时启动。

2、故障检测与报警电路

一旦机械部分或控制电路发生故障，报警灯会被点亮，同时油石抬起来避免误动作造成损失；故障解除后，可按复位钮清除报警。报警的程序如图3所示。

五、总结

PLC有丰富的指令集，编程非常灵活，控制相当方便。用PLC对超精机床进行升级改造后，系统的硬件结构简单，自动化程度高，加工效率高，维修方便，可靠性大大提高。

一般工业控制系统既包括弱电控制部分，又包括强电控制部分。为了使两者之间既保持控制信号联系，又要隔绝电气方面的联系，即实行弱电和强电隔离，是保证系统工作稳定，设备与操作人员安全的重要措施。

电气隔离目的之一是从电路上把干扰源和易干扰的部分隔离开来，从而达到隔离现场干扰的目的。

一、信号隔离

信号的隔离目的之一是把引进的干扰通道切断，使测控装置与现场仅保持信号联系，不直接发生电的联系。工控装置与现场信号之间常用的隔离方式有光电隔离、脉冲变压器隔离、继电器隔离和布线隔离等。

1．光电隔离

光电隔离是由光电耦合器件来完成的。其输入端配置发光源，输出端配置受光器，因而输入和输出在电气上是完全隔离的。由于光电耦合器的输入阻抗（100Ω～1kΩ）与一般干扰源的阻抗（105～106Ω）相比较小，因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小，它所能提供的电流并不大，不易使半导体二极管发光。另外光电耦合器的隔离电阻很大（约1012Ω）、隔离电容很小（约几个pF），所以能阻止电路性耦合产生的电磁干扰，被控设备的各种干扰很难反馈到输入系统。

光电耦合器把输入信号与内部电路隔离开来，或者是把内部输出信号与外部电路隔离开来，如图1所示。开关量输入电路接入光电耦合器后，由于光电耦合器的隔离作用，使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都被挡在输入回路的一侧。由于光电耦合器不是将输入侧和输出侧的电信号进行直接耦合，而是以光为媒介进行耦合，具有较高的电气隔离和抗干扰能力。

目前，大多数光电耦合器件的隔离电压都在2.5kV以上，有些器件达到了8kV，既有高压大电流大功率光电耦合器件，又有高速高频光电耦合器件（频率高达10MHz）。常用的器件如4N25，其隔离电压为5.3kV；6N137，其隔离电压为3kV，频率在10MHz以上。

2．脉冲变压器隔离

脉冲变压器的匝数较少，而且一次绕组和二次绕组分别绕于铁氧体磁芯的两侧，这种工艺使得它的分布电容特小，仅为几个pF，所以可作为脉冲信号的隔离元件。脉冲变压器传递输入、输出脉冲信号时，不传递直流分量，PLC使用的数字量信号输入／输出的控制设备不要求传递直流分量，因而在工控系统中得到了广泛的应用。

图2是脉冲变压器的应用实例。电路的外部信号经RC滤波电路和双向稳压管抑制常模噪声干扰，然后输入脉冲变压器的一次侧。为了防止过高的对称信号击穿电路元件，脉冲变压器的二次侧输出电压被稳压管限幅后进入测控系统内部。一般地说，脉冲变压器的信号传递频率在1kHz～1MHz之间，新型的高频脉冲变压器的传递频率可达到10MHz。

3．继电器隔离

继电器的线圈和触点没有电气上的联系，因此，可利用继电器的线圈接受信号，利用触点发送和输出控制信号，从而避免强电和弱电信号之间的直接接触，实现了抗干扰隔离。

图3是继电器输出隔离的实例示意图。在该电路中，通过继电器把低压直流与高压交流隔离开来，使高压交流侧的干扰无法进入低压直流侧。

4．布线隔离

将微弱信号电路与易产生噪声污染的电路分开布线，基本的要求是信号线路必须和强电控制线路、电源线路分开走线，而且相互间要保持一定的距离。配线时应区别分开交流线、直流稳压电源线、数字信号线、模拟信号线、感性负载驱动线等。配线间隔越大，配线越短，则噪声影响越小。但是，实际设备的内外空间是有限的，配线间隔不可能太大，只要能维持低限度的间隔距离便可。

附表列出了信号线和动力线之间应保持的小间距。如果受环境条件的限制，信号线不能与高压线和动力线等离得足够远时，就得采用诸如信号线路接电容器等各种抑制电磁感应噪声的措施。

二、供电系统的隔离

采用1∶1隔离变压器供电是传统的抗干扰措施，对电网尖峰脉冲干扰有很好的效果。

图4是典型的隔离变压器原理图。它抗干扰的原理是一次侧对高频干扰呈现很高的阻抗，而位于一次、二次绕组之间的金属屏蔽层又阻隔了一、二次侧所产生的分布电容，因此一次绕组只有对屏蔽层的分布电容存在，高频干扰通过这个分布电容而被旁路入地。1∶1隔变效果的好坏，往往取决于屏蔽层的工艺。好选用0.2mm厚的纯铜板材，一次侧、二次侧各加一个屏蔽层。通常，一次侧的屏蔽层通过一个电容器与二次侧的屏蔽层接到一起，再接到二次侧的地上。也可以一次侧的屏蔽层接一次侧的地线，二次侧的屏蔽层接二次侧的地线。并且接地引线的截面积也要大一些好。1∶1隔变还有效地隔离了接地环路的共模干扰。

1． 交流供电系统的隔离

由于交流电网中存在着大量的谐波、雷击浪涌、高频干扰等噪声，所以对由交流电源供电的控制装置和电子电气设备，都应采取抑制来自交流电源干扰的措施。采用电源隔离变压器，可以有效地抑制窜入交流电源中的噪声干扰。但是，普通变压器却不能完全起到抗干扰的作用，这是因为，虽然一次绕组和二次绕组之间是绝缘的，能够阻止一次侧的噪声电压、电流直接传输到二次侧，有隔离作用。然而，由于分布电容（绕组与铁心之间、绕组之间、层匝之间和引线之间）的存在，交流电网中的噪声会通过分布电容耦合到二次侧。为了抑制噪声，必须在绕组间加屏蔽层，这样就能有效地抑制噪声，消除干扰，提高设备的电磁兼容性。

图5a、5b所示为不加屏蔽层和加屏蔽层的隔离变压器分布电容的情况。在图5a中，隔离变压器不加屏蔽层，C12是一次侧和二次侧之间的分布电容，在共模电压U1C的作用下，二次绕组所耦合的共模噪声电压为U2C，C2E是二次侧的对地电容，则从图可知二次侧的共模噪声电压U2C为：

U2C＝U1CC12／（C12＋C2E）

在图5b中，隔离变压器加屏蔽层，其中C10、C20分别代表一次侧和二次侧对屏蔽层的分布电容，ZE是屏蔽层的对地阻抗，C2E是二次侧的对地电容，则从图可知二次侧的共模噪声电压U2C为：

U2C＝〔U1CZE／（ZE＋1/jωC10）〕〔C2E/（C20＋C2E）〕

由于C2是屏蔽层的对地阻抗，在低频范围内，ZE<<（1/jωC10），所以U2C→0。由此可见，采取屏蔽措施后，通过隔离变压器的共模噪声电压被大大地削弱了。

图6所示为交流电源抗干扰的综合方案。为了将测控系统和供电电网电源隔离开，消除因公共电阻引起的耦合，减少负载波动的影响，同时也为了安全，常常在电源变压器和低通滤波器之前增加一个1∶1的隔离变压器。

目前，国外已研制成功了专门抑制噪声的隔离变压器（简称NCT），这是一种绕组和变压器整体都有屏蔽层的多层屏蔽变压器。这类变压器的结构，铁心材料、形状及其线圈位置都比较特殊，它可以切断高频噪声漏磁通和绕组的交链，从而使差模噪声不易感应到二次侧，故这种变压器既能切断共模噪声电压，又能切断差模噪声电压，是比较理想的隔离变压器。

2．直流供电系统的隔离

当控制装置和电子电气设备的内部子系统之间需要相互隔离时，它们各自的直流供电电源间也应该相互隔离，其隔离方式如下：种是在交流侧使用隔离变压器，如图7a所示；第二种是使用直流电压隔离器（即DC／DC变换器），如图7b所示。

采用了电气隔离的措施以后，绝大多数电路都能够取得良好的抑制噪声的效果，使设备符合电磁兼容性的要求