西门子模块6ES7223-1BL22-0XA8详细解读

西门子模块6ES7223-1BL22-0XA8详细解读

3 系统设计
3.1电控系统设计
    (1)PLC系统需求分析。6个数字量输入；3个数字量输出；1个伺服控制；1个步进控制；1个由AB相的编码器发出的高速脉冲计数。
    （2）控制系统配置设计。触摸屏：台达DOPA57GSTD；PLC：台达DVP12SC11T ；伺服控制器：台达ASD-A021LA；台达编码器ES3-06CN6941；步进驱动器和电机；料检测接近开关；刀位检测接近开关；外部连动接近开关。
触摸屏主要是用来显示和控制、报警、报警上下限设定、采集数据显示微调、报警数据显示、记录产量等；PLC主要是采集数据并计算，控制伺服电机和步进电机的动作，报警的判断和输出；伺服电机的作用是用来使切刀可以快速的切断干燥剂，并且准确的归位；步进电机的作用是快速的进料，并且进料要十分的准确；编码的作用是把从动轮的转动的实际角度采集出来，送给PLC。
3.2控制软件功能设计
    （1）系统的功能要求。可以设定干燥剂的长度和间距，以便可以切不同规格的干燥剂；刀速和步进的速度是可设定的要能够分成几个档位，适应不同的要求；可以设定上下限报警，来控制误差的范围；显示报警画面、报警信息；报警上下限设定；具有偏差微调功能，并且显示微调值；要求有两个外部联动功能，启动不同的联动信号可以达到联动的功能；要求具有生产计数的功能，可实现计数有效无效的切换；要求具有复位功能，实现故障状态的复位；除联动外还能实现连续运行和点动的功能；
    （2）技术难点分析。在以上的功能中重要的功能实现就是步进电机的控制，这也是难的部分，因为干燥剂长度的准确完全依赖于步进电机所走的行程，如果单纯靠固定脉冲数来控制步进电机，那么运行一段时间后一定会出现累计误差，会使所切的干燥剂长度相同但是会切到料上，所以必须使用编码器采集回来的脉冲数作为反馈来给步进发脉冲。
    （3）HMI（触摸屏人机界面）画面设计。主页；控制画面；参数设置画面；步进速度设置画面；切刀速度设置画面；报警画面。
    （4）PLC模块设计。刀和步进速度设定；运行方式控制；复位状态控制；计数功能；伺服和步进控制；报警控制。
4 机电系统调试
4.1 机电位移脉冲当量
    通过反复的试验得到一个试验值：就是料每移动1mm编码器的脉冲数是多少个，在这台设备上得到的数据是，每移动1mm编码器的脉冲数是5个，而且相对准确。
4.2 伺服频率当量
    通过反复试验得到两个数值：就是为达到每分钟加工速度为170个，那么对步进和伺服发出的脉冲频率是多少，经过试验得到的数据是步进额为4KHz，而伺服应该是80 KHz；其实，本来可以通过计算可以得到这个数据，但是，由于机械方面的配合和程序有扫描周期的问题，所以不能完全套用计算所得到的数值。
4.3 料位检测
    调整料检测的高度也是一个比较关键的环节，如果不能调整好高度会对切断的准确性起到决定性作用。
4.4 前机时间
    投入的准确性是靠调整前机时间来保证的，在食品盒到达投入口正下方之前要进行切断动作，而食品盒到达投入口正下方时干燥剂要正好投入到食品盒当中，送料停止到切刀切断之间的时间就是前机时间。
5 结束语
    此设备的使用台达的机电产品比较多，整合性能比较好，为客户降低了大量的成本，是单一电控技术平台为客户降低成本的很好的实例。针对国内食品机械的自动化程度较低的现状，还有很多自动化应用工程空间。食品脱氧剂投入机使用了台达的SC系列PLC来控制台达伺服系统，达到了使用要求。

 引言
    七八十年代，是中国工业经济快速发展的初期。各行各业急待发展，基础设施建设如火如荼地进行着。厂房、设备、交通设施需求急剧增加，各种金属管的需求已远远不能满足，许多金属管的形状要求也不断复杂化，从而催生了弯管机系统设计和开发。由于国内技术水平的落后，许多弯管设备开发设计只停留在初级阶段，继电器式的电气控制系统生产出来的产品质量和产量都没有达到人们对各种金属管工艺的理想要求。90年代后，中国经济水平的飞速发展和不断提高，以及PC技术在工业中广泛应用，二维式的弯管机已无法满足复杂的工业需要。三维弯管机正是在这一背景下逐渐开发成型，而可编程控制器（PLC）在弯管机控制系统中发挥了重要的作用，给复杂要求的弯管系统提供了重要的技术保证。
自动三维弯管机系统要求有三组脉冲信号输入，两组脉冲信号输出，强大的档案功能。永宏PLC正是由于其单个CPU可同时处理四组硬体高速计速器，同时输出四组脉冲，实用的FUN160档案功能，满足了三维弯管机控制系统的复杂要求，广泛引用于弯管机行业。
2 系统的概述
（1）系统结构
自动三维弯管机控制系统主要由可编程控制器（PLC）、旋转编码器、步进电机、人机界面（HMI）和液压油泵组成。旋转编码器主要用于角度量测和长度控制，步进电机主要用于旋转角度控制和驱动小车实现长度控制，电磁阀配合液压油泵用于实现弯管动力。
（2）系统功能
A、分手动、半自动、全自动等多种操作方式，并可满足有芯棒和无芯棒，单角度和多角度，二维角和三维角选择等不同控制要求场合的特定需要。
B、可存储上百种产品型号，每种型号可设定20个弯管角度参数和20个旋转角度参数，可满足多种复杂、多角度、不同空间的要求，并可对工作进度进行实时监控显示。如图1所示；


C、可自由调整设定“夹紧时间”、“退夹时间”、“进芯时间”，满足实际工艺要求，以及防止机械上的动作延时造成的次品；
D、可选择试机模式，用于机械的磨合，符合管理员权限的人才可选择试机模式，对不同的用户进行不同的操作从而保证系统安全。如图2所示；


E、可设定机械的使用期限，符合管理员权限的人才可对机械的使用期限进行设定；
F、完善的报警系统，在操作不当或机械故障时能在屏幕上作出提示，并停机报警。如图3所示。


（3）系统I/O分配
系统选用1台FBs-24MCT主机，1台FBs-8EA输入输出扩展模块和1台FBs-8EY输出扩展模块。其输入输出端子分配情况如下所示。
输入信号：
X0 弯管编码器A相 X1弯管编码器B相
X2 小车编码器A相 X3 小车编码器B相
X4 旋转编码器A相 X5 旋转编码器B相
X6 原点信号 X7 退芯到感应信号
X8 辅推前感应信号 X9 辅推后感应信号
X10 进入托料感应区 X11 小车进入辅推干涉
X12 脚踏信号 X13 退弯安全开关
X14管料检测信号 X15-X17 系统预留
输出信号：
Y0 步进电机1A相 Y1步进电机1B相
Y2 夹料动作 Y3步进电机2A相
Y4 步进电机2B相 Y5留慢退芯
Y6 电磁铁 Y7 进芯
Y8 主夹退 Y9 副夹退
Y10 退弯 Y11 夹料退
Y12 退芯 Y13 辅推退
Y14 慢弯管 Y15 溢流阀
Y16 慢退芯 Y17 慢弯管
Y18 主夹进 Y19 副夹进
Y20 弯管动作 Y21 油泵
3 系统的软硬件实现
    系统主要工作步骤有弯管主副夹夹紧、有芯进芯并计时、弯管、辅推弯管、慢弯进行、主副夹退夹、步进电机动作旋转、退弯动作、退芯完成等。其主要工作流程如图4所示。


（1）档案系统管理设计
    根据不同用户的实际要求，需要产品多样性，弯管角度参数灵活可变的特点，三维弯管机系统在设计时要求PLC拥有强大档案处理功能。在系统设计中，采用了FUN160功能指令，如图5所示。当M1=OFF，M0由0→1时，自暂存器R0开始，将长度为暂存器R101的资料写入以档案寄存器F0开始的区块中（指标暂存器R100的资料为F0的第N个区块）；当M1=ON时，M0由0→1时，自资料寄存器F0开始的第N个区块（指标暂存器R100的资料为N）的暂存器资料存入以暂存器R0开始的资料暂存器区（该区长度为R101的资料）。


（2）角度参数的设计
    系统的每一个零件多可设定20个弯管角度和20个空间旋转角度。由于每种零件的弯管角度不可能全部设定，当一种零件的弯管角度个数少于20个（即其它角度均为0），CPU将继续进行扫描，直至20角度全部执行完毕，这在很大程度上不仅浪费了CPU的扫描时间，也降低了系统工作效率。因此，在设计过程中，采用为0参数寻找方式，程序设计如图6所示，当20个参数暂存器中第N个为0时，M2=ON，此时R4的资料为第N个参数暂存器，并告知CPU执行到时结束执行弯管命令。

（3）长度量测及空间角度系统的设计
    系统的长度量测及空间角度采用步进电机控制。
   步进电机驱动小车实现长度量测功能，并把脉冲数回馈给CPU处理。而以往的空间角度控制采用人工旋转，当编码器计数到时驱动电磁铁动作，但由于电磁铁动作时间上的延时，造成了弯管精度的不足。
    在改进的系统中采用步进电机代替人工旋转，旋转编码器检测并回馈信号，这不仅满足了系统控制精度的要求，也大大提高了生产效率和自动化程度。
（4）震动干扰的处理
    在系统的工作过程中，由于电机震动及弯管时偶尔力过小或过大产生的一些干扰，造成了编码器在记数上的误差，降低了弯管的精度。因此在系统中加设了辅退和慢弯，减少了较大震动带来的误差因数。
4 结束语
    自动弯管机自成功设计以来，经多多次修改完善，现已大量投入生产应用。该控制系统在各方面与以往的弯管系统相比有着很大的优势：零件参数选择可达上百种，弯管角度可增至20个之多，加工的产品从实心的钢条到空心的金属管，从家俱工艺品到工业化工车船设备用金属管等；弯管长度和角度旋转控制实现自动化，在精度上有很大的提高，误差允许值控制在+0.2℃范围内，一个人就可实现操作，大大节约了人力成本，也大大提高的产量；操作系统方便，人-机对话简单易懂，通过简单的培训即可实现安全操作；完善的报警系统及合理的程序设计，给系统维护和调试人员带来了很大的方便，减少了大量的调试时间。
    通过一年多的运行验证表明，该系统技术已达到国内先进水平，并应用于交通运输、石油化工和生产生活中，收到了良好的经济效益和社会效益，是值得广泛推广和使用的设备。

一、 塑料挤出机工艺原理

1、主机

一台挤出机主机由挤压、传动、加热冷却三部分系统组成。

挤压系统主要由螺杆和机桶组成，是挤出机的关键部分；

传动系统中起作用是驱动螺杆，要保证螺杆在工作过程中具备所需要的扭矩和转速；

加热冷却系统主要来保证物料和挤压系统在成型加工中的温度控制。

2.辅机

挤出设备的辅机的组成根据制品的种类而定。一般说来，辅机由剂透定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置以及制品的卷取或堆放装置等部分组成。

3.控制系统

挤出机的控制系统主要由电气、仪表和执行机构组成，其主要作用为：

（1）控制主、辅机的拖动电机，满足工艺要求所需的转速和功率，并保证主、辅机能协调

地运行。

（2）控制主、辅机的温度、压力、流量和制品的质量。

（3）实现整个机组的自动控制。

二、塑料挤出机的控制要点

1、  多段机筒，分多个温区分别进行jingque温度控制，可进行加热/冷却双向控制，控制精度±1℃，温度可显示和修改。

2、  喂料机、主机可进行调速控制，并显示电流、转速等参数。

3、  溶体压力可显示并进行超限报警。

4、  系统状态实时监控，各种配方参数实时修改。

5、  系统要有完善的保护，在出现过电流等异常情况时自动保护设备。

6、  按工艺要求实现互锁和逻辑控制。

三、系统配置方案

1、 主PLC采用艾默生EC10-1614BRA1，集成两路12bit模拟量输入和一路12bit模拟量输出。另外扩展EC10-4AD模拟量输入模块和EC10-4DA模拟量输出模块，系统可提供16路开关量输入、14路开关量输出、6路模拟量输入、5路模拟量输出。

2、 温度控制：温度控制由温控模块独立完成，内置加热/冷却双PID运算，并支持RS485串行通讯功能，与PLC的COM1通讯口连接，采用自由通讯协议进行数据交换，可读取各区实际温度、加热/冷却状态并在触摸屏上显示，并可在触摸屏上修改温度设定值、PID参数等。

3、 调速控制：主机、喂料机选用艾默生EV2000/EV1000系列变频器进行调速控制，独特的磁通矢量控制技术，保证电机0.5HZ时180%的启动转矩，并保证转速精度在0.5%以内。可在触摸屏上任意修改转速，通过模拟量输出模块转换为0-10V模拟量信号给定至变频器，实现主机、喂料机的jingque速度给定。同时变频器将电流、转速等参数通过模拟量输入模块反馈给主PLC，并在触摸屏上进行显示和进行超限报警保护控制。

4、 溶压显示：压力传感器输出4-20mA模拟量信号，直接连接至PLC模拟量输入接口，转换成数字量后可显示压力值，并可在触摸屏上设定报警值进行超压报警。

5、 人机对话界面：选用10.4寸真彩触摸屏，与PLC的COM0通讯口连接，采用MODBUS串行通讯协议进行数据交换，可实时显示系统运行状态，对系统设备进行控制操作，并可显示系统运行数据、报警内容、修改工艺配方等。

6、 互锁和逻辑控制：EC10系列PLC程序容量可达12K步，指令处理速度0.3us，能够根据系统工艺要求编写程序实现完美的逻辑控制。

四、控制系统特点

1、内置两个串行通讯口，可同时与触摸屏以及其它外部设备进行通讯。

2、  主PLC内置模拟量输入输出，。

3、  系统大可扩展至128路开关量和19路模拟量，扩展性好。

4、  超大的数据容量，可存储多组配方参数及其它生产参数。

五、应用总结

　　南京某高聚物装备公司是从事双螺杆塑料挤出造粒设备研发、生产和销售的公司，其控制系统广泛采用艾默生EC10系列PLC，具有很高的性价比，且稳定可靠，深受客户的好评。