西门子模块6ES7231-0HC22-0XA8一级代理

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 引言
从国内外的发展趋势上看，实现移动机的自动取料工作方式是必然的方向。为此，在大型取料机上增加HMI人机交互画面和部分硬件设备。对控制系统硬件线路和PLC的程序加以改进，便可以通过HMI进行参数设置、故障报警和屏幕操作，实现半自动取料功能，增强判断和处理故障的能力，降低劳动强度，大大提高作业效率。
2 取料机半自动取料特点
生产中，操作人员将取料机手动定位至料堆切入处，通过操作台上的HMI人机界面设定取料数量、旋回区域和步进距离，然后切换至半自动取料模式，通过HMI半自动取料启动按钮，进行自动取料作业。首先由启动一侧旋回区域自动向另一侧旋回取料，到达旋回区域的另一侧后，走行自动按设定值进行寸动，到达要求的寸动距离后，作反向旋回运转，周而复始直到达到设定的取料数量。
3系统组成
整个控制系统由一套机载 PLC和一台XBT型触摸屏组成。其中 PLC主机采用QUANTUM系列140CPU11303；主要模块：1块CRP-93X-00，1块CRA-93X-00, 4块DDI-841-00，2块DAI-740-00， 2块DRA-840-00，1块AVI-030-00，1块AVO-020-00；触摸屏作为HMI人机界面，用作机器工作状态显示，报警信息的显示、复位，参数的设置及调整等，组态软件采用XBT-L1000。PLC主机采用ModBus工业通信协议与机载触摸屏进行数据交换。 系统总图结构图（见图1） 

  
图1系统总体结构
3.1 采用MODBUS通讯协议
HMI人机交互系统、PLC主站与分站之间的通讯方式、通讯协议和电气要求多种多样。有profibus、genis、rs232等。本系统将根据实际情况选用ModBus方式，充分满足系统开发和运行需要。
取料机是现场移动大型设备，并且它的大车部分和旋臂部分来回频繁旋转，如果采用传统的控制方案，势必要铺设大量的控制和信号电缆，浪费大量的人力、物力，同时使系统复杂，而且大车部分和旋臂部分之间的电缆，由于旋转频繁还经常扭断，可靠性很差。考虑到实际情况本系统采用可靠的ModBus工业通信协议，取料机控制室的PLC主机和分站，用1根RG6同轴电缆连接起来进行通讯。这样可以降低成本，同时提高系统的可靠性，使系统易于扩展。 
3.2智能检测装置
为提高设备性能以及实现机侧半自动取料的需要，在悬臂皮带侧增加一个皮带打滑装置，2个皮带检测跑偏装置，金属检测装置及一台电子称；在走行侧安装走行编码器及编码器接手，用于检测取料机走行位置，在料场两头各增加一套走行极限保护装置；旋回侧安装旋回编码器及接手装置；俯仰侧增加俯仰编码器及接手装置；操作室增加机侧手动取料方式/机侧半自动取料方式切换开关，一套UPS及一台施耐德触摸屏作为HMI界面。所有电气信号都将纳入PLC设备和HMI作为控制和监视使用。
4软件设计
4.1 PLC程序设计
本系统采用Concept2.6软件进行程序设计，通过操作台上的选择开关,可以选择三种操作模式:手动、联动、自动。手动模式为检修作业模式，在这种模式下，操作人员通过操作台的选择开关、按钮可以单独运行某台设备，设备运行条件比较简单，除了一些基本的电机电气保护外，均不影响设备的运转，如皮带上的金检、打滑、跑偏等均不影响皮带的运转。
联动模式为正常作业时的取料模式，在这种模式下：皮带新增了打滑、跑偏保护，作业时会造成皮带停车。皮带新增了金属检测保护，作业时金属检测保护会造成皮带停车，操作人员必须捡出皮带上的金属后，在操作台上复位方可重新启动。新增触摸屏HMI上，操作人员可以看到设备的状态指示、报警指示、位置指示（旋回角度、走行位置、俯仰高度等）。旋回速度的控制采用4~20MA的模拟量控制,左旋和右旋各分为6档速度控制,操作人员通过旋回操作手柄的左旋、右旋、旋回减、旋回切控制回转。回转速度及方向在HMI上均有指示。新增一套电子称装置，HMI上有瞬时流量和累计量指示。当取料瞬时流量连续20s超过1200吨/小时，皮带启动蜂鸣器会响。联动取料流程图如图2所示。

  
图2  联动取料流程图
4.2组态软件设计
采用XBT-L1000工控软件编制，触摸屏作为HMI人机界面，用作设备工作状态显示、报警信息显示、参数设置、复位等。该监控组态软件的结构框图如图3所示。

            图3监控组态软件框图
（1） 人机参数设置界面
控制、操作方便，能对系统被控设备进行实时控制，如启停设备、在线设置系统的某些工艺参数等，参数设置画面如图4所示。
 
图4参数设置画面
（2） 实时画面监视功能
用图形、数值实时地显示现场被控设备的运行情况以及状态参数，使生产操作人员快速了解整个系统主要的设备运行情况。
（3）报警功能
当参数超过设定范围后或设备发生故障时，可根据不同的需要发出不同等级的声光报警，屏幕显示报警信息，操作人员根据报警信息切换到相应监控画面，可以立即排除故障。
5 结束语
该系统具有节约投资、维护方便、性能稳定可靠等优点。实践证明本系统具有较强的抗干扰能力，操作简单方便。自投入使用后，其各项性能指标均满足了工艺设计要求，达到了预期使用效果，创造了良好的经济效益。

当今世界上精密加工技术发展很快,新的加工方法和设备层出不穷,计算机的广泛应用使精密加工技术更为普及和多样. 实现精密和超精密切削加工有三种方法: (1) 采用和研制高精度加工设备;(2) 采用新的切削工具材料; (3) 利用加工与测量控制一体化技术. 前两种方法成本较高,而后一种方法成本较低,具有广阔的前景. 在后一种方法中,除了要保证刀具的精度、夹具的精度以及测量精度外,还有一项重要内容就是微进给机构的精度及其控制精度. 笔者在控制精密磨削的研究中,利用步进电机带动滚珠丝杠作为进给机构,在滚珠丝杠确定后,步进电机的控制精度成为了主要矛盾.
　　
　　1 　步进电机的控制
　　
　　步进电机在不失步的正常运行时,其转角严格地与控制脉冲的个数成正比,转速与控制脉冲的频率成正比. 可以方便地实现正反转控制及调整和定位. 由于步进电机和负载的惯性,它们不能正确地跟踪指令脉冲的启动和停止运动,指令脉冲使步进电机可能发生丢步或失步甚至无法运行. 因此,必须实现步进电机的自动升降速功能. 为了实现速度的变化,输入的位移脉冲指令相应地要升频、稳频、和降频这些脉冲序列,可以由脉冲源加专用逻辑电路来产生,也可以由微型计算机产生. 对于脉冲源加逻辑电路构成的控制器来说,控制逻辑是固定
　　的,即控制电路一经固定,其控制逻辑也就固定了.
　　
　　如果要改变控制逻辑和控制方案,必须改变电路结构和元件参数,而使用计算机控制,不必改动硬件电路,只要修改程序,就可以改变控制方案. 且可以从多种控制方案中,选取一种佳方案进行控制和调节. 也可以用同一套系统对不同控制方案的多台步进电机同时控制. 利用计算机控制的形式也很多,本文介绍PLC位控单元对步进电机的控制.
　　
　　2 　PLC 系统组成及位控单元的工作原理
　　
　　　　本研究所利用的PLC 系统的组成包括如下七大模块:电源,CPU ,位控单元, I/ O 单元,A/ D ,D/ A 单元,如图1 所示. 其中位控单元的主功能是当步进电机(或伺服电机) 与电机驱动器联结时,输出脉冲序列控制电机的转速与转角. 进给机构可以是2 轴型,也可以是4 轴型. 本文采用的是前者,即滚珠丝杠的横向进给与纵向进给,如图2
　　所示. 具体地说,位控单元实现速度以及位置的控制方法有多种,如E 点控制(单速度控制) ,如图3(a) 所示;P 点控制(多级速度控制) ,如图3 (b) 所示; 线性加/ 减速和S型加/ 减速,图3 ( a ) , ( b)为线性加/ 减速,S型如图3 (c) 所示. 除此之外还有位置控制和相对位置控制等. 表1 给出了E点控制不同模式的控制码(P 点与其相同) .


3 　磨削加工PLC 控制原理
　　
　　如图4 所示, PLC 可以控制变频器、传感器、步进电机. 总控制程序流程图如图5 所示. 其中两个步进电机是利用PLC 的位控单元控制的. 在进行精密磨削过程中,横向进给将是十分重要的,PLC 的位控单元能较jingque地控制步进电机的转角,从而使滚珠丝杠获得jingque定位. 由于PLC 位控单元的控制方法有多种,对于磨削加工来讲,横向进给量不能大于215μm ,通过实验的方法可以找出佳方案. 这里只通过一种控制方法来说明位控单元的具体应用. 首先,设置原点,利用光栅
　　尺粗对刀,测量出对刀位置距原点的距离. 为防滚珠丝杠出现爬行现象,工作台从原点出发,经过一段距离以后开始自动加/ 减速. 此时,只要给定起始速度,目标速度,加速/ 减速时间以及位置要求值,并设定控制码即可实现上述功能,相关程序如图6 所示. 如果假设滚珠丝杠的螺距为d ,步进电机的步距角为α°;进给速度为v (mm/ s) ;行程为s (mm) ;则要求的脉冲频率(即程度中的目标速度) 为f = 360 v/αd (Hz) ;总脉冲数(即程序中的位置要求值) 为F =360s/da(个) .

4 　结束语
　　
　　PLC 位控单元具有运行速度快、灵敏度高、精度高、编程简单等众多优点. 因此,它对于在精密加工领域的研究开发与应用具有深远的现实意义. 

本文介绍了ABB MasterPiece200/1 PLC控制系统在轧钢生产中棒材成组系统中的应用,着重描述了系统配置及控制功能。 

    1、前言 
    莱钢中小型轧钢生产线于97年建成投产，主要生产圆钢、弹簧扁钢、槽钢和螺纹钢。水冷系统用于棒材温度控制。轧制过程中必须通过成组区主要接收来自冷床的棒材，并通过磁性手将棒材摆放紧凑，成组并输送到剪切辊道（CCL）。 
    该生产线PLC控制系统由ABB公司提供，其成组系统采用ABB MasterPiece 200/1 PLC控制系统，实现了轧制过程中棒材的摆放整齐、定支、运送控制。 
    2、系统组成 
    基础自动化系统采用ABB公司的RMC200轧钢控制系统，它是一个开放型集散控制系统，由一套MP200／1过程站和一套AS520操作员站组成。过程站由一个CPU机架带一个I／O机架组成，CPU机架上安装了CPU模板DSPC172、内存模板B176、16通道的DSAI130、8通道的DSAO120以及32通道的DI／DO模板，通过通讯模板DSCS140连接到MasterBus300总线上，与其它过程站进行通讯，I／O机架由总线扩展模块DSBC172实现总线扩展。 
    操作员站采用HP-UNIX工作站，并通过实时加速器板连接到MasterBus300的冗余接口，通过它操作人员可直接对现场水冷设备进行监控，主要功能有：（1）成组系统的自动/手动的启停（2）棒材支数设定和实时监控（3）事件与报警清单的显示与打印等。成组系统的主要画面有启动画面、设定画面、维护画面、事件画面和报警画面。 
    3、软件实现  
    包括系统软件和应用软件。 
    （1）系统软件： 
    ABB Master Piece200中央单元是一高性能32位微处理器。系统软件存储在EPROM模块中，系统软件包括一个实时操作系统和一个ABB Master Piece语言（AMPL）执行器。 
    （2）应用软件 
    应用软件存储在带后备电池的RWM（读/写存储器）中，用ABB Master Piece语言（AMPL）编制，实现了结构化程序设计。工业控制程序往往功能繁多该语言根据工业控制要求，将编程元素设计成一个个图形功能块，称为PC元素。PC元素内有三种结构类元素PCPGM、CONTRM和FUNCM，PCPGM是程序结构的高层，旨在完成一个完整的控制功能，一个PCPGM下允许一个或几个CONTRM，而一个CONTRM下又可包含一个或几个FUNCM，从而使整个程序结构呈阶梯状，实现了结构化设计。 
    另外，在CPU内还有一个实时数据库，它的作用是存储数据和在程序间传递数据。数据库内的元素称为DB元素，这些元素包括过程站所使用的的I／O模板和信号及程序中产生的其它数据信息。 
    4、控制功能 
    4.1工艺设备 
    成组区主要接收来自冷床的棒材，通过磁性手将棒材摆放紧凑，成组并输送到剪切辊道（CCL）。 
    成组区包括以下设备： 
    拆叠装置(DPAS)、对齐辊道(LIN)：100 个带槽辊 
    成组设备：（1） 磁性成组小车(FT)；（2） 成组输送链(FC)；（3） 磁性手指(MF)；（4） 支撑活板(SFL) 
    提取传输设备：成组移送小车(ET1，ET2，ET3,MET) 
    成组区工艺流程图如图：
               
    4．2 对齐辊道 (LIN) 
    对齐辊道位于冷床的出口侧, 由100 
    个带槽辊组成，每10个为一组,冷床尾端有一个固定缓冲机械挡板将钢材头部对齐。使用的辊道段由操作员或自动地根据轧制表设定. 
    由MCC控制正转(反转已取消)。运行状态有间歇或连续运行。间歇周期允许辊道起动条件：冷床起动周期信号延时、延时停止（T2）。 
    4．3 成组和传输区 
    4．3.1 概述 
    在这个区域用相同的设备接收来自冷床的棒材，通过磁性手jingque地将棒材摆放紧凑，成组并传输到辊道。 
    本区包括以下设备： 
    成组设备： 
    （1） 磁性成组小车(FT)；（2） 成组输送链(FC)；（3） 磁性手指(MF)；（4） 支撑活板(SFL) 
    提取传输设备： 
    成组移送小车(ET1...ET10,MET) 
    4．3.2 功能描述 
    4．3．2.1 磁性成组小车 
    为保证连续成组，提供两组同样的小车（A和B）。两组小车轮流工作，一组总是停在收集区（上部位置：从冷床接收棒材），而另一组向提取小车上卸钢材，或返回停放位置或一直停放(下部位置).
    每个单元通过一齿轮箱由直流电机单独驱动。并配备以下传感器：两个编码器（速度和位置控制）、两个接近开关（用于位置编码器复位 DI5.4/FT_SG1_CHG_A、DI5.5/FT_SG2_CHG_B）、两个接近开关用于冷床卸料(DI5.6/FT_SG3_DISCHG_A、DI5.7/FT_SG4_DISCHG_B)、四个限位开关(电机紧急停止：DI5.8/FT_SG5_CHG_MOV_A、DI5.9/FT_SG6_DISCHG_MOV_A、DI5.12/FT_SG9_CHG_MOV_B、DI5.13/FT_SG10_DISCHG_MOV_B）。 
    4．3．2.2成组输送链 
    成组输送链有三组，每组通过齿轮箱由交流电机驱动。为每部分配备下列传感器：一个脉冲发生器和安装在马达上的过热电偶。成组输送链和磁性成组小车同步，这样钢材能够按要求的距离放置。成组输送链的检测元件:两个接近开关用于检测钢材在链子上（DI5.14/FC_SG1_LAYERDET、DI5.15/FC_SG2_LAYERDET）、计算机给出速度给定值到变频柜（AO1.1/FC1_IN_SPREF、AO1.2/FC2_IN_SPREF、AO1.3/FC3_IN_SPREF）、同时监视编码器的工作电压（AI1.2/FC1_TACHO_5V、AI1.3/FC2_TACHO_5V、AI1.4/FC3_TACHO_5V）。 
    收集期间传送链与成组小车的运动总是同步的, 当成组完成后, 成组小车和传送链在小于冷床周期时间的短时间内移到提取区。成组小车轮流运行。 
    每组棒材由N根组成(在OS设定)。  
    成组小车从停止位置上升以后, 小车移到适当位置收集该组的根棒材， 在每个冷床周期，通过限位开关检测到的固定横梁后一齿上的棒材被装入成组小车上, 棒材计数器N1加一，棒材装入小车以后(冷床周期开始后一恰当时间)，如果N14．3．2.3 电磁手。电磁手用于在成组区抓起棒材且正确地放在成组小车上。提供两套手指“A”和“B”在小车定位时夹持钢材。当两根棒材被同时卸下时，（双齿槽周期）两套手指同时使用，否则用一套。手指到冷床的距离可根据根据产品尺寸进行机械调整。 
    4．3．2．4 支撑活板 
    活板和磁性指有相同的功能, 它们同时应用. 它固定在冷床架上. 配备两套活板(A,B), ,用于在小车定位期间抓起棒材，它们和磁性指一样以相同的周期工作。 
    检测元件有: 两个接近开关分别检测两套活板的下部位置（DI5.1/MF_SG1_FLAP1_DWN、DI5.2/MF_SG2_FLAP2_DWN） ，操作员控制(CP3): 活板升/降控制。 
     4．3．2．5 棒材组传输设备 
    该设备分成四部分: 部分包括一个电磁提取小车; 其余部分为提取小车。提取顺序和在辊道上的输送 
    1） 后一组成组小车步进信号和提取小车在停止位置(P1): 提取小车上升并磁化. 
    2 ）小车在收集位置: 成组小车去磁并下降. 
    3 ）成组小车在下部位置: 成组小车返回等待位置. 一个传感器( 由安装在冷床固定齿上的凸轮装置驱动)检测返回行程. 同时, 小车上升到高(*1) 
    4 ）提取小车在上部位置, 来自位置变送器和个提取小车传感器的信号并加延时Ts(*2):提取小车向辊道方向前移 
    5 ）如果辊道正运行或(和)检测到上面有原料, 提取小车停在中间位置(P2)(*3). 
    如果辊道和夹送辊停止并且没有检测到辊道上有原料:提取小车前进至卸料位置P3, P3在辊道中心位置(*4). 
    6 ）提取小车在位置P3(*3): 提取小车下降. 
    7 ）组提取小车去磁并降至低位置,所有小车降低, 所有提取小车返回停止位置(P1)，辊道启动。 
    ET1有上、中、下三个位置检测;ET2包括ET2～ET5,只有下部位置检测; ET3包括ET6～ET10,只有下部位置检测。在水平方向上, 每组小车分别有左右超限检测和上料位置检测开关. 在程序中, ET动作先后有如下七步，循环做矩型运动.ET_LIFTPOSPICKUP；(2)ET_LIFTPOSUNLOAD；(3)ET_POSWAIT；(4)ET_POSCRT； (5)ET_LIFTPOSCRTLVL；(6)ET_LIFTPOSDOWN； (7)ET_POSPARK 
    水平方向运动时，将水平位置给定（0，300，1460）赋给ET_POSREF, 后通过COM_CV01元素的I4ORD1和I4ORD2端通讯到四个小车的传动系统,控制设备动作.  
    4．4 拆叠缓冷系统 
    该系统用于弹簧扁钢. 对弹簧扁钢来说, 只用到60m 的冷床, 扁钢需要缓慢冷却. 因此它们被组成叠状送入冷床. 当进入卸货区域以后，扁钢被一个接一个卸下. 拆叠缓冷系统的主要设备：（1）拆叠设备(Unstacking)；（2）提升设备(lift)；（3）倾翻设备(tilt)；（4）升降挡板(stop) 
    5、应用效果 
    该系统自97年底投运以来，运行可靠、稳定，大大提高了其工作效率，保证了轧钢生产。