西门子6ES7221-1BH22-0XA8厂家质保

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MZ2015自动磨床是轴承行业广泛使用的加工设备，用于轴承套圈内圆磨削，由于该机床的早期电气系统采用的是继电器─接触器控制和由二极管组成的矩阵顺序控制线路，电气元件较多，且可靠性差，电气故障频繁。故采用FXon-60MR PLC对其控制系统进行了改造。

1、系统的硬件设计

任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出部分。系统输入部分由所有行程开关、仪表触点、方式选择开关、控制按钮等组成。逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路，输出部分包括电磁阀线圈，指示灯和接通各种负载的接触器线圈。在控制系统中使用PLC 就是代替继电器控制系统中的逻辑线路部分。原MZ2015磨床的电气系统，所有行程开关(SQ1～SQ17),选择开关(SA3),仪表触点 (KA1～KA4),控制按钮(SB2,SB5)等为系统的输入信号；而电磁阀线圈(YV1～YV13),指示灯，充磁信号等为系统的输出信号。系统的硬件构成如图1所示，为了节省输出点数，各电磁阀的状态指示灯并联在其线圈两端；系统的调整操作采用由PLC的Y1和Y2输出调整信号在外部经相应开关控制。同时为了保护PLC输出继电器，在电磁阀两端各并联一只二极管，防止在电感性负载断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流对PLC输出点及内部电源的冲击，二极管的额定电流通常选为1A，额定电压大于电源电压的3倍。

图1 PLC外部接线图

2、软件设计

（1） 程序结构

原机床包括自动、半自动、调整和长期修整4种工作方式，由转换开关选择。用PLC改造后,此部分的接线要重新安排，可选用转换开关的两组触点SA3－1和SA3－2(对应PLC输入端子X20和X21)，使其分别在4种工作情况下，满足表1所示的通断状态。

表1 开关方式状态

表1中“0”表示断开，“1”表示接通。如用二进制表示X20 和X21 的状态，即为00，01，10和11四种。如图2示，自动方式时驱动M10，半自动时驱动M11，调整时驱动M12，长修时驱动M13。这样可安排出图3的程序结构图。

图2 工作方式梯形图

图3 程序结构图

（2） 矩阵电路的编程处理

图4 二极管顺序控制原理示意图及对应梯形图

矩阵二极管顺序控制电路是原床电气系统中的重要组成部分，PLC梯形图的转换原理，如图4示。其动作如下：

a. SA1合上，SA2打开，KA5线圈通电吸合并自锁，此时KA5线圈及R上的电压基本相等，约为12V，KA6线圈被短路脱吸。
b. SA1打开，SA2合上，KA5线圈被短路，KA5脱吸，KA6线圈通电吸上并自锁。
c. SA1、SA2同时合上，由于KA5、KA6线圈同时被短路，所以V1也处于上述导通状态，但KA5、KA6总是处于脱吸状态。

根据上述要求可得出SA1、SA2与KA5、KA6的逻辑关系,如表2所示。从表2可看出，SA1是KA5的置位端，KA6的复位端；SA2是KA6的置位端，KA5的复位端。这种状态可由PLC内部的置位、复位指令来实现，其梯形图如图4示，图中M21相当于KA5，M22相当于KA6。

表2 顺序逻辑控制

（3） 编程调试

由于用PLC改造原机床电气系统是以不改变原控制功能为前提，此时可对原线路进行分块处理，对于MZ2015磨床，可分成输出处理程序，输入处理程序和顺序控制逻辑程序，这种处理对于程序调试和设备维修都有很大的方便，根据手动、 长修、自动和半自动四种工作方式分别进行模拟运行。用开关模拟输入信号，开关的一端接入相对应的输入端点，另一端作为公共端接在PLC输入信号电源的负端。输入程序后，对照输入信号状态表，设置好原始状态情况下所有输入信号的状态；再按工步状态，扳动开关，观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状态变化，并与工艺过程对照。由于程序较长，这里仅给出输出部分及二极管顺控电路所对应的梯形图，如图4、5示。

图5 输出部分梯形图

3、结束语

用可编程控制器改造旧机床电气系统，在现有企业里是非常现实的技术改造方案，具有投资省、见效快的特点。通过使用PLC改造该机床电气系统后，去掉了原机床的13只中间继电器，5只时间继电器，80只顺序控制二极管及20只电阻，使线路简化。同时，由于PLC的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。

自动化成功帮助客户实现自动化改造－自动化改造将公司产量提高60%，降低过量充填损失达16%

　　印度原始机械制造商(OEM) Nichrome公司与美国罗克韦尔自动化公司(Rockwell Automation®)合作，利用艾伦-布拉德利(Allen-Bradley®)集成运动方案升级包装机，从而大限度地提高了使用15年之久的老设备的效率

　　背景

　　20世纪中叶，立式成型-充填-封合(VFFS)包装技术的诞生令食品加工业发生了革命性变化。VFFS包装设备将热封塑料薄膜制成包装袋，然后在包装袋中装入特定数量的食品产品，并封口。由于用途广泛且经久耐用，VFFS包装迅速取代了硬塑料及金属容器，成为许多食品产品的优选包装方法。

　　1977年，Nichrome印度有限公司成为制造立式成型-充填-封合机器的首家印度公司。该公司早的VFFS产品——一种用于将干奶粉密封到包装袋中的机器——为印度包装业的一大转折点。曾经极易腐坏变质的瓶装奶现在装入方便、不易变质的包装袋里即可销往全国。这些年来，通过始终如一地注重持续改进，Nichrome公司已将其产品延伸到食品、奶制品以及药品行业，为这些行业提供各式包装设备。

　　目前，Nichrome公司的技术质量已得到了全世界的认可。 Nichrome公司在印度浦那市(Pune)拥有40,000平方英尺的制造厂，不但为印度的制造商供应包装解决方案，还将其生产的机器出口到40多个国家。迄今为止，已经安装了3,200多台Nichrome设备。Nichrome公司年营业额达500万美元，占印度固体食品包装机市场份额的25%、液体食品包装机市场份额的35%。

　　解决方案

　　对带有集成运动控制器的立式成型-充填-封合(VFFS)包装机进行改造

　　- 控制器/伺服驱动联合体执行所有顺序、驱动以及运动控制功能

　　- 消除了应用分离运动控制器的必要

　　- 集成了工厂级SCADA架构

　　成果

　　降低了薄膜长度变化

　　- 精度提高2mm

　　提高了剂量精度

　　- 净重变化减小20%

　　- 过度充填损失降低16%

　　增强了机器可靠性

　　- 平均故障间隔时间(MTBF)提高近20%

　　大限度地提高了生产能力

　　- 机器产量提高60%

　　挑战

　　在多年服务于食品业的过程中，Nichrome公司已经将雀巢公司视作自己长久的客户之一。总部设在瑞士的雀巢公司是世界上大的食品与饮料公司，年销售额近700亿美元。2002年，雀巢公司与Nichrome合作，由Nichrome公司帮助其升级雀巢位于印度萨马卡(Samalkha)的包装机。

　　尽管Nichrome公司过去为雀巢公司供应过新设备，但是这次雀巢公司要求对现有的螺旋式/杯式充填机进行自动化改造。螺旋式/杯式充填机是其包装奶粉及婴儿食品产品之VFFS作业线的一部分。现有设备已经使用了15年之久，初购自一家德国OEM。该机器使用机械离合制动系统来控制薄膜填料仪与剂量仪。薄膜填料仪决定包装袋的大小，剂量仪决定所包装产品的份量。

　　要想利用机械控制系统实现jingque的薄膜长度以及剂量精度，困难很大。现有设备可以达到+/-3mm的长度精度，在这种长度精度下，1千克的包装袋里一般会多盛2-3克的产品。另外，由于两个系统的机器速度是固定的，只能手动调节，因此，生产线调整既笨重又耗时。

　　15年的磨损也对机器造成了一定损害。现在，系统极易产生故障，而且雀巢公司发现越来越难找机械控制部件的更换件。即使对系统进行很好的维修，包装机的大速度也只能达到每分钟35袋。

　　雀巢公司要求进行升级，从而提高包装线产量，并尽可能减少过量充填浪费。另外，雀巢公司希望能对系统增添一些现有机械控制系统所不具有的新功能，如诊断功能与数据采集功能。后，为了尽可能减少对生产进度安排的影响，雀巢公司规定在生产运作的例行停工期间进行改造。

　　解决方案

　　由于Nichrome公司无法得到德国OEM初的产品设计图，他们首先对现有设备进行了全面检查。Nichrome公司的研究表明，系统的许多机械部件已经磨损到无法再修的程度。为了优化系统，Nichrome公司首先确定了要更换的机械部件。接下来，公司联络了雀巢公司首肯的全球工业自动化供应商罗克韦尔自动化公司(Rockwell Automation®)。雀巢公司位于印度次大陆（包括斯里兰卡）的许多工厂都依靠罗克韦尔自动化公司的解决方案与售后支持。而且，由于Nichrome公司在某些包装设备上使用罗克韦尔自动化公司的艾伦-布拉德利(Allen-Bradley®) 控制器，因此Nichrome公司对罗克韦尔自动化公司也非常熟悉。

　　Nichrome公司与罗克韦尔自动化公司的软件工程师们合作，就雀巢公司业务所需要的逻辑顺序、加工参数以及联锁设计交换了意见。终，工作组选择了罗克韦尔自动化公司的一种运动控制解决方案，该方案基于艾伦-布拉德利 MicroLogix™ 1500型控制器、带有DeviceNet™界面的艾伦-布拉德利 Ultra™ 3000型数字伺服驱动器以及艾伦-布拉德利H系列与F系列伺服电机。

　　加固、灵活的MicroLogix 1500型控制器带有大型板载存储器和实时时钟(RTC)装置，以帮助控制进度安排。该控制器执行命令的速度很快——执行一个普通的1K用户程序大约仅需1毫秒。Ultra 3000型伺服驱动器控制H系列和F系列电机，这两种电机为薄膜仪与剂量仪供电。Ultra 3000伺服驱动器带有内置索引装置，从而不必使用运动控制器或PLC®卡控制点对点定位运动。

　　伺服驱动器被授权使用艾伦-布拉德利Ultraware软件，该软件功能强大，允许离线运行与编程。Ultraware软件还提供各式现场测试生产效率工具，可以帮助快速微调与跟踪调试。

　　利用艾伦-布拉德利PanelViewTM 300HMI系统可以简单地设定并监测伺服驱动器电机的速度及其它参数。该系统在DH-485网络下运行，并集成到工厂的SCADA系统中。

　　Nichrome公司与罗克韦尔自动化公司的工作组仅用了10天例行停工时间即完成了对雀巢公司在印度萨马卡工厂的设备的现场改造。

　　成果

　　目前，雀巢公司正从萨马卡工厂和摩加工厂业已升级的系统中受益。新的伺服驱动系统能够比机械系统更加jingque地控制机器。因此，拉膜系统jingque度与剂量系统jingque度均得到了极大的提高。改造之前，薄膜长度jingque度为+/-3mm，而改造之后，目前jingque度达到了+/-1mm。由于剂量精度更高，雀巢公司产品包装的净重变化改善了20%，过量填充损失减少了16%。

　　此外，由于操作员可以快速调节机器参数，因此减少了包装线调整时间与总停工时间。安装新的控制系统之后，机器也更加可靠。

　　平均故障间隔时间(MTBF)提高了近20%。

　　Nichrome公司的总经理H.P Joshi表示：“总体而言，升级后，雀巢公司包装机的包装量提高了60%。我们的确帮助雀巢公司获得了数字控制的所有益处，而且对新设备未进行资本支出。当雀巢公司选择为其SCADA系统添加总体诊断功能时，所升级的机器已经准备就绪。”

　　通力合作是罗克韦尔自动化公司与Nichrome公司成功地升级雀巢公司在印度的包装设备的关键。通过继续合作，Nichrome公司与罗克韦尔自动化公司均有信心、有能力为雀巢公司或全球任何其他包装客户提供节约成本改造、自动化解决方案以及支持服务。

1 概述

目前安庆石化热电厂发电所需的燃料－－煤主要由铁路和水路两条线供应。其输煤系统的铁路部分已采用PLC控制，系统设有自动和手动操作方式。而水路部分仍采用常规的继电器逻辑控制，只能通过操作台按钮进行操作。此设备陈旧，继电器数量多，动作频繁，触点易损坏故障率高，并且只能采用现场手动控制方式，控制室与现场之间需电话联系，整个系统分段启停，自动化程度低，不利于事故处理，严重影响着生产的正常运行。

为实现输煤系统的安全、稳定运行，对电厂输煤控制系统的水路部分进行了改造，以工控机为人机接口，采用PLC程序控制系统，取消原有的操作台按钮操作、继电器联锁及简易模拟盘显示的控制方式，整个操作过程绘制成动态流程图画面，通过工控机进行监视与

操作。

2 系统结构

2．1 控制范围

控制范围为自江边煤运码头经皮带机运送至煤场或煤仓层的整个工作过程的设备。控制系统的改造包括煤码头装卸监控联锁系统(见图1)和厂内输煤联锁系统（见图示）两部分，联锁关系实际上是逆煤流方向产生的，即只有后者启动并进入正常运行状态，前者才能启动。厂内输煤系统中的皮带机为双带，分别形成了甲、乙两路两种单系统独立运行方式和两种独立交叉运行方式。

图l煤码头装卸监控联锁系统

图2厂内输煤联锁系统

2·2 控制对象

整个联锁系统的控制对象主要包括23条皮带机及其辅助设备的控制、检测和报警。其中，控制参数主要完成23条皮带机及14台除尘器的启动和停止；检测参数主要包括各条皮带机的轻跑偏、重跑偏、开停状态、拉线开关、速度开关、切换开关等状态的显示及电机电流值的显示，还包括叉管位置、落煤筒挡板、除大木器·犁煤器、斗轮机、除铁器、皮带秤、核子秤及煤仓料位等辅助设备的状态和参数的显示，整个联锁系统的输入、输出点数列于表l。

表1联锁系统的输入、输出点数

2·3 联锁控制系统结构

整个水路输煤系统的跨度大，设备比较分散，现场环境恶劣，采用一套集中管理分散控制的系统，不仅可以减少整个系统的电缆长度和施工的工程量，也大大提高了系统的可靠性与自动化水平。鉴于本系统的输入、输出量主要是开关量，整个控制属于顺序逻辑控制，因此选用了AB公司的SLC500系统小型可编程序控制器，该系列产品一个主控制器可扩展多个远程控制站，比较适用于控制对象分散、跨度大的场合，然而扩展一个远程站也需要增加额外开销，远程站的数量和位置的确定必须考虑其性能价格比，综合各方面的因素，本系统改造采用了1个主控制站带3个远程控制站的系统结构(见图3)。

图3系统结构