西门子6GK7243-1GX00-0XE0使用说明

引言：
　　在新开发的产品中有一个型号为Q7的长条铝基台，要在上面加工两个φ3.7×1.65的平底盲孔，由于要求精度高，批量大，故无法用传统的钻模在钻床上加工，也很难在传统铣床上面加工，能加工效率也很低，并且设备损耗和电力损耗也很大。此工件的加工有着非常广泛的代表性，生产的很多产品有着类似的要求，为此，我们设计制做了一台用于此类产品加工的设备——通用型数控钻铣床。
　　
一、系统概述　


　　控制部分采用PLC，并配以人机界面进行程序参数修改、设定，以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。三轴均为全数字交流伺服系统，各轴伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠，以移动配有直线导轨的工作台和主轴铣头，其定位准确，速度快。主轴铣头由变频器控制，根据刀具及工件和进给量，来设置主轴合理的转速，并在程序中设定它的启动停止。各轴均设二端极限传感器和原点传感器，冷却和润滑也都有异常检测，在报警灯和人机界面处显示报警信息。为便于调试和检修，各项操作均设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及润滑开关等。此机床整体虽为半闭环控制，只要选件、装配、程序编制及操作合理，精度和稳定性还是能满足使用要求的。　
二、硬件配置
　　PLC选用永宏的FBS-40MCT，该型机具有较高的性价比，体积小，功能强，24点输入，其中有16点高速计数器，频率可达120K，16点输出，其中有4轴步进或伺服输出整合在里面，输出频率可达120K，使应用起来非常方便，接线简捷。编程软件WinProladder有梯形图大师之称，易学易用且功能强大，编辑、监视、除错等操作非常顺手，按键、鼠标并用及在线即时指令功能查询与操作指引，使编辑、输入效率倍增。　　
　　接点分配：取各轴伺服电机的Z相信号作原点开关，要分接在几个高速输入点上，用中断进行机床原点复归，其余限位开关、操作开关、液位检知等常规接点可按顺序依次接入。X、Y、Z三轴伺服电机连在前3轴伺服输出点，主轴高低速、冷却、报警等接在其余输出点上。　　
　　X、Y、Z3轴伺服系统均选用相同的，和利时的ES系列全数字交流伺服驱动器0040E-CBCEE-02，和60系列小惯量的伺服电机60CB040C-2DE6E。该伺服系统功能比较完善，如能耗制动、电子齿轮、自动加减速等，具备多种脉冲串输入，保护功能也比较完备，有欠压、过压、过流、过载、堵转、失速、位置超差、编码器异常等。在此设备中按集电极开路驱动方式连接至PLC，高脉冲输入频率为200K,伺服ON、Z相信号等也做相应连接。　　
　　变频器选用富凌的DZB70B0015L2A，规格为单相1500W，400Hz，有多步速供编辑使用。由于正常使用时不频繁变速，故速度调节设定不引出，只在变频器操作面板上调节，设定两个速度，高速用于加工，低速用于对刀。调节相关参数与主轴匹配，如基频、基压、运行频率上限、载频等，并改动相应跳线。　　
　　主轴没有采用传统方式，而是根据加工需要，采用了雕刻机用的电主轴，安阳莱必泰的ADX80-24Z/1型，其体积小、噪音低，直径只有80mm,这样使整个主轴箱便于整体密封，可有效地防止加工中的碎屑飞溅到Z轴的丝杠和导轨上造成损害，也使主轴箱外表显得美观。它的高转速为24000转/分，使正常工作转速6000-14000转有一个合适的余量范围。　　人机界面选用人机电子的通用可编程文本显示器MD204L，它可以以文字或指示灯等形式监视、修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态。


三、软件设计
　　开机后先检测手动开关是否有效，若手动开关有效即利用各手动控制开关执行手动操作的项目。若手动开关无效，则启动原点复归程序，各轴进行机床原点复归，先回Z轴再回其它两轴，当所有轴都原点复归成功后才能进行到下一步。若刀具和工装夹具、工件程序均没有变动，可复位到加工预备状态而不进行对刀，若需对刀，则打开对刀开关启动对刀程序，3轴分别对刀，即找工件原点，利用手动各轴移动开关快慢移动各轴，使工件的三个面分别碰触低速旋转的刀具，刚好碰上为止。对好后，按对刀OK确认，再输入刀补，经过程序处理，即形成工件原点也就是编程0点，编程时根据此0点按照图纸计算刀具路径，可使操作者思路清晰，编辑运算简单。操作者编辑的是用户程序，可以编辑刀具轨迹，就是各轴移动坐标，还有移动速度、循环加工时的循环次数等。编好程序后或使用当前程序时，即复位到预备状态：各轴移动到初始位—一个合适的位置，装卸工件方便、不易碰触刀具时，装上工件，按启动即可开始加工，主轴运转，冷却液开，各轴按程序设定坐标移动。当加工结束时，机床复位，即各轴又移动到初始位，主轴停，冷却关，这时可卸下工件，完成加工过程。



　　
　　工件的加工流程图如图3所示，以Q7产品为例，胎具上一次装夹15只工件，那么就有30个φ3.7的平底盲孔需要加工，刀具选用φ3.7的2刃钨钢立铣刀，钻削加工，钻削深度1.65mm。在预备状态时紧靠工作台上的定位固定好胎具，按启动后，主轴旋转，待主轴即将达到额定转速时，X、Y轴运转到加工工位，也就是个孔的X、Y工件坐标值，此时冷却液打开、Z轴快速下降到加工区，即铣刀端面即将触及工件加工面，迅速变用缓慢的工进速度开始钻削加工。当加工深度到达设定深度（1.65mm）时，Z轴带动铣刀迅速抬起，抬起的高度为铣刀端面水平方向上碰触不到工件及胎具为准。计数器加1后程序进行比较运算，判断加工是否完了，如否，则X、Y轴继续运转到下一加工工位，再重复Z轴下降加工动作。如加工完了，产量计数器加数、主轴停转、冷却液关闭，发出5s声光报讯，用以提醒操作者，各轴移动到初始位：Z轴到上端；X轴到左端；Y轴到外端。卸下胎具后，一个加工周期完成，装上胎具再按启动即开始进行下一轮加工。　　
　　
四、一些着重的电气措施　
1.主回路加装漏电断路器，相应回路都安装合适的断路器。　　
2.PLC和伺服系统的电源处都分别加有电源滤波器。　　
3.各直流继电器线圈都并接反峰二极管，交流接触器线圈并接阻容吸收回路。
4.润滑、主轴冷却都设液位低报警器。　　
5.伺服控制线、人机界面通讯线等使用屏蔽线，并远离电源线。　　
6.在拖链内走线，使用耐折的柔性电缆，并尽量增大拖链的弯曲半径。　
7.变频器与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。

1 引言
　　随着社会经济的迅速发展，人们生活水平的不断提高，城市中各类小区建设发展十分迅速，也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中重要的一方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活。传统的供水方式中很多是采用高位水塔方式供水，存在浪费水力、电力资源、效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的生活用水。
      本文设计一套基于HOLLiAS LMPLC+恒压频比变频器的变频恒压供水系统以提高变频恒压供水系统的稳定性和节能性，系统操作更加简捷，故障报警及时迅速，使得变频恒压供水技术更好的应用于小区的生活用水供给。

　　2 变频恒压供水系统概述
　　2.1系统结构
　　供水系统主要包括的设备有控制装置、变频器、水泵机组、压力传感器、储水罐等。
　　控制装置是整个变频恒压供水系统中重要的组成部分，主要完成各种信号的采集处理以及结果的运算输出。通过变频器改变交流电的频率，实现对水泵的控制达到节能、调速的目的。水泵机组是水压的发生装置，一般有2到4台水泵组成，为供水系统中的用户主管网提供压力。压力传感器用于检测用户主管网的出水压力，从而控制变频器的频率调节以及水泵的工作台数。储水罐主要是对直接来自水厂的水起到缓存的作用。

　　系统的总体布局图如图1所示:

图1 系统的总体布局图

　　2.2 变频工作原理
　　图2是系统的基本框图，如下：

图2  PLC变频恒压供水系统框图

　　在工作过程中，通过PLC控制取水电动阀的启停将储水罐的液位保持在一定的范围内。压力传感器将用户主管网水压变换为4-20mA的电流信号，经模拟量输入模块送入PLC，PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行PID运算，输出控制信号经模拟量输出模块至变频器，调节变频泵的运行频率。当用水量大到变频泵全速运行也无法保证用户主管网的压力达到设定值时，产生高频报警信号，自动将原工作在变频状态下的泵投入工频运行，将下一台泵用变频器起动后投入变频运行，以加大供水管网的供水量来保证恒压供水的目的。若此时仍不能满足要求，则将工作在变频状态下的泵投入到工频运行，再将下一台泵投入变频运行直至管网压力稳定。当用水量减少时，产生低频报警信号，PLC则将先工频运行的泵关闭以减少供水量，若此时仍不能满足要求，则再关闭下一台水泵，乃至只有一台水泵工作在变频状态下以达到恒压供水的目的。

　　2.3水泵投切流程
　　水泵的投切采取先启先停、后启后停、先停先启、后停后启的控制原则，从而增加水泵的使用寿命。泵投切的程序流程图如图3所示。

图3 水泵投切流程图

　　通过对流程图的分析，泵的投切控制有三种模式。

　　三种模式包括：一台泵（变频泵）、两台泵（一台变频和一台工频）、三台泵（一台变频泵和两台工频泵）。

　　3 控制系统介绍
　　3.1 控制系统方案
　　系统主要由和利时LM系列PLC、变频器MM430、HD2400L可编程文本显示器、压力传感器、液位传感器、控制接触器、软启动器PSS及储水罐等组成。

　　控制系统上位机采用和利时HD2000文本显示器，CPU选用和利时LM3109PLC控制器，LM3330采集处理液位和压力信号，上、下位机之间通过基于MODBUS协议的RS232串口进行通讯。

　　下图4为控制系统接线图。

图4 控制系统接线图

　　3.2控制系统硬件
　　3.2.1可编程逻辑控制器-PLC
　　1）CPU模块：LM3109模块的额定工作电压为AC220V，自带40点I/O，提供24路DC24V输入/16路继电器输出处理。具有1个RS232和1个RS485通讯接口，支持专有协议（仅RS232）/ModbusRTU协议/自由协议。

　　2）模拟量扩展模块：LM3330提供4通道模拟量输入和1通道模拟量输出，输入范围0-10V、0-20mA和4-20mA可选，输出范围0-10V、0-20mA可选，模数转换时间低于200us，精度可达0.5%FS。既能完成模拟量信号输入处理，也能完成模拟量信号输出处理。

　　下表1为系统I/O分配表。
　

　　表1 输入输出端子分配表

　　3.2.2 人机界面-HMI
　　人机监控部分采用和利时HD2400L文本显示器，配以编程软件来完成。文本显示器上可以修改和调整PID参数，设定不段压力参数，显示设备运行状态，以及实时显示现场故障报警信息。图5-图8为上位部分监控画面。

　　4 结论
　　LM系列PLC丰富的模拟量信号采集处理能力和自带的PID运算功能保证了变频恒压供水系统的稳定和可靠性。该系统不仅适用于小区供水，也适用于家庭别墅式的用水需求，节能环保，是符合国家节能减排环保理念的一种生活用水控制技术。