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一、简介
ZR200型旋挖钻机是湖南省长沙市长沙中联重工科技发展股份有限公司（简称中联重科）自主研制开发的一种建筑基础工程中成孔作业的施工机械。中联重科是我国工程机械制造业的企业，主要从事建筑工程、能源工程、交通工程等国家重点基础设施建设工程所需重大高新技术装备的研发制造。
中联重科ZR200型旋挖钻机是一种大口径桩基工程的高效成孔设备，采用卡特彼勒专用可拓展履带底盘、自行起落折叠桅杆、可伸缩钻杆和液压先导控制。具有自动检测孔深、垂直度自动调整、回转自动定位、彩色液晶触摸屏直接监控显示工作状态参数和防误操作的逻辑功能控制，是大口径桩基础工程的理想的成孔设备。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是传统转盘钻机的5～10倍。在国外发达国家旋挖钻机早已作为灌注桩的主要施工机种。近几年旋挖钻机在国内已广泛应用于铁路、公路桥梁、市政建设、高层建筑等地基础钻孔灌注桩工程。右图为中联重科ZR200型旋挖钻机照片。
ZR200型旋挖钻机的控制系统采用西门子S7-200系列PLC的CPU224主模块、EM223扩展模块及EM222扩展模块各一个，实现对旋挖钻机液压系统电磁阀的自动控制、外部传感信号检测及与液晶触摸屏通讯实现人机界面等功能。
二、控制系统方案设计
旋挖钻机结构复杂、外部传感装置分布较多、各机构动作逻辑性强，且作业时工况恶劣、机身振动强烈，需要设计采用质量可靠、功能丰富的控制部件以完成其控制功能。操作人员也需要通过清晰、直观的人机界面对设备进行全面的掌握与控制。
通过选型对比，设计方案上采用西门子S7-200系列PLC作为控制系统的核心实现对旋挖钻机的全面控制、日本PROFACE品牌GP系列液晶触摸屏作为人机界面对话设备，与外部传感装置、液压执行机构组成机电液一体化系统。下图为控制系统结构框图：
触摸屏作为人机界面对话设备，主要进行钻进深度、回转角度的显示、深度设置、时间校对、及实现有关功能切换、按钮、指示、系统调试等功能。共设有：主作业画面、参数设置画面、报警记录画面、系统调试画面。其中主作业画面是操作人员工作时的主要对话界面。下图为主作业画面图：
三、控制系统主要功能
西门子S7-200系列PLC是西门子公司为用户解决中小型自动化控制的主力产品。它具有运算速度快、功能齐全、性能可靠、可灵活组合等特点，在全球的中小型自动化控制领域应用非常广泛。以下重点介绍S7-200系列PLC在旋挖钻机上的应用。
1、双向高速计数信号检测
S7-214CPU模块具有多路高速计数输入检测端口，可灵活设计实现多路单向、双向计数信号的检测。在旋挖钻机上应用其双向高速计数功能实现了上车回转角度检测、钻头钻孔深度检测。
旋挖钻机上车部分为液压驱动的独立旋转机构。在设计中采用旋转编码器检测其转动角度，通过对编码器A、B两路脉冲信号的检测，PLC的双向高速计数输入端可准确计算出旋挖钻机上车的相对角度（0-360O）变化值。
PLC的复位信号输入端检测编码器的C相信号，在上车每次回转至编码器的一固定位置时将高速计数器内变量清零，可消除各种原因造成的计数误差，保证计数的准确性。
钻头钻孔深度检测的原理与上车回转角度检测基本相同，但复位信号采用按钮输入，由操作人员根据情况校准钻头深度零位值。在检测运算中计数值为钻头深度变化值。
2、左右控制手柄多路按钮信号的检测
旋挖钻机的控制主要通过驾驶座椅左右两个控制手柄的多个按钮控制实现，通过对PLC的指令编程，可转换实现按钮信号的上升沿、下降沿、延时控制等多种逻辑功能。
3、外部传感信号的检测
西门子S7-200系列PLC输入信号检测采用光耦隔离电流信号检测，可隔离输入信号线上因各种原因引起的非正常电气信号，电流信号检测方式可有效防止外部强干扰对正常信号的检测。各输入端输入信号的滤波时间可根据需要分别设置。
旋挖钻机各机构动作频繁、控制复杂，在使用中容易因误操作造成设备损坏。在设计中对各机构关键部位均安装了外部传感装置检测其状态，当出现紧急情况时PLC将通过外部传感装置信号控制相应机构立即保护动作，保护人身和设备安全。
4、实现对液压执行机构的控制
西门子S7-200系列PLC的继电输出模块可直接控制液压系统的直流电磁线圈，只需在电磁线圈两端并接外部抑制二极管，可较好的保护并延长内部继电器触点的使用寿命。
5、与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯实现方便、直观的人机界面对话显示。
利用214CPU模块上的485通讯接口与PROFACE的GP系列液晶触摸屏通讯，将PLC检测计算的旋挖钻机各参数直观的显示在触摸屏上，可直接通过触摸屏实现对液压系统的控制和调试。
中联重科ZR200型旋挖钻机于2005年初试制成功并通过工业考核，目前该产品已批量生产并销至全国各地，得到了用户的全面认可和信赖，成为我国自主创新的新一代重要桩基设备。
四、几点体会
西门子S7-200系列PLC在中联重科ZR200型旋挖钻机的应用中，能很好的实现所需的各种功能，以下为的设计体会。
直流供电型PLC可正常工作在DC20.4V-28.8V的标称值内，实际应用中可满足旋挖钻机DC24V的供电环境下，并能承受点火及作业过程中的各种干扰，非常适合工程机械的柴油发动机24V电源环境;丰富的高速计数端口适合与各种传感装置匹配进行信号检测;CPU模块内部集成的PPI通讯接口可实现多种方式的数据通讯，与多种触摸屏端口方便的实现通讯传输。
1 引言
2005年以来，中国制鞋工业迅猛发展，鞋业年生产总量近60亿双，占世界产量的51%，出口量40多亿双，制鞋总量和出口总量都已居一位。在制鞋行业快速发展的国产制鞋装备的自动化程度相对比较低，与全球闻名的意大利鞋机产品还有很大差距。近年来，为了产品的先进性及满足各方面客户的需求，一些实力强的企业也开始开发具有世界先进水平的产品，这使得PLC、变频器、人机界面等现代自动化技术在制鞋工业装备领域大展身手。
EVA（乙烯-醋酸乙烯二元共聚物，商品名Ethylene vinylacetatecopolyme）是一种新型塑胶制鞋材料。EVA发泡塑胶具有良好的缓冲、抗震、隔热、防潮、、质轻、无毒、环保、耐磨、耐寒、抗拉、抗化学腐蚀等鞋底材料需要的物理与化学特性。
对比工序复杂产量低的传统热压EVA工艺，EVA发泡成型射出工艺采用射出机将EVA粒子直接射入机台模具里边,真空加硫模内鞋底发泡成型,再经过热、冷定型箱定型。射出发泡成型特点是产量高,一次成型，是目前先进的EVA鞋底生产技术。EVA塑料的发泡成型工艺符合制鞋行业快速大批量高效率优质生产要求，倍受制鞋行业的重视。EVA材料的环保达标特性还是欧美鞋业出口贸易广泛应用的绿色鞋材。
本文重点讨论基于台达PLC的EVA射出成型自动化系统开发的技术路线。
2 系统分析
2.1 工艺原理
EVA射出成型是将颗粒状塑料加入高温料管中，一面融化一面向前移送，此时加料的速度（亦即射出胶螺杆的后退速度）和加料螺杆的转速须互相搭配，加料压力关键参数的控制。因为融料密度（塑料在料管中的密度）的稳定性，以及射胶定位的jingque度直接影响了射出品的成型精度。塑料射出成型机工艺过程主要以四个动作来完成。分别是负责模具打开关闭的锁模机构，将成型品由模具内顶出的顶出机构，把塑料颗粒绞入融料料管的加料机构，以及将融化之塑料加压射入模具的射胶机构。油压系统因具有维护容易，控制简单的优点，成为射出成型机的主流。油压系统仰赖电磁阀的开度大小来控制流过的liuliang和压力，进而控制各动作的进行。
2.2 工艺分析
整个系统实现EVA鞋机生产过程的集中控制，主要监控设备有：左模真空、右模真空、安全杆进退、左阻料杆、右阻料杆、安全门上下、模站下降、模站上升、锁模泄压、合模压力、开模调模压力、快慢速转换、比例阀、背压阀、工位泵、左枪泵、右枪泵、真空泵、左入料、右入料、左注射、右注射、移座电机、48路温度控制等。系统控制工艺流程说明如下：
3 系统设计
针对6工位EVA鞋机，该方案中主控制设备采用台达DVPPLC作为主控制器，台达触模屏作为人机对话的窗口。根据系统的现场实际情况，根据整个控制系统先进、可靠且性能价格优的原则，系统采用DVPPLC作为下位控制器，负责采集信号，并对信号进行逻辑运算，进而控制相关设备。该控制系统结构，考虑到省配线及性价比。
基于台达PLC的EVA发泡自动化控制系统总体架构如图1所示。自动化系统配置系统由DOP10.4HMI触模屏1台；EH系列PLC1台； DVP14SS系列PLC6台、相关检测元件（温度采集、位置判断、温度控制、压力检测等）；相关执行元件（行走电机、液压缸）等构成监控系统。DVPPLC作为下位机，用来监控机台的运行情况。
图1EVA发泡自动化控制系统总体架构
3.1 PLC分散控制
采用1台EH PLC做主机，PLC EASYbbbb做网络通讯，将6个工位站设为子站由6台SS机控制、2个枪也控制在主站、1个移座站控制在主站构成整个PLC分散控制系统。PLC分散控制部分的控制部分PLC由DVPPLC构成，用以实现对整台机器的监控。该部分一方面通过与人机界面的通讯，另一方面通过各采集模块实现对现场信号的采集与逻辑处理。DVPPLC通过各采集模块对现场数据的采集与处理，其中PLC还能接受人机界面发送的控制逻辑、参数、指令等，并响应人机界面请求向人机界面传送实时数据，报警信息。主要设备是PLC即可编程序控制器。PLC运行控制逻辑，通过I/O接口控制现场设备。DVP系列PLC的性能如下：
（1）基本性能：EH系列采用高速运算处理晶片(ASIC)设计架构。采用CPU+ASIC双处理器，分工运算处理技术；基本指令速度可达0.24us；高速脉波输出可达200KHz，內建平滑加减速控制；高速计数器计数频率可达100KHz/每組，共四组；I/O模组资料更新介面，不占用程式扫描时间；內建多组外部中断功能。
（2）DVPPLC模块丰富：直流输入，可控硅、继电器输出模块；电流电压型模拟量输入、输出模块；热电阻输入模块；热电偶输入模块；高速计数输入模块；用户定制的伺服、步进电机控制模块；EHPLC还具有用户定制协议RS-232，RS-485通讯接口卡。
（3）具有内建式的PLCbbbb功能：具有PLCbbbb的功能，可减轻单站PLC的工作负担，轻易实现分布式系统。
3.2人机界面上位机监控
采用1台10.4吋的DOP人机界面作为人机对话的窗口。用于实现整个系统画面监控、数据处理及报警、及工艺参数的设定功能。通过与PLC进行通讯，达到传送控制组态、实时数据，参数设定、报警监控及机器生产流程的监控。选用台达DOP人机界面，可以实现：
（1）丰富、逼真、生动的EVC发泡过程直观监控。
（2）温度、发泡时间等各种工艺参数的设定、记录、存储、等功能；有配方、万年历功
能。
（3）使生产工艺简单化、灵活化处理。
（4）可实时、动画显示设备当前运行状态，操作、监控一目了然。
（5）可实时显示设备故障、报警，并可及时弹出故障信息，提供故障排除建议。
（6）可采集、存储、记录、查询、分析、系统内各设备状态、报警信息、故障信息量等信息。
3.3 系统通讯
该系统采用二层网络，实现系统各设备之间的连接和分工协作。如图1所示。
（1）PLC分散控制部分.DVP-PLC提供了EASYbbbb的功能，您只要将写入及读出的参数地址及长度填入特殊缓存器内，不用撰写通讯程序，主站(Master)会自动作各站号间的资料交换(读出/写入各16个Word)，而从站(Slave)多为16站，不限DVP-PLC，包含台达其它机电控制产品变频器、温控器或伺服驱动器等具有串联通讯只且支持Modbus通讯协议的装置。
(2)具有完备的自我诊断功能：有故障时自动警告；EH PLC还可在线控制：EHPLC可随时在线程序编辑、存取、控制及参数设定等工作，而不影响系统之正常运行。
(3)EHPLC具有实时时钟功能。内置RS232和RS485两个通信口，可支持当今各种流行的现场控制总线系统；RS485通讯口可与台达其他产品无缝通讯（变频器、温控器、伺服以及第三方协议开放的设备）。
4 设计方案讨论
4.1 射出系统
射出系统主要由射枪构成，需控制射出料的质量。可以选择的方式有用旋转编码器控制射出的质量和用计量尺控制射出的质量。综合考虑：本系统采用计量尺检测方式。
4.2 移座系统
移座系统控制射枪的行走，其用变频器来拖动。可用如下方式控制：
（1）移座行走位置用限位开关来检测。
（2）移座行走位置用旋转编码器来检测。
综合考虑：本系统采用旋转编码器检测方式。
4.3 吸料控制部份
在料仓中装设料位检测开关，当到达低位料时进行自动吸料，直到高料位时自动停止。油温、水温检测控制。在油路及冷却水回路各装设一温度检测传感器，并经温控器进行油温、水温温度的报警及控制。
4.4 系统通讯抗干扰措施
为了确保系统PLC的信号不受干扰，所有模拟量信号线均使用屏蔽双绞线，所有的信号线均应使用金属管作为外壳保护，金属管应与大地紧密连接，信号电缆应避开动力线安装。对于PLC控制盘应根据配电情况采用可靠的抗干扰措施。温度采集部分的热电偶均采用补偿导线进行延长连接，确保温度采样的jingque性。
4.5 温度控制
系统的温度采集用pt100的温度模组进行采集控制，温度采集也可采用温控器进行控制，这样将原系统中的pt100模组改为温控器即可。再利用台达人机的双口双驱动功能，将人机的1个口跟plc进行通讯，另1个口通过rs485与温控器进行通讯，将有关数据采集到人机上进行监控。
5 客户服务
5.1 现场安装说明
在系统安装之前，项目工程师应在熟悉施工图要求及仪表使用说明书的基础上，编制施工技术方案或技术交底。计有：系统总体施工方案；PLC控制盘安装方案；电缆敷设方案。安装方案经技术负责人审核后，作为系统施工作指导书。
5.2 现场施工顺序
（1）系统安装前的单体调试。系统安装前必须进行单体调试，可按照仪表使用说明书进行调试合格后方可进行现场安装。系统单体调试记录作为竣工材料组成部分。
（2） 通讯电缆敷设要点。仅使用指定的电缆；保持通讯电缆与动力线或高压线分开，以
防电噪声干扰；在网络的一端将通讯电缆的屏蔽线接地，屏蔽线不要两端都接地；不要将通讯电缆的屏蔽线接在已经用于动力系统设备接地的地方。
（3）控制室盘柜安装。当控制室达到门窗封闭、照明、空调、内装修、接地完成以后，方可进行盘柜台安装，应保证线槽基础尺寸的准确性和水平度垂直度的要求。
（4）控制柜接线。只有在现场仪表安装接线全部完成时，在仪表回路二次系统调试时，每确认一点，完成做好隔离措施后，方能把该回路的输入端字接到机柜输入端，对所有电缆应进行校线，并做好端子号。
（5）控制柜柜内布线。PLC控制盘内器件安装接线，要求布置整齐，接线清晰，标记明确，美观大方；根据微机系统到货后的随机资料，应编制详细的施工程序，技术要求及控制要点由项目负责人审核后，交由安装人员施工。
5.3制鞋商客户培训
针对该系统的培训计划主要包括对系统的运行操作培训、对系统开发的技术培训和对器件的掌握培训。对系统开发的技术培训则从工程启动之日起就开始进行，将在开发过程中不断与贵厂技术人员进行方案探讨，商议控制模型，解决技术难点，让客户技术人员直接参与软件设计和上位组态；系统开发结束后，我公司还将安排项目负责人员对系统的总体设计，技术难点进行阐释，加快维护人员对系统的掌握，tigao日后的维护效率的准确性。
6 结束语
基于台达机电自动化的全自动EVA发泡射出成型机，高精度预热温度，并具有模内抽真空功能，使EVA新材料达到发泡要求。采用PLC控制，自动定量、定模、开模、锁模，tigao了生产速度，降低了劳动强度与生产成本，且价格是国外同类产品的1/3，具有高精度、高效率、操作方便安全等显著优点。广阔的市场前景，使其具有十分显著的经济效益与社会效益。本文介绍通过台达PLC 强大的EASY-bbbb 功能，用小型机实现了以往大中型机实现的功能，具有很高的应用价值。
背景介绍
火电厂的输煤系统是辅机系统的一个重要组成部分，是保证火电厂稳定可靠运行的重要因素之一。一个高可靠性和灵活性的燃料输送系统是机组乃至整个电厂稳定运行的重要保证，其运行的好坏直接影响到电厂的安全运行。
输煤系统主要承担从煤源至储煤场，再由储煤场到主机煤仓，或者直接到主机煤仓的备煤和上煤任务。火电厂输煤程控系统主要控制的对象包括：给煤机、三通挡板、皮带机、碎煤机、除铁器、犁式卸煤器等设备。
输煤系统的特点：
1、 输煤系统设备较多，相互连锁繁杂
2、 控制过程具有很强的时序性
3、 现场环境恶劣，粉尘、潮湿、振动、噪声、电磁干扰都比较严重，给电气设备运行及检修都带来不便
4、 整个系统控制分散，覆盖距离远
解决方案:
大部分输煤程控系统都是由PLC来实现的。考虑到电厂的输煤程控控制对象比较分散，在码头、煤厂、原煤仓及运煤配电间等处设置远程I/O站。由于火电厂输煤系统运行条件恶劣，各类干扰信号较多，集中控制系统与远程I/O站间的通讯建议采用光缆。
监控系统功能：
1、 按工艺流程实现程序起停控制（逆煤流起动、顺煤流停机）。
2、 能根据煤仓的粉位情况，自动启停输煤线路
3、 输煤除尘系统和除铁器的程序起停和联锁控制。
4、 事故联锁自动停机。
5、 原煤仓的自动配煤、手动配煤及就地配煤。程序配煤具有优先配煤、顺序配煤、余煤配煤等方式。
6、 能自动辨别煤中的杂物自动报警、及时发现断煤及皮带断裂等事故隐患。
7、 记录重要历史数据，显示实时趋势曲线
8、 现场设备运行工况显示，事故音响报警。
9、 输煤设备电流检测及模拟量越限报警。
10、 原煤仓上煤量的分炉计算，上煤系统统计报表。
11、检修仓和尾仓设定功能。系统具备设备检修状态设定功能，被设定为检修状态的设备自动禁止投入运行。
方案特点
1、 采用集散型结构，开放性好、易于扩展、性能稳定可靠。
2、 网络采用标准的工业以太网、远程I／O，双缆冗余通信，安全性高。
3、 上位机双机热备形式，可靠性好。
4、 计算机监控管理功能强大、实时采集显示运行工况及有关数据，画面逼真，动感强。
5、 灵活调整工艺参数
6、 人机界面友好，容易掌握
7、 完善的数据库功能，方便查询历史数据、追溯报警状态
8、 标准通讯网络接口（工业以太网、Profibus等），便于接入用户网络。