西门子模块6ES223-1PH22-0XA8原装代理
1前言
注塑机是目前广泛应用的高分子材料加工机械，目前在国内大量使用的注塑机基本上是采用机械或液压驱动的，控制系统大多采用触点继电器逻辑控制电路，这种控制系统的大的弊端是控制系统自动化程度不高、精度较低、生产效率较低。采用硬件PLC的控制系统能够实现各种控制功能，由于每个厂家的硬件专有性，封闭性使的用户升级和改造困难。随着自动化和计算机技术的发展，利用计算机的软硬件资源，通过软件可以实现硬件PLC的功能，并能实现jingque的电子齿轮和电子凸轮的高精度同步运动控制，即软件PLC技术。它遵循IEC61131-3的。
采用软PLC的典型的系统结构是工控机加I/O接口加软PLC软件包。软PLC产品是基于PC机开放结构的控制装置，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可将标准的工业PC转化成全功能的PLC过程控制器。软PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、通信网络等功能，通过一个多任务控制内核，提供了强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种I/O系统及网络的开放式结构。通过采用软PLC和高精度控制性能的伺服电机作为驱动系统的全电动注塑机能极大的提高设备的易操作性，产品的质量和生产效率。
2全电动注塑机结构及工作原理
2.1全电动注塑机的结构
全电动注塑机主要由注射装置、合模装置和电气控制系统组成。如图1所示，和通用的注射机相比，采用了高精度控制性能的伺服电机和滚珠丝杠实现圆周运动到直线运动的转换。注射装置的作用是将塑料均匀地塑化,并注射到模具型腔中。注射装置由塑化部件(螺杆,料筒,加热装置,喷嘴),料斗、计量装置、传动装置、注射电机及基座电机等组成。合模装置实现模具的开闭,在注射时应保证模具可靠地合紧。合模装置主要由前后固定模板,移动模板,连接拉杆,连杆机构,调模装置,合模伺服电机,脱模伺服电机组成。电气控制系统提供动力并使注射机按预定的工艺过程要求(压力,速度,时间,温度)和动作顺序工作。
图1注塑机系统组成示意图
2.2工作原理
注塑机生产一件产品的过程一般要经过合模、注射、保压、冷却（塑化）、开模、顶出制品工序
操作方式：
（1）手动操作利用手动操作可以进行单步的调试，包括手动设置开合模，手动模高调整，螺杆的手动操作，注射座的前后移动的手动调节等。
（2）半自动操作按下半自动操作按钮，注塑机开始合模、注射等工作，直到产品加工完成，处于等待状态，当按下半自动操作按钮时，将开始下一次循环。
（3）自动操作完成一个注射和计量周期后，程序自动进入下一个循环周期。
3系统设计
全电动注塑机控制系统设计中需要解决三大问题：一是采用了伺服电机后如何保证高精度的运动控制，如何在程序中实现位置控制、速度控制、力矩控制以及这几种控制之间进行切换的问题。二是如何实现温度、压力模拟量的jingque控制，来确保每个注射周期都能保证塑胶原料充分加热至合适的温度和确保注射压力、保压压力的jingque控制。三是如何设计人机界面来实时状态的监控、在线数据的修改、出错报警的处理、对错误进行及时的诊断及消除。
3.1系统的硬件设计
控制系统的硬件由工控机、SERCOSIO模块、博士力士乐公司数字伺服驱动器以及伺服电动机组成，控制系统的结构示意图如图2：工控机作为上位机构成控制系统的核心，通过软PLC和SERCOS光缆环控制锁模伺服电机、注射伺服电机、塑化伺服电机、脱模伺服电机按照编写的程序运动，可以实现注塑过程中高精度的运动控制，以及位置、速度、力矩以及这几种控制之间切换的问题。输入按钮、行程开关等外部数字量输入信号通过IO模块采集到PLC程序中，经过程序处理变成逻辑关系，得到所需要的输出状态来控制现场设备，指示灯和报警灯显示当前设备运行状况和错误报警信息。温度传感器、压力传感器模拟量信号通过SERCOSIO模块转换为软PLC可以识别的数字量信号，通过在编程系统中编写的PID模块程序可以实现注塑过程中的jingque温度和压力PID调节。
SERCOS运动控制总线符合开放式数控系统的标准，可以根据系统需要灵活添加设备，有利于智能数控设备的集散控制，节省了设计和调试周期，使系统的可靠性大大提高。
3.2系统的软件设计
3S公司的CoDeSys与其它软PLC产品如SIEMENSE公司的SIMATICWinAC、SOFTPLC公司的SoftPLC等相比。大优点在于它集成了逻辑控制、运动控制和可视化于一体。
CoDeSys是符合IEC61131-3标准的编程工具。只要在计算机上安装了CoDeSysSPRTE软件，就可以成为一台先进的高性能可编程控制器（PLC），用CoDeSys不需要其它的组态软件就可以轻松实现实现可视化。可以用CoDeSysSoftMotion实现运动控制编程，包括单轴运动到复杂的多轴插补运动。
图2控制系统结构示意图
本控制系统的程序设计采用模块化的设计方法，包括了运动主程序、手动控制程序、半自动控制程序、自动控制程序、IO控制程序、温度控制程序的设计
（1）任务设置
在程序任务中设置四个任务MotionTask 、TEMPCTRL、PressureRead、IOTask
如图4所示：四个程序任务是并行的，根据设置的优先级和周期扫描的时间，这样就能保证逻辑控制和运动控制的不互相干扰。
图4任务配置图
（2）运动主程序设计
运动主程序中主要由参数初始化、轴组上使能、电机回零位、操作模式选择、轴组状态处理模块组成，在操作模式选择下，选择相应的操作模式（手动、半自动、自动），主程序将调用相应的处理程序（手动控制程序、半自动控制程序、自动控制程序）程序模块简图如图3所示：
图3程序模块简图
4 结束语
本文作者创新点为该控制系统的设计采用了软PLC技术和SERCOS运动控制总线技术，简化了硬件结构，使得开发的控制系统符合开发式体系结构的要求，系统的可扩展性、可靠性、可维护性大大提高，重要的是实现了注射的高速高精度以及短周期循环。经过实践检验，本控制方案达到了预期的效果，具有十分广阔的应用前景。
30飞剪对从中轧14#架出来进入精轧机的红钢进行切头切尾及精轧堆钢时碎断红钢，对红钢在
精轧的顺利轧制起着重要作用。30飞剪失控所造成的堆钢及碎断影响轧制节奏，造成坯料的浪费，对轧钢的成材率有较大的影响。有必要对30飞剪的失控原因进行分析，并提出解决办法。
130飞剪PLC的控制过程
1.130飞剪梯形图
30飞剪采用FX2—80MR型PLC控制，用于对红钢的切头切尾及碎断，PLC控制梯形图如园1所示。其中：X3为飞剪前光电信号，X23为刀片剪钢后限位信号，X24为刀片剪完钢后停止位限位信号，X25为手动切头信号，X30为自动切头尾信号，Y0为离合器启动电磁阀，Y1为离合器制动电磁阀。
1.2PLC控制过程
飞剪剪钢时，因惯性要先制动离合器，再启动离合器，其时差不大于1秒，否则剪钢时刹不住车，造成连剪。
（1） 自动切头在有钢通过飞剪前光电管时，光电信号X3导通，飞剪离合器制动电磁阀Y1导通，延时0.11秒后飞剪离合器启动电磁阀Y0导通，飞剪切头。刀片的旋转使得刀片限位X23X24先后导通瞬时（其时间为感应铁片通过限位的时间），PLC内部继电器M23 M24也先后导通并自保，使得离合器电磁阀Y0Y1先后断开，为下一次剪钢作准备。刀片限位X23 X24通过内部继电器M23M24来控制一根钢通过飞剪时只剪切一次钢头（尾）。手动切头则与光电信号X3无关。
飞剪自动切尾与自动切头基本相同，只是切尾是在飞剪前光电信号X3断开后延时0.21秒后切尾。
（2） 飞剪连剪其操作方式有两种，一种自动方式是在全线自动时，若有轧机跳闸、夹送辊吐丝机跳闸及轧机内堆钢、轧机夹送辊间堆钢信号且飞剪前有钢，光电信号X3导通时，形成连剪信号（M0导通），飞剪连剪。另一种手动方式是在手动连剪信号X35或手动卡断剪信号X36导通时，飞剪前来钢，光电信号X3导通时飞剪连剪。
230飞剪失控的现状及其原因分析
目前30飞剪失控与电气故障有关的主要有以下几类：飞剪不切、飞剪连剪、飞剪中间剪切、飞剪封门等。针对飞剪失控的现状，分别分析其原因如下：
（1） 飞剪不切如果手动制动、启动离合器气动电磁阀能切，则可判定为电气上的故障。可能原因：飞剪前光电管X3及其继电器坏或光电管对位不准、气动电磁阀线圈坏、输出中间继电器坏等。
（2） 飞剪连剪如果飞剪刹车片完好，则可判定为电气故障。可能原因：接近开关（限位）松动或损坏、限位盘（感应铁片）松动、轧机后光电管X7及其继电器坏或光电管对位不准。
（3） 飞剪中间剪切飞剪在红钢中间剪切主要是电气故障。可能原因：飞剪前光电管X3对位不准及红钢抖动、光电管（继电器）坏、光电继电器触点接触不好等。
（4） 飞剪封门若气压正常，机械方面刹车片、气动电磁阀完好的情况下，有可能接近开关（限位）X23X24松动或损坏、限位盘（感应铁片）松动，飞剪剪切后，刀片停位不好，造成飞剪封门。
3解决措施
从以上各种失控原因分析，可看出若系元器件损坏引起，只能靠及时更换，减少故障时间。如限位盘松动、光电管对位不准等原因引起，则只能靠加强点巡检，减少人为故障。光电信号抖动及限位开关性能不好是引起飞剪连剪、中间剪切、封门等的主要原因，解决飞剪失控的办法，主要从电气设计不合理、PLC程序编制不合理等方面着手改进。
3.1针对光电信号抖动造成飞剪中间剪切，解决办法可以从改进PLC编程及改装光电继电器触点两方面着手解决。
（1）对光电信号抖动，可以在原PLC程序中加入防抖程序（如图2所示），将M100、M101、M102常开点分别代替原程序中的飞剪前光电信号X3、轧机前光电信号X6、轧机后光电信号X7的常开点。在红钢抖动（光电信号X3、X6、X7，瞬时断开1秒内），不影响PLC对飞剪的控制。因为进精轧区的两根钢间隔时间较短，故抖动时间设置不能太长，据现场实际整定为1秒。
（2）为保证光电信号的检测准确可靠，可将现有的光电继电器的触点进行改装，具体如下：将三副常开触点并在一起，引出至接线端，改变现有的一个继电器只用一副常开点，提高了光电输入信号的可靠性，从而降低飞剪失控的发生。
3.2针对接近开关（限位）X23X24的故障引起的连剪及封门，解决办法可以从改变接近开关（限位）接入PLC输入端及用编程器监控限位的工作状态两方面着手解决。
（1） 现有刀片剪毕位限位X23刀片剪毕停止位限位X24接入PLC的普通输入端，因飞剪剪切速度（限位盘转动）快，当限位X23X24性能不好或限位距感应铁片位置稍远时，PLC有可能接收不到限位的输入信号。为了确保PLC能可靠地接收限位信号，需将限位X23X24由普通输入端改接为高速输入端X0 X2（其输入频率为10KHZ），确保限位信号输入PLC 可靠而不丢失。
（2）充分利用编程器的监控功能，对输入PLC的限位信号进行监控。按编程器的“MNT/TEST”键，使编程器处在监控M工作方式下，对限位输入信号（也可对光电输入信号）进行监控，及时准确地对限位（接近开关）性能的好坏做出判定，对性能不好的接近开关，可作预测，及时发现隐患，便于在故障发生前处理隐患，减少飞剪连剪及封门故障。
3.3改变飞剪电机（由变频器调速）的转速即可改变剪切速度，可适当调节切头切尾的长度。这对于调整因气压不稳而导致的切头切尾长度的同步变化非常有效。
（1）当切头长度变长，切尾长度变短，可适当升高变频器的运行频率，使飞剪剪切速度加快，从而减短切头长度，加长切尾长度。
（2）当切头长度变短，切尾长度变长，可适当降低变频器运行频率，使飞剪剪切速度降低，从而加长切头长度，减短切尾长度。
4结束语
通过以上几项改进措施，基本上可以使电气设计上的不合理及PLC程序上的不足所造成的30飞剪失控现象消除，大大提高30飞剪的作业率。减少30飞剪失控所造成的堆钢及碎断，提高了成材率。但一些元器作损坏、自然及人为因素（如光电管没对准而检测不到红钢信号）所造成的失控，仍需靠加强点巡检及各方面的配合才能减少。
剑杆织机是早发明和推广应用于生产实践的一种无梭织机，早期的剑杆织机选色、送经、卷取、开口、绞边等机构都是机械式，淘汰型剑杆织机只有一个电动机，一个开关箱(电气控制箱)。随着电子技术、自动化技术的迅猛发展，各织机制造厂不断地采用新技术、新材料、新工艺、提高了剑杆织机机电一体化的程度。现在的剑杆织机幅宽至少是190cm的筘幅，宽至360cm或380cm筘幅，纬纱至少是4色或6色选纬，甚至是8色或16色选纬，采用计算机控制电子选色机构，这是机械式选色机构无法比拟的。当今计算机控制的剑杆织机除了主电动机以外，至少还有5-7台各种特殊功能的微电机，分别应用于送经、卷取、开口、自动找断纬、选色、织边、剪边纱等机构。这些特种电机都是由计算机控制，剑杆织机中的计算机还担负着监测、显示各种数据的功能。剑杆织机所采用的不是过去的单板机或8位机、16位机，而是32位计算机。计算机控制的特种变速电动机或变频调速电动机在织机中的应用，实现了织机在运行中任意变速，这是织机速度控制发展的趋势，它不仅在剑杆织机上使用，已在其它无梭织机上推广应用。近年来日本津田驹公司和丰田公司、意大利的SOMET公司、比利时的PICANOL公司、瑞士的SULZERTEXTIL公司和STAUBLI公司等无梭织机，普遍采用新型高速可靠的微机群或计算机系统及人机界面，具有自诊断和数据采集管理功能，实现电子送经、电子卷取、电子选纬、电子多臂、电子提花等控制。国内的无梭织机其技术水平与国外差距较大，国产剑杆织机的产量很大，但使用的技术普遍是从国外80年代的机型改进而来，大多数采用商用微机，档次不一。可编程控制器(PLC)以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术，面向控制过程，面向用户，适应工业环境、操作方便、可靠性高。近年来，中纺机、经纬纺机、龙力机械和杭州精加工等厂家都把PLC应用于剑杆织机的电气控制，把人机界面、操作按钮、编码器、断纱检测装置、多臂机、电磁离合器、选色器等通过PLC来控制剑杆织机的动作。PLC技术的应用对提高剑杆织机布面质量、扩大织物品种、提高织机的效率、简化操作、减低消耗、减轻劳动强度等方面起了重大作用。本文介绍以欧姆龙CPM1A型PLC及一20EDT的扩展模块为核心，构成剑杆织机电气控制系统，完成织机角度检测、可编程控制器对选色电磁铁、主离合器、慢车及找纬离合器等控制。
2SGA726型剑杆织机系统组成和特点
SGA726型剑杆织机电控系统充分采用当今先进的微电子技术和微机技术，采用欧姆龙可编程序控制器，解决现有的单片机系统无法解决的工艺差、稳定性差、抗干扰能力差、故障率高的缺陷，使整个电控系统的控制水平有了很大的提高，反映了当今国内纺机控制技术的发展方向，系统组成框图如图1所示。
电控系统角度传感器采用值式光电编码器，准确给出织机任何定位角度，PLC为模块式,可根据需要增减输入输出模块。经停按钮和停经片等组成经停检测装置，该按钮可在织机后部控制织机停车，拔出后用于织机调试。
(1)开车按钮:当筘座位于起动区(310～40度)，且所有起动条件都满足时，按此开车按钮，则织机开快车;
(2)停车按钮:如果按下时间短，织机停车，并自动回转到330度，如果按下时间较长，则织机停车后不回转。回转过程中按此按钮则织机立即停止回转。若按住此按钮不放可封锁一切操作;
(3)点动按钮:按住点动按钮织机则慢车正向转动，当有些故障发生时可用点动按钮复位。
(4)回转按钮;当筘座位于回转区(330度～260度)时，按此回转按钮，织机则慢车回转至330度，同样回转过程中按停车按钮，则织机立即停止回转;
(5)正找纬按钮:按此按钮，多臂机带动综框正向找纬;
(6)反找纬按钮:按此按钮，多臂机带动综框反向找纬;
(7)急停按钮:按住此按钮,可切断电柜电源;
(8)用一油压继电器检测织机油路系统油压情况。
2.1主要电器
机上系统包括传感器7只、抬纬电磁铁1只、主电机、风机、慢车电机、储纬器、主离合器、制动器、慢车离合器、找纬离合器等。
2.2控制电源
三相交流电源接入自动空气开关QF，其保护电流是20A，电源变压器提供二组交流21V电压，一组全波整流滤波后，产生直流24V电压，用于主离合器、慢车离合器线圈、光电编码器和报警灯电源;另一组交流21V半波整流后，用于正常低压制动;交流220V半波整流后，对储能电容器进行充电用于高压制动;电源变压器输出的交流110V经全波整流后用于找纬离合器线圈，交流110V还用于交流接触器线圈驱动;变压器输出交流15V经全桥滤波、7812稳压后，用于纬纱检测器、液晶显示器、传感器驱动。电机起动按钮和关机自锁按钮串入主交流接触器KM1线圈电路，KM1控制主电机、风机和慢车电机。慢车电机正反转KM2、KM3接触器接在主交流接触器KM1后，线圈由PLC控制。三只电机主电路各接入一只热继电器实现过载保护。织机主电路如图2示。
2.3传感器和执行器件的配合
值式光电编码器通常安装在织机主轴快车端上，以便检测出织机控制所需的任何角度。设计时把编码器改至剪刀轴上，有效减少了编码器的震动和不必要的损坏。慢车和找纬离合器上装有二只接近开关，一只为PXsm，当慢车离合器啮合时，禁止织机启动快车;另一只为PXpf，当找纬离合器脱开时使慢车离合器啮合，在找纬过程中封锁开车按钮、慢车按钮，找断纬过程完毕后使慢车离合器脱开。织机的引纬方向有一只纬纱检测器和一只抬纬电磁铁，在运动过程中以及倒车过程中抬纬，以排除不正常引纬。
3PLC控制
3.1断纱检测
织机的定位停车位置，由MPT001-C中文人机界面上设定，PLC根据值式光电编码器的角度而实现,无须机械安装定位停车开关。断经信号由经停片直接通过导线传给PLC，PLC根据用户设定的断经停车角度(MPT001-C中文人机界面上设定)和值式光电编码器的角度信号实现定位停车。经纱品种不通过调节PLC对停经片的灵敏度，可以准确实现定位停车，有效提高产品质量。纬纱信号经过处理电路分两点(断纬、重纬)进入PLC，无须选纬传感器和定位停车开关，PLC程序将会根据用户设定的断纬、重纬停车角度和值式光电编码器的角度信号实现定位停车。
3.2编码器连接
值式光电编码器轴旋转时，产生与位置一一对应的代码(二进制、BCD码等)输出。从代码大、小的变更，即可判别正反方向和位移所处的位置，而无须判向电路。它有一个零位代码，当停电或关机后再开机重新测量时，仍可准确地读出停电或关机位置的代码，并准确地找到零位代码。一般情况下，值式编码器的测量范围为0～360度，但特殊的型号也可实现多圈测量。本编码器的出口端引出10根线，其中2根分别接24V和公共(COM)端，其余8根不同颜色的线和PLC输入端的前8个端子即(00000～00007)相连接，利用剪刀轴带动编码器所转的角度传给PLC，再由PLC传给显示屏，这样就可以通过人机界面准确把握织机的停车角度、织机的转速、纬检开始角度、纬检结束角度、经停角度、纬停开始角度等。
3.3可编程控制器(PLC)I/O接线
PLC的主体由CPM1A(30点输入输出)和20EDT晶体管扩展模块(20点输入输出)组成，CPM1A可编程控制器有两排进口端子和两排出口端子，分为上下两层，由一根通讯线连至显示屏，以监控织机的运行情况。图3示出PLC输入/输出接线图
PLC输入点00000～00007接编码器8根输出信号线，输入点00008与纬纱检测器输出ws相连，接收纬纱检测器的给定信号，00009点和手轮保护开关hw相连。为了及时检测接近开关和找纬接近开关的工作情况，把00010和00011点分别用来反映慢车接近开关和找纬接近开关的动作情况，把这两点分别接至织机的慢车接近开关(sm)和找纬接近开关(pf)。慢车和找纬接近开关动作情况通过PLC传到人机界面上，维修人员可以在织机突然停止情况下及时了解织机系何种原因停机。00100点和油压信号sp相连接，当油路出现故障时，PLC接收到sp信号，显示屏上即显示油压低的警告。00101点与经停开关(js)相连，当织机在正常开车时，一旦经停开关(js)动作，织机立即停止工作。根据操作需要，利用PLC的00102点和快车按钮相连接，00103和慢车按钮相连接，00104和点动按钮相连接，00105和回转按钮相连接。晶体管扩展模块输入点00200、00201、00202分别连接正找纬、反找纬和急停按钮。这样，横档操作面板上所有按钮都通过PLC控制织机运动。扩展模块输入点00203、00204、00205分别连至人机界面上的运行编程、上移纬和下移纬按钮，便于操作人员把所要设定的工艺参数通过人机界面输入到PLC中。扩展输入点00206与维修开关相连接，可以在维修时关闭PLC的动作，确保维修安全。扩展输入点00207～00209与班次组合按钮相连，方便统计每班组织机运行和生产情况。