西门子6ES223-1PL22-0XA8大量现货
1． 引言
三门峡天元铝业集团公司铝合金铸造厂在开发研制生产割草机变速器的过程中，为试验割草机变速器的工况状态，专为割草机变速器设计生产了试验台。试验台能够模拟变速箱实际工作状态，并测量和显示出其转速、扭矩、振动、径向压力和箱体温度等性能参数，经系统后台数据处理和综合分析后生成测试报表。用户可以方便地完成各种类型试验，并得到相应报表。系统功能齐全，人机界面良好，操作简单，抗干扰能力强，目前已投入实际应用。
该试验台的离合装置试验是针对带有离合机构的变速器而增加的功能，主要用于离合装置寿命试验。开始设计的线路为用JS7时间继电器控制线路，控制线路多，接线复杂，且继电器长期带电工作，继电器触点易老化，继电器机械寿命也不能达到要求。随着设备的运行时间越来越长，故障点相应增加，维护工作量越来越大，严重影响割草机试验台的安全运行。为保障试验的安全稳定运行，需对原继电控制系统进行改造。
2. 项目的实施简介
该项目为适应工况要求增加的试验带离合装置的割草机变速器离合寿命试验。试验要求：连续运转150小时，离合齿轮啮合10秒/次，离合齿轮分离5秒/次，即离合周期为15秒。150小时的离合周期数为36000次。该试验目的为：
（1）试验离合弹簧拉力和寿命能否保证36000次离合试验；
（2）试验割草机变速箱在加载的条件下变速器的离合齿轮离合及磨损状况。这两项达标，才能保证离合装置安全可靠。经方案设计，项目与2004年实施后，通过轻载试验、加载试验证明试验效果良好。功能齐全、稳定可靠，投入试验至今，已取得了较好的社会效益和经济效益，填补了国内无割草机变速器试验台的空白，并经河南省科技厅组织专家鉴定，获得河南省科技成果鉴定证书。
3. 系统组成
割草机变速器试验台离合装置PLC控制系统是以可编程序控制器PLC为核心的控制、执行、声光报警和一次、二次外围元件组成。可编程序控制器的型号为CPM2A—20CDR-D。该机型体积小、可与计算机通讯，便于监控、调试和排除故障，丰富和完善了对试验台的检修、维护手段，提高了自动化水平。本系统共需5个输入点和5个输出点，PLC电源电压选用AC220V,输入额定电压为PLC内部电源DC24V,输出额定电压为PLC外部电源DC24V,输出电流为2A/点，采用继电器输出方式，程序表达使用梯形图形式，本系统仅设置自动工作方式。下图为PLC外部I/O接口（见图1）和梯形图（见图2）。
图1. PLC外部I/O接口
图2离合试验程序梯形图
该梯形图中，长延时电路采用1.0秒时钟脉冲和计数器CNT000、CNT001、CNT002组成，分别为秒计时、分计时、和小时计时，小时数设定为150小时。齿轮离合时间控制有TIM003、TIM004组成，采用联锁方式，离合周期为15S/T，实现齿轮啮合时间10秒和分离时间5秒的互换。动作原理：运行条件钮子开关闭合，按起动按钮，运行指示灯亮，长延时电路开始计时，实现秒、分、小时计数；TIM003、TIM004轮流10S、5S定时交替工作，实现齿轮离合，离合计数器开始计数，以便试验人员监视离合次数。齿轮离合电磁铁开始通电、断电工作，由电磁铁拉动弹簧使离合齿轮离合。试验过程中如主电机停转或冷却水压低，报警指示灯亮，提醒试验人员排除故障，故障排除后，按报警接除按钮，报警指示灯灭。试验时间到即开机150小时（或计数器显示36000次），1002试验时间到指示灯亮，运行停止。运行条件钮子开关置关。可进行下一次试验。
4.结束语
割草机变速器试验台离合装置改造两年来，运行非常稳定、软件设计合理、操作简便易行，并由醒目的输入、输出指示，计时、计数准确，自动化程度高。经该试验台试验出厂的变速器产品质量、产量都有很大提高。
一、加工机械原理与系统功能
在脆性材料（如石材）加工中，异型加工应用日渐广泛，确定其控制方案时，采用PLC进行设计是一种性价比较高的选择。图1为截面仿形柱体加工机械的示意图。其工作过程分析如下：
图1 加工机械的示意图
运动过程：矿车带动工料作Z向往返运动（此时刀具固定）;刀具可作X、Y两方向运动：X方向分片进给将工料上部去除（当分片距离足够小时，由于是脆性材料，这些片实际上不存在）;-Y运动为刀具的进刀量;Y向运动时带动用于仿形的光电对管运动。
仿形原理：按所需的形状用硬质材料剪裁制成模板，形状曲线朝上，当随刀具-Y向运动的光电对管往下碰到模板上边缘时发出信号，刀具-Y向往下不再进给，一分片加工结束可进入下一分片的Y向往下进给加工，如此循环，直至X向分片运动结束。由于刀具位置固定时，矿车带动工料作Z向往返运动，故可加工出截面仿形的柱状体。
针对上述加工要求，PLC控制系统设计如下功能：
（1）设置粗、精加工两道工序，以实现较好的仿形效果。粗、精加工的转换有手动和自动两种方式。
（2）X向的分片距离可设置和显示。
（3）Y向往下进给量可设定和显示。
（4）整个系统有手动与自动两种操作方式选择，有电机过载和X、Y、Z向限位保护。
（5）刀具旋转速度和Z向矿车速度利用电磁调速。
（6）加工一工料后，系统自动停止;设有急停和暂停（即从停止工位可起动继续加工）。
二、PLC的I/O安排
为实现上述控制功能，PLC选用三菱FX2N系列，I/O点数为64点。具体安排如下：
输入点：X0：加工系统起动;X1：手动/自动选择开关;X2：急停;X3：暂停;X4/X5：+/-Z向点动;X6/X7：+/-X向点;X10/X11：+/-Y向点动;X12/X13：+/-Z向到位开关;X14/X15：+/-X向到位开关;X16：+Y到位开关;X17：+/-X、Y、Z六个限位保护开关（由于限位保护时，故障现象直观，为节省输入点数将六个常开并联）;X20：粗/精加工选择;X21：粗、精加工自动连续（即粗工结束后自动进入精加）;X22～X25：X、Y、Z向电机过载保护;刀具（如锯片）旋转电机过载保护;X26：-Y向下降进给量设定确认;X27：X向分片距离设定确认;X30：仿形用光电开关;X31～X34：进给量和分片距离设定值拨码开关。X35：故障排除或暂停再起动。
输出点：Y0：控制刀具旋转电机对应的接触器;Y1～Y2：矿车Z/-Z向运动;Y3～Y4：刀具X/-X运动;Y5～Y6：刀具Y/-Y向运动;Y7：手动指示;Y10：自动指示;Y11：粗加工指示;Y12：精加工指示;Y13：粗、精自动连续指示;Y14：暂停指示;Y15：系统运行指示;Y16：故障报警;Y17：限位故障指示;Y20：刀具旋转电机过载故障指示;Y21：矿车电机过载指示;Y22：分片电机过载指示;Y23：Y向电机过载指示;Y24～Y27：4位设定值BCD数字选通控制;Y30～Y37：4位数码管显示控制。
三、程序设计
控制程序主要包括点动调整、粗加工、精加工和设定值处理与显示程序，采用步进功能指令设计。在这些程序中也包括停止、保护和故障处理的环节。
加工开始前，应根据工料的自然尺寸确定Y、±X、±Z的到位开关;点动调整刀具和矿车到初始（原
图2 仿形原理示意图
图3 粗加工程序流程图
位）位置;根据工料材质设定好-Y下降和X分片进刀量;选择加工方式即粗加工或粗—精连续加工或精加工方式。
下面分析主要程序的控制原理。
1、粗加工控制程序流程
粗加工原理是将工料仿形截面的上部分割成一片片，由于工料是脆性材料，当分片距离足够小，已分割完的片实际是不存在的。如图2所示。
粗加工的PLC控制流程如图3所示。
2、精加工程序
精加工程序X分片距离程序设定为粗加工的1/2，加工过程没有-Y下降进给，采用一直下降至光电开动作后，再Y上升至光电开关不动作（这也是补偿控制原理），进行Z或-Z运动，流程略。
3、关于再起动问题与初始化
为减少加工过程中出现的可避免废品，除了急停外，对电网停电、故障保护、暂停等引起的加工过程中断，对每一步进状态，将自动控制流程所用的状态器Sn～Sm送入悼电保护的数据寄存器中;对于进刀量，采用积算原理和减计数的方法设计。这样，用户可在停机处理后按再起动（X35）继续加工。
在初始化程序化程序中，必须根据不同的开机情况对相关的状态器和数字寄存器赋初值。
四、结语
本文所分析的仿形加工PLC控制方案，已在石材加工得到较好的应用。在实际系统运行一段时间后发现由于丝杆隙动量的问题，-Y向下降到光电开关处往往会出现过冲现象，在精加工程序中加入补偿方法，能较好地解决这一问题。
当然利用计算机集成制造技术或PLC的运动控制中的示教功能也能实现仿形加工[2]，但对简易仿形和脆性材料加工，本系统具有较高的性价比，值得推广应用。
某桥闸共包括8个拦河水闸和2座船闸。水闸为启闭式闸门，船闸为两扇人字门，原设计为人工操作。在经历了2004年的一次洪峰之后，水利部门决定按照高起点、高标准的要求，采用SunyPLC250模块式小型可编程逻辑控制器实现水闸的自动控制。根据桥闸的实际情况，提出如下监控要求。
1.1. 生产监视
模拟量：闸门位置、闸门上游水位以及电机的电流、电压等。
开关量：运行状态（上-下-停、就地-遥控）。
1.2. 设备操作
手动：可用鼠标和键盘在上位机对闸门进行远程点动或连动操作。
自动：闸门可根据设定值自动调整闸门位置，进而控制上游水位。
就地：具备就地/远程切换功能，一切操作均为现场优先。
1.3. 安全保护
当现场设备运行异常时，能够自动停止设备运行，达到保护设备安全的目的。
2. 系统构成
SunyPLC250模块式小型可编程逻辑控制器负责闸门有关参数（闸门位置、水位、电机状态等）进行采集并按照预定算法进行相关运算，一方面将运算结果输送给执行器使闸门或启闭机产生相应动作（开/关、启/停），另一方面将相关信息通过ModbusRTU总线发送到上位机进行显示，供操作员监视和管理。每台启闭机的I/O点如下表所示：
名称 类型 数量 备注
电机参数 AI 2 电流、电压
闸门位置 AI 1 位置
闸门状态 DI 2 上、下
控制状态 DI 1 就地/遥控
电机操作 DO 2 上、下
3. 控制方案
控制算法的设计采用SunyPRG编程软件完成，该软件支持IEC61131-3标准所规定的五种控制语言。需要强调的是，SunyPRG编程软件引进了实时数据库技术，使编程人员不再被枯燥乏味的地址所困扰。多种仿真手段大大方便了程序检查，使工程周期缩短30％以上。
3.1. 闸门操作
对启闭机的操作来说，点动、手动操作为非定量操作，而定位操则为定量操作。由于闸门运行时的惯性及刹车性能不一样，编程时，要考虑定位控制的补偿问题。下图为简化的启闭机控制组态梯形图。
根据水闸操作规程，对闸门的启闭顺序是：“开闸时先中间后两边，关闸时先两边后中间”，程序设计中应注意顺序操作编程的处理。
3.2. 水位调节
为了使上游水位控制在设定范围内，构建一个由SunyPLC250、水位测量和启闭机组成的单回路PID闭环控制器
在实际运行中，无论手动还是自动，只允许开启两孔闸门，且每次开度不允许超过三十厘米，设计本控制方案时，必须考虑八孔闸门的相互关联。
3.3. 联锁保护
远程监控的实现减少了操作人员的现场操作时间，只需定期巡检。但在巡检间隔期间，如果闸门故障了发生，需要及时停止启闭机，否则将发生严重事故。一般启闭机有以下几种故障类型：
闸门卡死：闸门下降时，被水闸下的杂物顶住，无法继续下降。
闸门超限：闸门不能超过导槽高度，否则闸门出槽。
电机过载：正常启闭时如果电流过大，说明电机过载。
超时运行：每次闸门操作不能连续运行超过某一设定时间，否则表示闸门失控。
超距运行：每次闸门开度不能超过30厘米。
由于测量点数和手段的限制，用SunyPLC250可编程逻辑控制器实现上述故障的检测存在一定难度。在工程实施中，我们通过与闸门操作工的深入探讨和现场检视，引起闸门故障的原因和条件，设计出了“智能软测量”故障判定算法。该算法能够根据现有测量结果、计时器和操作等信息出闸门运行状态，向操作工提供参考。
4. 人机界面
上位机人机界面采用浙大中自公司的SunyTech工业控制应用软件平台绘制，该软件内置多种通讯协议，可以通过ModbusRTU与SunyPLC250进行数据交互。该软件支持的OPC功能也为将来水利统一调度和管理的实现提供了条件。
下图示出了一号闸门监控流程图。
5. 结束语
在2005年的雨季，该控制系统的应用对流域泄洪防灾起到了至关重要的作用。
SunyPLC250模块式可编程逻辑控制器水闸监控系统的应用，大大提高了闸门自动化程度，改善了工人的劳动条件，减轻了操作人员的劳动强度。联锁保护功能使设备发生故障时，能够立即停止闸门的运行，在监控计算机中显示报警信息，提醒操作人员采取应对措施。