西门子模块6ES7223-1BF22-0XA8技术介绍

西门子模块6ES7223-1BF22-0XA8技术介绍

    1引言
      
      龙门式精密油压机，具有行程大、工作台宽、空程速度快等特点，若采用以往所使用的常规继电器控制系统的各种行程开关来控制油压机动作行程，当压制一种产品要求更换模具时，需要调整行程开关的位置，主缸的行程开关很高，液压垫的行程开关则在地坑内(机身有一部分在地坑内)，变换参数数据，调整操作十分不便。针对这一点，我们使用PLC精密直线位移传感器高精度分辨率的模拟量输入模块触摸屏来控制整个电气控制线路。主缸、液压垫均采用美国TOM公司生产的精密直线位移传感器，tigao了行程控制的可靠性和精度;采用进口触摸式工业显示屏，PLC程序控制，上作灵敏、可靠、柔性好，整机数字化程度较高;采用光幕安全保护装置，滑块导轨程控滑块装置.使整机性能更加完善
      
       2龙门式精密油压机运行机构
      
          2.1龙门式精密油压机驱动系统
      
      采用3台电动机驱动:①液压泵主电动机带动一个双联叶片泵.控制滑块、液压垫的上七行，下行，上退料缸的退料和缩回。②液压泵主电动机带动一个变量柱塞泵，控制滑块、液压垫的上行，下行，退料缸的退料和缩回。③一台小电机控制整台机器的自动润滑系统
      
       还设有电磁换向阀、插装阀等若干个，控制整个油路系统。
      
         2.2执行机构的动作顺序
      
      机器有点动和半自动两种动作规范。作半自动循环时各执行机构的动作顺序为：主缸快速下行-主缸工进压制-主缸上行、液压垫下行、上退料缸顶出退料一退料杆缩回。
      
         3控制系统的设计
      
          3.1硬件设计
      
      根据精密油压机运行控制技术要求，输入信号19个，输出信号19个，该设备选用口本三菱公司生产的FX2N-48MR可编程序控制器。其1/O分配如表1。
      
      电气系统采用38OV交流电源，控制电路电压220V，且由变压器与主回路隔离，电气设备接地均牢固可靠。初采用三菱公司的FXZN-2AD作为直线位移传感器采集模拟量输入，在调试过程当中，在触摸屏中查看油压机的主缸、液压垫当前位置显示值时发现参数有跳动，输入有电压波动，模拟量参数值受到外界干扰。换用FXZN-8AD，把一般的I0V直流开关电源替换使用了l0V直流稳压电源，直线位移传感器和FX2N-8AD之间模拟量输入信号线使用了双芯绞和屏蔽电缆，之间确保没有接头，并和其他电源线或容易产生电气干扰的导线分离开，针对输入有电压波动，两个通道分别连接了一个容量大约为0.1到0.47μF，25V的电容器。试验结果较好，没有出现数值跳动。
      
      PLC外围接线如图1所示，模拟量输入模块FXZN-8AD通过PLC扩展口与PLC相连。触摸屏和PLC通过RS-232相连。FXZN-8AD使用了PLC的24V直流服务电源，确保了将接地端子圈连接到皆进行。级接地(不大于lon)的PLC主单元的接地端子上。
      
       
      
       表1输入、愉出信号及其地址编号表
      
       
      
       图1PLC接线图
      
       
      
       图2输出阀接线图
      
      阀的接线如图2所示。输出阀为24V大liuliang直流阀，上面并联的整流一极管是为了防止继电器在输出时，时常有火花冒出影响其使用寿命。
      
          3.2软件设计
      
      在使用FX2N-8AD时，可以根据PLC主单元和其连接的方法，用TO指令来设置输入模式，从而可以从电压输入、电流输入和热电偶输入(温度输入)中，选择模拟输入信号FXZN一SAD可以在每个通道选择不同的模拟输入，运用于该部油压机时，我们把FXZN一SAD直接连接到FX2N系列PLC上，选择了通道1和通道2，两通道都是电压输入。
      
          3.2.1PLC程序设计
      
      程序中主要控制各个阀的通断来控制整个油路系统，从而控制整台油压机的动作由于该部分程序较长，此处没有列出。程序还包括主缸、液压垫位置的采集，位置的采集是利用直线位移传感器，用FX2N一8AD来处理采集到的信号，通过FX2N-8AD的缓冲存储器(简称“BFM”)来完成FX2N一SAD和PLC主单元之间的数据传输。使用FROM/TO指令来读写BFM和PLC之间的数据。PLC梯形图程序如图3所。模拟量输入模块数据处理的程序如下:
      
      ①改变输入模式(BFM#O，BF氏1#1)(改变每一个设定值)大约需要5s的时间。确保修改完输入模式后到执行写入每一个设置(TO指令)之间至少有5s间隔。
      
      ②数据寄存器D232中存放主缸当前位置数值。程序中使用比较指令让主缸当前位置和触摸屏中设定的主缸上限、主缸工进、主缸下限等数值做比较，从而执行主缸的当前动作。
      
      ③数据寄存器D214中存放液压垫当前位置数值。程序中使用比较指令让液压垫当前位置和触摸屏中设定的液压垫上限、液压垫下限等数值做比较，从而执行液压热的当前动作。
      
       3.2.2FXZN一8AD标准I/0特性
      
       图4是FX2N-8AD的标准1/0特性，电压输入-10V到 10V，使用0～10V直流稳压器。
      
       则当达到 IOV时，模拟数值转换出来数字值为 1600
      
       
      
       图3PLC梯形图程序
      
       4精密直线位移传感器的使用
      
      美国TOM公司生产的精密直线位移传感器，是带有一个长的持续传导轨迹分压计型传感器，在控制和测量运用中，适合于位移传感，其线性精度为士0.05%。具有移动快，寿命长等特点，符合龙门式精密油压机的控制要求。根据实际要求在油压机的主缸、液压垫上分别安装Kl下滑板式、KTC拉杆式直线位移传感器。在一个半自动工作过程中，油压机的主缸、液压垫分别带动两只直线位移传感器移动，将采集到的两点模拟量值输入到FXZN-8AD，FX2N-8AD将此模拟输入数值(此时是电压输入)，转换成数字值，并且把他们传输到PLC主单元。主缸、液压垫选用直线位移传感器的有效测量长度为500mm、400mm。
      
       
      
       图4标准1/0特性
      
         5GP系列触摸屏在油压机中的运用
      
      GP系列触摸屏工业图形显示器(简称触摸屏)是一种连接入类和机器的(主要为PLC)入机界面(简称HMI)，称为PLC的脸面，它替代了传统的控制面板和键盘的智能操作显示器。我们选用日本Dighal公司生产的触摸屏，作油压机的主缸h限、主缸工进、保压时间、卸荷时间等各种参数的设置、数据的显示和存储。通过数据、曲线、图形动画等各种形式来反映PLC的内部状态，存储器数据，从而直观反映龙门式精密油压机的各动作流程。
      
      以油压机带动育线位移传感器的行程作为图形的纵坐标，横坐标则由时间实时监控，在压机工作一个半自动工作循环后，得到如图5所示的油压机动作趋势图。从该动作曲线上，可以清楚地看到油压机在完成整个半自动动作过程中所描绘的折线图。根据该折线图，判断机器运行良好与否。
      
       6结束语
      
      以PLC为控制核心，将直线位移传感器、模拟量输入模块、触摸屏用于龙门式精密油压机的控制，大大tigao了设备的自动化水平和生产效率，减轻了现场操作入员的劳动强度。目前，这台油压机的触摸屏可显示机器全程工作状态，若需要更高精密度控制，则可搭配以下只者其一：速度比例阀、压力比例阀、速度及压力比例阀。
      
      采用PLC和触摸屏结合的方式进行控制，使整个系统性能稳定，监控功能较完善，监控效果较好，控制性能稳定。它还简化了油压机的电气控制系统，在工艺程序变更时，更突出表现其灵活方便的优越性。系统具有控制实时性好、可靠。PLC能够以内部集成功能控制型坯，实现吹管与传送装置的同步运行，对梭子进行线性定位，还能够控制30个区域的温度。
      像大多数吹塑设备原始制造商（OEMs）一样，基于多元智能的R&B塑料机械有限公司（R&B）必须jingque协调各种机械的运动。他们的机器使用过闭环液压驱动器搭配专用运动控制卡件。这套方案不仅价格昂贵，难于协调。近，该公司成功地用常规PLC实现了吹塑机运动控制功能，这样做既tigao了产量，又缩短了机器运转周期，还削减了生产成本。
      
      　　R&B能够提供塑料机械、铸造、加工、以及切割系统的解决方案。他们提供的产品包括可编程控制器、触摸屏式操作界面、独立的型坯控制器、倾斜或水平机械、模件表面补偿压盘、机械切割机、单螺杆挤出机以及高精度的吹塑加工设备。
      
      　　该公司还可以根据客户要求设计并定制设备，以满足各种生产需求。他们还提供机器检验、安装/拆除、维修以及金属切割服务。　　
      
       
      
      将运动控制集成到PLC程序使编程变得简单，tigao了R&B塑料机械公司系列吹塑机的性能
      
       用PLC实现运动控制
      
      　　一种特殊的R&B吹塑机器有9根伺服液压驱动轴——3根用来控制型坯（把材料挤压成空心管或半球体，这是吹塑工艺的步），6根用来控制运动。这种机器包含2个梭子，2个模具，以及2根吹管。运转时，夹具反复打开和夹紧模具，吹管反复做上下运动，传送装置带动夹具至型坯正下方，到达吹气位置。
      
       　　David Chin是NDCTechnologies的技术人员，该公司是Siemens的战略合作伙伴，一同参与了R&B控制系统升级项目。Chin说：“R&B使用了标准的SiemensSimatic S7PLC来控制这些位置运动。我们提供了一套功能模块，使R&B能运用PLC进行位置控制。其它的机器可能要使用运动控制器来控制运动，这是一种专用于伺服控制和定位的控制器。我们定制的功能模块能够达到与独立控制器相同的功能和性能。”
      
      　　Chin说：“PLC通常很难做到高精度的伺服控制，这是专用运动控制器被广泛采用的原因。在我们的应用中，标准的SiemensS-7 PLC承担了运动控制功能，它通过液压驱动装置对各个部件进行定位。”
      
      　　PLC还对30多个区域进行温度控制，这些区域包括加料斗、挤出机以及型坯顶部，其中12个区域既能加热又能冷却，18个只能加热。温控系统必须将机器各部分的温度误差范围控制在1度以内，型坯顶部要能够将料斗传来的冷塑料加热到415°F。
      
      　　常规PLC采用IEC-61131标准语言编写的功能模块控制所有的伺服液压系统驱动轴，它不需要特殊的运动控制环境。加入运动控制功能的PLC相对于专用PLC和独立的运动控制器而言，具有更出色的性能和更高效的处理能力。
      
       　　集成型坯控制
       
       
      
      　　R&B初希望通过PLC实现型坯控制。通常，吹塑机由机械控制器或基于PC的自动化设备控制，前者带有独立的型坯程序单元以及专用运动控制卡件；后者通过专用代码达到运动控制的要求。
      
      　　R&B希望将型坯程序集成到主机器控制器中。如果PLC的运算速度足够快，就能够实现这一目标。用于型坯控制的模拟数据直接从一个位置检测器输入，所有的处理过程都和普通PLC程序一样。终，驱动型坯吹塑的液压阀由PLC输出的模拟信号控制，整个过程不需要借助任何专用设备。
      
      该公司随后把其余的伺服液压轴控制程序也集成到PLC中。位置检测器通过SSI模块把数据传送到PLC，如有需要，可以通过Siemens的ProfibusIsochrone（等时）模式将SSI模块传来的位置数据与PLC程序同步，同样，液压阀都由标准的模拟输出信号控制。
      
      　　R&B还把控制吹管与传送装置运行的程序集成到PLC中。当传送装置将模子带动到吹管位置时，吹管就会按程序设定向下运动。由于两者（传送装置与吹管）的转轴实现了协调控制，这个过程很少出错且不用担心会产生碰撞。
      
      在把这项功能集成到PLC之前，由于吹管和传送装置之间无法通信，R&B无法实现两者的同步。PLC的通信协议使两者首度实现了同步。
      
       　　减少空循环时间
       
       
      
      　　吹塑过程中，所有机器吹制或冷却一个瓶子的时间都相差无几。在循环时间，尤其是空循环时间（机器不在吹瓶的时间）方面，机器之间存在差异。循环时间是指开始吹一个瓶到准备吹另一个瓶之间的全部时间。
      
      　　PLC中的运动控制功能tisheng了协调空循环动作的水平，从而减少了特定动作之间的间隔时间。它们能依据位置而不是时间协调各种动作，这样就能大大减少空循环的时间，为R&B赢得了循环时间上的优势，其结果是可以节省下大约20%的空循环时间。
      
      　　事实证明，采用基于常规PLC的自动化吹塑解决方案代替专用运动型坯控制器可以获得巨大的优势。由于所有的伺服功能都由一个功能模块控制，这意味着更好的协调性、更快的机器循环时间、更简洁高效的程序以及更精简的设备；由于专用硬件都是小规模生产的，势必会产生质量控制和长期技术支持方面的问题，需要根据出现的问题修改设计，所有这些都会增加额外的经济投入。
      
      　　事实证明，与基于PC的控制相比，基于PLC的自动化解决方案能为吹塑提供更有吸引力的成套控制设备，它们拥有更好的模块，使用了固态存储器，不需要第三方操作系统，使用寿命更持久，长期支持更出色。与PC相比，PLC的关键优势之一是在突然关闭的情况下依然能够保存数据（如断电情况）。
      
       　　R&B Plastics的JakeLosee说：“现在我们采用一个控制器控制PLC功能和运动控制功能，以前使用独立运动控制卡时的通信延迟已经不存在了；我们能记录每根轴的转动，以前我们使用独立软件时，需要了解专用运动控制卡的技术人员对其进行编程，现在，用户可以通过人机界面（HMI）自行完成这些工作。”
      
      　　Losee还说：“我们的一个目标是精简设备。额外的设备意味着更高的成本、更繁琐的维护以及更多的配套软件，这就要求我们对维护人员进行更多的培训。用PLC集成运动和型坯控制确实是一个高度优化的控制方案。”