西门子6ES7223-1BM22-0XA8参数规格

西门子6ES7223-1BM22-0XA8参数规格

　一、引言

　　风机、泵类等由电机拖动的设备，其耗电量占据了我厂总用电量的绝大多数，从目前我厂此类设备的运行情况来看，在节能方面有巨大的潜力可以挖掘。根据工艺流程特点和需要，我厂区各装置中泵类设计使用上，一般在同一工艺点中均采用两台同容量泵(一主泵、一备用泵)。为了节能和自控的目的，目前针对机泵一开一备的方式可以有两种解决方案：将主机加装变频器;或将主机和备机加装变频器。上述两种方案都存在不同的弊端，前一种方案当备机运行时将不能实现节能和自控(备机运行时间基本等同与主机);后一种方案则造成设备的闲置浪费(两台变频器在同一时间内只有一台运行)。

　　二、解决方案

　　我们假设一下，如果能够用一台变频器带动两台电动机运行，并用控制设备对其操作进行控制，这样一来，即可发挥变频器的优势，又可以节省资金的投入。变频器的技术已经比较成熟，基本型的变频器都有一拖二甚至更高的功能，使用常规电器搭建控制部分则非常困难，因大量使用继电器、时间继电器又将造成控制部分的可靠度降低和故障率的升高，很少有这样的设计方案。可编程控制器(PLC)是近年来发展极为迅速，应用面极广，它具有功能齐全、使用方便、维护容易、通用性强、可靠性高、性能价格比高等优点，已在工业控制的各个领域得到了极为广泛的应用，成为实现工业自动化的一种强有力工具。

　　本设计正是基于以上背景，在原有设备的基础上添加一台PLC，利用PLC控制，实现变频器一拖二控制电机改造，用一台变频器带动两台电机调节转速，实现一机多用，大限度的提高设备利用率，挖掘增效潜力。既提高了自动化水平，又节约电能，一举两得。

　　本方案采用OMRON公司的CPM1A型PLC，输出形式继电器，并结合适当的外围设备搭建控制变频器的控制系统，具有使用可靠性高、响应速度快、动作准确、功能可扩展性强、外围设备少、成本低、抗干扰能力强等特点。本文考虑设备数量及应用场合，选择CPM1A。因为它具有可靠性高、体积小、扩展方便，使用灵活的特点。选其型号为CPM1A-30CDR-A。I/O点为30点;电源类型为AC型，范围100V~240V;输出方式为继电器输出型。性能如下：2048程序存储器;2048数据存储器;18点输入，12点输出;可扩展3个模块;对于大型控制工程，18点输入不能满足点数要求时，可以通过I/O扩展模块进行行输入点数的扩展。CPM1A多可扩展到54个输入点。若要增加PLC电源的可靠性，我们可以选择CPM1A-30CDR-D型机，功能同上，但其电源为直流24V，由另购UPS供电。

　　三、工艺控制要求及功能

　　1，正常的开停泵：系统处于自控状态时,正常情况下，电机均由变频器对其自身变频调速，由工艺提供4~20mA电流信号驱动变频器对电机调速(也可以由变频器设定)。当投入1#电机时，由一段电源供电;当投入2#电机时，由二段电源供电。

　　2，正常的倒泵：如1#泵运行时需倒入2#泵：按动2#泵启动按钮，1#泵自动由变频运行转到1#泵旁路运行(若在倒泵时，1#泵已经旁路运行，则1#泵无切换线路动作)，2#泵由变频器供电运行。

　　3， 故障情况下的控制：

　　1，变频器故障：当电机正常而变频器故障时，可自动断开故障段，自动接通本台电机所在旁路，确保电机正常运行，以满足工艺生产要求。

　　2， PLC故障：将控制开关转至手动控制，此时现场电机控制不经过PLC，由常规电器控制。

　　3， 电机故障：无论系统处于自动控制还是手动控制，均可切断电机电源进行保护。

　　四、系统控制原理

　　由控制器运算并控制执行器件进行合分闸动作，且由电流继电器、VWF的辅助触点等器件反馈信号，控制器、执行器等共同构成控制回路。

　　原理图如下：

　　(原理图)

　　目前，就系统控制要求来讲。

　　ⅰ)可以应用继电器控制来实现。其特点是价格便宜，电路简单，由于受外界环境的影响较严重，寿命短易误动作，且不易维护。以前工业中多采用此方案。

　　ⅱ) 一种是PLC来做控制器。PLC即可编程控制器(Programmable Controller简称PLC或PC)：它以微处理器为核心，有机地将微型机计算机技术、自动化技术及通信技术融为一体。

　　与以往继电器控制系统相比，由于PLC具有性能好、环境适应强，性能可靠。PLC高可靠性、能适应恶劣环境、运行时间长、速度极快，可直接应用于工业环境具有很强的的抗干扰能力广泛的适应能力和应用范围，这也是区别一般微机控制系统的一个重要特征。当今大多大数中型企业都是使用PLC。

　　五、系统设计

　　1、系统流程图

　　系统流程图说明

　　启动电机时，若预将启动电机M1，按SB1-1启动——KM1-1吸合——VWF启动。此时流程分两种路径：种，若PLC检测到VWF运行且无故障——KM1-2吸合——电机M1经过VWF所在的主回路完成启动;第二种，若PLC检测到VWF运行且有故障——KM1-1断开——KM1-3吸合——电机M1通过旁路启动。

　　若PLC接收到当电机M1启动过程中或正常运行后出现的故障，则PLC按顺序依次断开或停止电机M1运行回路的所有接触器及VWF。启动电机M2同理。

　　倒泵时，若欲将1#泵倒入2#泵(即停止M1，启动M2)，此时流程分两种路径，若之前MI运行在主回路，则依次断开或停止KM1-2——VWF——KM1-1，之后再使KM1-3吸合，这时完成M1运行回路的自动切换使其旁路运行。在PLC给KM1-3发送接通指令的延时0.2S启动电机M2，当M2正常运转后，按SB1-2停止M1，完成整个倒泵操作。由2#泵倒入1#泵同理。

　　2、主回路及控制回路接线图

　　六、PLC控制设计

　　本设计选用CPM1A-30EDR-A 型PLC，输出形式继电器形。

　　1、I/O点分配

　　输入点 作用 输出点 作用

　　00000 M1启动输入(KA1常开点) 01000 KM1-1

　　00001 M1停止输入(KA1常闭点) 01001 KM1-2

　　00002 M2启动输入(KA2常开点) 01002 KM1-3

　　00003 M2停止输入(KA2常闭点) 01003 KM2-1

　　00004 1QF空开常开点 01004 KM2-2

　　00005 2QF空开常开点 01005 KM2-3

　　00006 VWF状态点常开S3 01006 VWF启动S1

　　00007 VWF故障点常开S4 01007 VWF停止S2

　　00008 热元件1FA

　　00009 热元件2FA

　　00010 电流继电器KI1和KI2常开

　　00011 电流继电器KI3和KI4常开

　　注：电流继电器KI1和KI2接在电机M1出现电缆端，电流继电器KI3和KI4接在电机M2出现电缆端，作用检测电机是否过流，发信号。

　　2、PLC硬件接线图

　　3、应用程序

　　根据流程图设计的系统梯形图

　　七、变频器接线图

　　本文针对我厂的机泵采用一备一主的运行方式，提出了利用PLC搭建控制平台，实现一台变频器对互备的两台机泵进行拖动的目的。用PLC和变频器搭建的程控系统，不但实现了设备运行的自动化管理和监控，提高了系统的可靠性和安全性，提高了企业经济效益和工作效率。该系统在石化行业具有一定的工程应用和推广价值。本设计只是对PLC与变频器搭建系统基本功能的初步探讨，在此设计的基础上，还可以增加其它自动的控制功能，如两段进线，其中一段低电压时，可实现相互备自投，还可以进行通讯等，这些功能在不额外的增加硬件设备就可以实现。

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CoDeSys SPRTE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3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3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4所示：

图4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。