6ES7223-1PL22-0XA8产品规格
0 引言
小袋包装机属于轻工机械装备制造行业，是包装生产线干包部分的主要设备之一。主要功能是将包装生产线的成品自动进行开箱、装箱、封箱，产品入库前的后一道工序。根据需求，我单位开发试制了一款适应国情的光机电一体化的智能产品。应用于枕形袋包装的食品、食盐、白糖、乳品等，根据产品规格和纸箱规格将物品分多层装入。小袋包装机采用了PLC控制，人机界面，伺服驱动技术，是典型的光机电一体化设备。机械结构采用固定的运动轨迹，结合伺服电机的闭环控制和人机界面的参数修改和编程技术，总线技术，解决了装箱过程可重复多层装箱的技术问题，克服了现有装箱机对于同1个箱子只能装1次的缺点，减轻工人劳动强度，提高工作效率。
1 工艺自动化分析
小袋包装机主要核心部件有开箱机和装箱机。其中开箱机主要运行电机选用施耐德BSH型伺服电机，其余主要动作由7个气缸通过电磁阀分别进行勾中缝、扶箱、推箱、打底、送纸箱1、送纸箱2和吸盘的动作控制。利用光电开关进行推箱到位及纸箱不足的检测;利用磁性开关进行推箱原位的检测;利用接近开关作开箱电机的原位和软限位点。
装箱机主要运行电机选用施耐德BSH型伺服电机，除主电机外，输袋电机和输箱电机分别选用ATV31变频器控制。其余主要动作由7个气缸通过电磁阀分别进行真空吸盘、挡箱1、挡箱2、夹箱、袋距等动作的控制。使用光电开关进行缺袋及进箱检测;使用接近开关作主电机的原位和软限位点。
2工艺流程分析
1)开箱机工艺流程。如图l。
2)装箱机工艺流程，如图2。
3系统原理设计
开箱机的控制以施耐德的Twido型可编程控制器为技术平台，选用触摸屏为操作界面，所有参数的设置和修改均可以在操作界面上进行实时操作，LXM05A伺服驱动器作为执行构件。触摸屏通过COM2口与TwidoPLC的串行口1相连，采用Modbus协议，PLC加配了TWD型串口适配器，通过485口控制LXM05A伺服驱动器，支持Modbus协议，伺服驱动器驱动开箱过程伺服电机。
Modbus总线使用了RS232C兼容串行接口，通信使用主从技术，即仅一设备(主设备)能初始化传输(查询)，其他设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应。
装箱机的控制同样选用twido型可编程控制器为技术平台，选用触摸屏为操作界面，所有参数的设置和修改均可以在操作界面上进行实时操作，选用2台LXM05A伺服驱动器以及3台ATV31变频器作为执行构件。触摸屏通过COM2口与TwidoPLC的串行口相连，采用Modbus协议，PLC扩展了Canopen模块，使其具有Canopen总线能力，PLC通过Canopen模块控制LXM05A伺服驱动器和ATV31变频器，支持Canopen协议，伺服驱动器与变频器之间使用三通相互连接，2个伺服驱动器分别驱动进袋和装箱过程伺服电机。
Canopen总线是一种有效支持分布控制或实时控制的串行通信网络。由于采用了许多新技术及独特的设计，CAN总线与一般的通信总线相比，它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点如下：
1)多主站依据优先权进行总线访问;
2)无破坏的基于优先权的仲裁;
3)借助接受滤波的多地址帧传送;
4)配置灵活性;
5)直接通信距离远可达10 km(速率5 kb/s以下)，通信速率高可达l Mh/s(此时通信距离长为40 m);
6)每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，具有极好的检错效果。
4PLC在控制过程中应用
1)开箱机
从原点开始进行抓箱、勾中缝、打底到推箱到位，再返回原点，整个过程称之为一个开箱周期。伺服电机运动到每一个检测位置，都会有相应的检测装置进行到位检测，将检测到的数据通过相应的通信总线传送到PLC中，PLC就会根据程序做出相应的动作指令，通过总线再传达到各个执行机构，完成相应的实际动作，从而顺利完成整个开箱过程。
2)装箱机
装箱机实现了重复多层装箱，用户可以通过触摸屏自行设置需要装箱的层数，从原点开始进行抓袋到放入箱内，再返回继续进行装箱过程，直到完成用户所设定的层数后，返回原点，整个过程称之为一个装箱周期。
进袋和装箱过程伺服电机运动到每一个检测位置，都会有相应的检测装置进行到位检测，将检测到的数据通过相应的通信总线传送到PLC中，PLC就会根据程序做出相应的动作指令，通过总线再传达到各个执行机构，完成相应的实际动作，从而Jl顷利完成整个装箱过程。
5系统硬件选型
整条生产线的电气部分主要选用施耐德低压电气产品，其中开箱机和装箱机的硬件选型如表l，开箱机的框架如图3所示，装箱机的框架如图4所示。在小袋包装生产线中，触摸屏、伺服驱动器、变频器都是由TwidoPLC进行控制的，通过数字量模块和模拟量模块采集传感器信号，实现手自动控制、开停机和故障检测。TwidoPLC属于施耐德小型自动化产品家族中的一员，本系统选用的PLC型号为TWDLCAA40DRF，其功能和特点如下：
1)信号的采集和处理功能;
2)逻辑功能;
3)控制输出;
4)体积小，功能强大，内置浮点运算、PID自整定功能;
5)模块化结构，接口丰富;
6)抗干扰好。
BSH伺服电机是高动态的低惯量伺服电机，额定转速可达6 000 r/rain，额定转矩为0.46—28.2N·m，匹配了高分辨率(17位)的正余弦编码器。
Lexium05伺服驱动器采用正余弦Hiperfuce编码器，电机转速更高，可达8 000r/min，且兼容通用现场总线。
6系统软件设计
开箱机和装箱机均采用触摸屏和控制面板作为人机交互界面，其中触摸屏通过R485数据接口与PLC进行通讯，为操作人员提供方便的在线监控、设备的启动、停止、运行、参数输入与修改以及手动调试、故障报警等功能。编程平台为VijeoDesigner，界面如下图5。
采用施耐德公司开发的Twidosuit软件对PLC进行编程和对PLC设备配置进行维护。编程的软件主要包括信号获取处理、信号控制、故障模块的设计。Twidosuit提供了具有生成标准导出功能块库或FC库能力的编程功能，能够在应用程序内一再调用。在本系统中，这种功能得到了广泛的应用，FC功能块的使用节约了大量的程序空间和故障查询时间。降低了程序编写的复杂程度，使程序结构更条理清晰。FC模块的使用提高了程序的运行速度并且更加方便了软件的移植性和可扩展性。
小袋包装机的电气控制分为手动和自动2种模式。可以在控制面板或触摸屏上进行2种模式的只有切换。手动工作模式主要用来设备调试。检测各机械部分的运动协调状况，在触摸屏上分别为每个运动机构设置了启动按钮，直接操作这些按钮就可以实现对应部位的点动动作。自动模式是机器的正常工作模式，也是程序设计的关键所在。在设计这一工作模式时，我们将系统的整个自动工作过程划分为若干阶段，每个阶段都独立完成一部分工作，PLC再将各个阶段按照一定的顺序有机的结合起来，构成完成的自动程序，这样的目的;一是有利于程序的编制，增加程序的可读性，尤其是将来设备调试和维护提供方便;二是确保各个工作环节更加安全、更加可靠。整机的核心调试工作就是电气、气动与机械工作之间的相互匹配。
7.结束语
小袋包装机械使控制系统能够更好的相互结合，实现无缝化通信。充分利用XBTG触摸屏内部大量的内存空间来存放用户工艺参数，简化了TwidoPLC的编程工作，使PLC系统更容易。可以读取伺服驱动及变频器内部许多参数，如电机实际位置，电机转速等等，用于机器的故障报警，更好地维护保养设备。伺服驱动器可以实现控制与给定分开，这样可以保证系统在发生故障时及时停车。该机具有高可靠性，抗干扰能力强;灵活性强，控制系统具有良好的柔性;编程简单，使用和日常维护方便
0引言
在石膏板生产线中，石膏板切断难度在于切断时飞剪速度水平分量与主线速度(石膏板运行速度)的一致性及飞剪速度均匀变化的控制，只有将这两个关键变量控制好，才能保证切断质量。石膏板的切断质量直接影响后续工序的生产，并且高精度切断更可以减少浪费，给企业带来更多的效益。
1切断控制系统的组成
石膏板生产线切断控制系统主要由MICR01500PLC，LENZE伺服9326EK，测长轮及旋转编码器组成。MICROl500的高速计数模块(HSC)将检测到的编码器脉冲信号转换成速度信号，并且将速度信号通过模拟量输出模块(AO)输出至LENZE伺服控制器，伺服控制器直接控制LENZE伺服电机完成切断过程。通过改变AO输出值实现飞剪速度的快慢调节。测长轮编码器是石膏板实际长度及主线速度的检测元件，旋转编码器是飞剪位置检测及速度控制的检测元件。切断系统简图如图l所示。
2切断控制的数学模型
为了提高剪切断面质量，不划伤板材表面，要求切断过程飞剪在石膏板前进方向上的速度分量同主线速度一致。为了解决这一问题，在一次剪切周期中，将飞剪的运动分成几个工作速度段来考虑。飞剪加速(图l中GB：加速区)，同步剪切(图1中BC：同步区)，减速及G点等待(图l中CG：减速区)。飞剪工作速度区间是以旋转编码器计数脉冲数量来划分。本系统中采用LEC-S1系列旋转编码器，并且旋转编码器与飞剪机械同步，旋转编码器每转输出5000脉冲，为了提高剪切精度，程序中进行了4倍频处理，即旋转编码器每转一周，PLC程序中按20000脉冲计算。当旋转编码器脉冲数在0-14000时，飞剪处于加速区l当脉冲数14000.16000时，飞剪处于同步区，当脉冲数16000—20000时，飞剪处于减速区。切断系统数学模型主要以下3个公式。
L：设定剪切长度的等效脉冲数
A：已经走过的带板脉冲数
B0：飞剪一周脉冲数
B：飞剪已经走过的脉冲数
VL：主线速度
Vr：飞剪速度
公式(1)计算出石膏板实际检测的等值板长与飞剪检测的等值板长差值，当飞剪运行至剪切点B时，保证△P=0，使实际切断板长等于设定长度，实际生产过程中的切断误差在±3mm以内。
公式(2)计算出飞剪加速时的飞剪线速度(mm/s)。
公式(3)计算出飞剪减速时的飞剪线速度(ram/s)。
3控制系统的软件设计
在软件编制的过程中，充分利用了编程软件的模块化功能，各功能均以子程序方式调用方式实现。程序设计时还使用了该软件的中断功能，准确的计算出主线速度。主线速度是根据单位中断时间内测长轮编码器读取的脉冲数计算得出。图2是生产过程中测长轮编码器脉冲波形图。
飞剪速度以主线速度为基准完成加速、同步切断及减速停止等待过程。图3是生产过程中旋转编码器脉冲波形图。
程序里设计手动切断和采样切断功能，可以满足不同生产情况下的切断要求。
4结束语
本石膏板生产线切断控制系统设计紧凑，简单合理，设备检测点及输出点少，可靠性很高，故障率降低，并且生产要求的主要功能都是通过软件逻辑与计算实现，减少了硬件维护成本。自投产使用以来系统非常稳定，得到用户的好评。了解更多PLC技术、资讯、分析报告文章，请点击查看 http://plc.jlck.cn/ 2011年PLC企业“爆”团，新鲜技术全接触
1 序言
随着通信技术 ,计算机网络技术在工业生产过程中的不断推广和应用,工业控制过程对现场信号的采集、传输和数据转换提出了更新更高的要求 ,现有的 DCS 系统和 PLC系统已经不能满足这些要求。由于数字通信技术、网络技术和微处理器技术的迅猛发展,把传统的数字信号和模拟信号混合的系统变成全数字信号系统成为可能 ,现场总线就是在这种背景下产生的,并成为当前工业过程控制领域的焦点。Profibus 是德国开发的一种现场总线标准 ,得到欧洲许多大设备制造商的支持,并在国际上得到越来越多的推广和应用。,在工业过程控制现场 ,原有设备大多只具有RS2 3 2 通信接口 ,为了在原有设备的基础上实现现场分布式控制 ,必须开发 RS232与PROFIBUS现场总线的接口单元。本文详细论述了接口单元的硬件实现和软件结构。
2 Profibus 现场总线的基本特性
Profibus 现场总线具有物理层,数据链路层和应用层。它基于令牌协议加主从总线的介质存取方式 ,主站以主从方式与从站通信 ,各主站之间由令牌协议决定总线控制权,令牌协议的制定包含优先级、状态转移和令牌移交等技术问题。网络结构如图 2— 1 所示。
图 2— 1 Profibus 网络结构
Profibus 现场总线的物理层遵循 RS485 标准 ,数据传输速率为 9. 6 ～ 50 0 k Baud,传输长距离为4800 m,多可支持120个站点的可靠数据通信 3接口单元的主要功能特性接口单元的主要功能是使具有RS232接口的现场设备作为从站与 PROFIBUS 现场总线连接,从而使各个不相容的现场设备实现开放互连通信 ,接口单元遵循 PROFIBUS 的物理层 ,数据链路层和应用层标准,并给用户提供应用层接口。
3 接口单元的主要功能特性
接口单元的主要功能是使具有 RS232接口的现场设备作为从站与 Profibus 现场总线连接,从而使各个不相容的现场设备实现开放互连通信 , 接口单元遵循 PROFIBUS 的物理层 ,数据链路层和应用层标准,并给用户提供应用层接口。
4 硬件实现
接口单元的硬件原理如图 4— 1 所示 ,接口单元的核心为inbbb 公司生产的16位微处理器 80 C1 96,主频为 12MHz; 用 82 51 USART 和 MAX2 3 2 发送 / 接收器产生 RS232接口,并用 751 76 光电耦合发送 /接收器产生与 Profibus 现场总线相连的 RS485 接口,考虑到标准PROFIBUS 的传输速率,微处理器外部时钟输入通过8254 定时器接入8MHz 的外部时钟 ; 时钟例行程从64K 的EPROM装入16K的RAM 。从站接口单元用一片2K的 ZPRAM来存储通信参数设置,比如总线参数 ,通信关系表和重要事件等。参数的设置可以由 PC 机或便携式电脑通过 RS2 3 2接口来实现。在参数设置期间 ,使用跨接线关闭 PROFIBUS/ RS2 3 2 运行方式 , 从站和 PROFIBUS的状态可以分别由一个两位数字显示器和一个LED来实现。
5 从站接口单元的软件结构
在上述硬件的基础上,我们就可以着手开发从站单元的软件,这里必须申明 ,上述的硬件结构同样支持主站,从站接口单元软件包除包含Profibus现场总线的物理层、链路层和应用层外,还包括应用层接口。整个软件包由以下
图 4— 1 接口单元的硬件结构
3 个模块组成。
· 物理层 , 链路层和应用层的协议软件 ;
· 初始化设定 , 事件记录和显示模块 ;
· 应用层接口模块。
下面对每个模块的功能与结构予以阐述。
5.1 协议软件
由于所开发的接口单元在网络中处于从站的位置 , 它没有直接访问总线权。协议软件实现了所有FDL (Fieldbus Data L ink) 服务功能 , 它是映射应用层 FMS(FieldbusMessageSpecification)服务所不可缺少的。总线参数诸如地址、波特率和槽时间等均可在协议安装时由用户设定。微处理器的计时器用于从站的空闲、超时和同步计时。报文的发送和接收是通过中断进行控制的。由于Profibus 总线的高传输速率为 50 0 k Baud, 在 FDL 层上 , 总是在收到报文的 STOP 字节标志后 ,才对报文进行处理的。在空报文的情况下 , 处理过程需要 80 0 ～ 90 0 μS, 一般情况下 , 处理过程需要 1 ～ 4ms,例如初始化服务就需要 4ms, , 整个系统的槽时间少需要 5-1 0 ms 。应用层模块包括 FMS(FieldbusMessageSpecification) 和 LL I(Low L evel Interface) 两个子层模块。 FMS模块的主要功能是对来自 AL I(Aplication L ayer Interface) 的服务请求进行处理并将其传送给PROFIBUS 现场总线网络 ; , 对来自网络底层的报文进行译码处理并将其传送给 AL I 。通常 ,从站接口单元的应用层软件只实现了 FMS 所规定的部分服务功能 , 但可以根据用户的需要进行有选择性的扩充。除规定的上下文管理服务 (初启、异常终止、拒收等 ) 外 , 一般还包括变量存取服务 ( 读、写、情况汇报等 ) 、事件管理服务 ( 事件通知及确认事件通知 )和对象目录管理服务。象事件管理服务等并不是从站必须具有的服务功能 , 但考虑到实际应用的需要 , 在 L L I 子层模块内 ,允许从站具有一定的主动性 , 因为这样避开了令牌管理机制的限制 ,在从站内实现比在主站内实现具有更大的方便性和灵活性。从站一定限度的主动性是通过附加功能块来实现的。如果从站接到主站的轮询请求 ,它将主动为主站提供必要的服务。, 在这种情况下 , 只有那些超越 FMS 规定的服务功能才是有效的。
5.2 初始化设定 , 事件记录和显示模块
为了方便用户安装从站单元 , 在关闭 Profibus/ RS2 3 2 的情况下 ,用户可以通过 RS2 3 2 接口用 PC 机对其进行初始化。初始化设定模块完成必要的参数设置和事件管理 , 并在 ZPRAM内设置通信关系表和总线参数。事件记录模块主要完成对过去一定数量的事件进行跟踪记录 , 比如 RS2 3 2 和 RS485 通信错误( 奇偶校验错误、帧错误和溢出 ) 及其发生时间。显示模块负责通过 L ED 和数显对总线和从站单元的状态进行显示。
5.3 应用层接口模块
应用层接口负责把实际现场对象映射为 Profibus 能辨认的通信对象 ,并把服务请求发送给通信系统。
6 结束语
针对现存现场设备大多只具有 RS2 3 2 通信接口 , 为使它们能以节点的方式与现场总线连接 , 本文以 Profibus现场总线为例 , 设计开发了一种从站接口单元。在实际中 , 用它对多台拥用 MPDC 型驱动器 ( 具有 RS2 3 2 接口 )的钻床控制系统进行了改造 , 完成了预定的通信和控制功能 , 取得了满意的效果。笔者相信 ,这对在原有设备的基础上实现现场总线分布式控制具有重要参考意义。