西门子6ES7223-1BM22-0XA8产品规格
1.控制对象及实现功能
该系统是整个PS版生产线传动系统的一部分，是专门处理PS版接头的自动焊接装置。系统针对铝型PS版接头的叠加焊接的自动控制系统。控制对象有PS版用开卷UW、松弛辊、自动接版机的控制、刹车、启动压板等，如图1所示。
接版时，自动接版机需要完成以下动作：PS版的止动;焊接部分张力松弛;旧PS版的焊接前固定;旧PS版裁切并自动卷回;新PS版叠加固定;焊接起始点检测及高频焊接;焊接终点检测并停止焊接;各固定点复位。
整条生产线正常运转期间，自动接版机处于零位待机状态。当卷尾传感器检测到卷尾信号，PLC输出刹车信号至电/空转换器，控制刹车片止动辊，由电气阀控制压辊压住PS版，防止PS版滑动，完成止动。储料工作保证生产线正常运转。
刹车完成后输出信号通过PLC 控制UW1 停止反向扭力，使UW1 至刹车辊之间没有张力，再向上移动松弛辊，使PS版彻底松弛，以保证在的工序里面不会出现PS 版拉出现象。
为了防止裁切、焊接过程中PS 版松动，准确顺利接版，对PS 版的固定分成五个步奏，旧PS 版前压板，旧PS 版后压板，旧PS版吸盘，新PS 版压板，新PS 版吸盘。当松弛辊使PS 版完全松弛后，旧PS 版前压板先固定，旧PS 版压板和吸盘再使旧PS版紧贴接版台，方便裁切和新PS 版的放置。
旧PS 版固定好之后，PLC 设定时间延迟，控制变频器驱动皮带带动切刀切断旧PS 版，并控制UW1 卷回剩余旧PS版。此时，新PS 版已经准备就绪，对齐放置好新PS 版之后，利用新PS 版压板和新PS 版吸盘固定新PS 版，如图2。
利用激光传感器检测焊接起始点并进行高频焊接，直到色标传感器检测到PS版结尾为止停止焊接，焊接完毕之后各个压板自动抬起回复零位，并控制UW2恢复生产张力，停止刹车恢复正常生产。
利用自动焊接技术能保证焊接点结实可靠，焊接点小、焊接速度高等特点，，正常的一次焊接需要100s左右，提高了生产效率，大限度的减少PS版浪费。在整个焊接过程中，触摸屏画面直接显示焊接的过程是否正常完成，并且把完成情况显示出来，如果出现故障，触摸屏会自动报警并显示故障原因。对不同规格的PS版可以设定焊接力度和焊接距离。
2 控制部分的组成及连接
该系统的核心控制主要是PLC 和触摸屏，PLC通过变频器控制切刀变频电机、焊接头前后移动电机、和焊接头左右移动电机，从而准确控制移动的方向和速度。PS版的固定压板、焊接头焊接压力通过减压阀和电磁阀控制，使用激光检测器，可以在焊接头下压之前，远距离探测焊接标志，并通过激光传感器控制色标传感器的工作时间。
在整个焊接过程中，需要设定准确的时间延迟，合理紧凑的逻辑控制，如图3。
前面已经介绍过如何固定新旧PS 版，准备动作完成以后发出焊接信号，这里以半自动焊接过程为例来具体说明。根据PS版的宽幅不同，设置了3 个超音波发振器：S 侧、C 侧、N 侧。三个发振器是动作，PS 版边界由S 侧传感器和N侧传感器检出即可，并且在焊接前的准备工作已经把发振器的间距设置为PS版宽度的三分之一长，以避免重复焊接。如果PS幅面比较窄的，可以只使用中间的C 侧发振器，这样C侧上的传感器既要检测发振信号，还要检测停振信号，这就要求在程序上互锁：停振信号的检出必须是在焊接发生一段时间之后才能动作。焊接过程包括以下步奏：发振器前进;检测到PS版开始边界发振器下降并开始焊接;焊接过程检测到PS版结尾边界停止焊接并上升;发振器恢复到原点。这样焊接动作就完成了。
发振器恢复原点需要的时间是3s—5s，这个需要设置时间延迟，以保证完全恢复，这是可以释放前后夹板和吸盘，根据释放动作时间的长短设定时间延迟，再发出恢复PS版张力和释放刹车的信号。
3 控制逻辑及软件编程
本控制系统使用了三菱PLC 和GP2000 专用的开发工具，PLC使用梯型图，是面向过程控制的开发软件，可以随时连接上位机PC 进行现场运行监控，了解每个动作的运行时间，出现哪些故障等。
本控制系统分3种操作方式：全自动操作，半自动操作和手动操作。全自动操作是在正常生产中到卷尾使用自动接版，全部动作都自动完成，这就需要设定好每个动作的时间延迟，保证整个控制过程连贯紧凑，且在短时间内完成焊接并恢复正常运转。半自动操作是在中间的张力切断、松弛辊动作、前后压板控制、焊接启动、张力恢复动作需要人手动操作，其他动作仍是自动控制。手动控制则是每个动作，每个步奏都需要人为操作。
触摸屏画面也相应分为自动操作画面、半自动操作画面和手动操作画面，每一个动作完成情况动会在触摸屏上显示，也可以在触摸屏上直接操作。触摸屏画面包括操作画面、状态显示画面和故障显示画面，如图4。每个画面都可以通过选择键相互切换。
4 生产调试其他注意事项
除了触摸屏监控显示之外，还设置了按钮、各个显示灯及急停按钮，对操作工人来说，有双保险的作用。对该控制系统设计安装之后，工作过程还需要注意一些问题：
(1)检查外接电源、气源，保证外接电源、气源能达到设备要求;
(2)检查外接设备运转情况：刹车辊工作是否正常，张力检测器是否准确，松弛辊是否能正常运转，UW能否正常提供反向力矩等;
(3)检查设备本身各个部件是否运转正常，包括切刀的正常运转、焊接头前后移动、焊接头左右移动是否能正常运转;
(4)确认整个接版机是否处于复位状态，并且没有报警。检查完毕之后可以试运转，试运转期间注意观察，如果出现紧急情况，马上按下“紧急停止”按钮，迅速停止系统。
5
在此自动接版设备中，控制系统达到以下目的：
(1)代替了传统的人工接版，两人即可操作，节省了操作时间，提高了工作效率;
(2)使用高频震动接版，减少了焊接面积，节省了PS 版成本，且操作安全，避免了手动接版出现的安全隐患，提高了安全性;
(3)使用触摸屏，有良好的人机界面，代替了传统的按钮操作，可随时监控每一个动作的完成情况，提高了工作销率。在本系统中，使用了PLC、触摸屏、变频器、各种传感器及限位开关，对整个设备的动作过程进行保护和监控。
一. 概述
RS-422A总线是EIA公布的“平衡电压数字接口电路的电气特性”标准，这个标准是为改善RS-232C标准的电气特性，又考虑与RS-232C兼容而制定的。RS422A是工业界广泛使用的双向、差动平衡驱动和接收传输线标准接口,它以全双工方式通信 ,支持多点连接 ,允许创建多达 32个节点的网络,具有传输距离远 （大传输距离为 1200m） ,传输速率快 （1200m时为 100kbit/s）等优点,相对于其它总线，如FF、CAN、LonWorks等而言，具有结构简单、成本低廉、安装方便、与传统的DCS兼容等特点;市场上很多现场仪表都有RS422A总线接口，采用该总线可以很容易地开发一些中小型网络测控系统。结合某一工程项目的实际特点,我们采用了RS422A通信接口来实现远程数据通信系统。
在该工程项目中，系统采用两级主从总线型网络结构。温度等变量的控制主要由总线上的各个智能仪表实现，上位机根据控制要求修改智能仪表的给定值等参数，以及一些数字量的监控显示等。该项目所选智能仪表为上海大华-千野仪表有限公司生产，参数相当复杂，具有较强的控制以及通信功能。利用上位机软硬件资源丰富，以bbbbbbs为操作平台，开发的应用软件有强大的管理功能以及非常友好的人机界面。本系统应用软件采用MicrosoftVisualC++6.0开发，充分利用VC++灵活快速，对视窗编程和多任务编程的方便接口，开发出来的软件具有完善的数据采集、设定、报警、实时监视等功能。应用结果表明，该系统有效的实现了对温度控制系统的监控，效果良好。
二. 系统结构
该智能仪表功能较为完善，控制精度高。自带RS422A通信卡，通信命令多达一百多条，上传及接受数据量大，主要包括各步温度设定值、PID参数值、报警参数值、传感器修正值、模糊控制参数值等等。现场总线采用RS422A总线，因为RS422A总线具有结构简单、成本低廉安装方便等优点。智能仪表挂接在RS422A总线上，通过RS422A/232C装换器和PC串口相连接。为此配置有十几台（可扩展）智能仪表，RS422A/232C转换器一块，并且每一台仪表设置唯一的地址。温度的控制由下位机（智能仪表）完成。主控计算机完成的功能有1）主动读取下位机相关数据2）改变温度控制的设定值以及其它的参数，但不直接完成对温度的控制。3）显示温控曲线画面,温控仪集中显示画面以及报警数据等的动态显示。4）数据的存储,统计,报表等。系统的硬件结构图如图1所示。
图1
三. 通信协议
1） 物理层 采用平衡型标准RS422接口 ,以提高数据传输的可靠性。在平衡型标准RS422A中,
发送器与接收器均以差分方式工作 ,每个信号用两根导线传输 ,信号的电平由两根导线上的信号的差值来表示。
2） 数据链路层本系统采用异步串行通信方式。系统约定，波特率：9600bps,偶校验，1个起始位，7个数据位，1个停止位，采用ASCII码作为传输代码。总线上的传输帧分为命令帧和数据帧。命令帧又分为为建立连接包含地址信息的地址命令帧和对已建立连接要求上传或者下传数据的控制命令帧。后者和数据帧的文本格式如下：
3）网络层由PC机实现该层协议的功能。总线上的传输帧中，地址命令帧是控制PC机以广播的形式发出，用于唤醒总线上的某台仪表，握手请求与之建立通信关系，相应的仪表向控制PC机回传本机地址，则握手成功;否则仪表向PC机回传否定应答。当PC机要和目前通信的仪表以外的其他仪表通信时，必须放弃目前的通信关系，发送放弃通信命令帧。再从新按照上述方式建立连接。建立连接,放弃连接以及温控仪的应答格式如下所示:
其中ENQ ﹑EOT ﹑ACK 为控制码 结束码表示一帧的结束
4）应用层工业智能仪表的RS422A总线网络系统的应用层，是对控制PC机与智能仪表之间相互传送的信息组帧，即数据格式按照一定的格式和含义进行定义。
四. 系统软件设计
系统管理软件采用面向对象技术，基于bbbbbbs2000平台，用VC++6.0编程开发。系统应用软件由实时动态过程和历史记录浏览两大部分组成，实时动态过程包括数据采集及设定、运行控制、数据管理三大模块组成，数据采集及设定模块定时从下位机即智能仪表采集和设定过程实时数据。控制模块主要是控制仪表的运行或停止等以及运行段选择，数据管理模块包括数据通信、数据显示、报警、打印、存储等功能。
根据实时系统的特征，监控软件中多个任务运行，为了不让一个任务执行的时候，阻塞别的任务，我们充分里了bbbbbbs系统允许多进程、多线程编程的特点，将系统的分成几个模块。将历史纪录浏览和实时动态过程分成两个进程，因为这两个过程有很大的差别。历史纪录浏览中的数据是静态的，对实时性没有要求，可以在生产过程之中或之后运行都可以，在开发这部分程序时，可以不用考虑时间的问题。实时动态过程却是一个实时性要求很高的任务，在这个过程中主要要完成通信、显示、控制、打印等任务，还要完成数据的转储。
（1） 动态进程设计
线程一词指程序指令顺序的执行，每个程序独立执行程序代码中的一系列指令。从用户或应用程序编程的角度看，程序中的线程是运行的。操作系统通常靠线程与线承建的快速切换控制来达到这种的感觉（但如果计算机有多个处理器，则系统可以直接执行线程）。程需要在某个时间完成多个任务时（许多引用程序都是这样），将每个任务放在不同的线程中不仅使程序更加有效，能简化开发工作。
在设计实时动态进程时我们把它分成了两个线程：主线程和通信线程。主线程定时启动通信线程，通信线程执行完一次通信任务后自动悬挂。在正常情况下，主线程两次恢复通信线程之间的时间是能够保证一次通信线程的完整执行。
在数据存储方面，为了提高系统的动态性能，要求能快速访问数据存储区，我们将数据存放在两个地方。正在进行的生产过程的过程数据存放在内存开辟的数据缓冲区内，这样主线程能很快的访问到。将几次通信的数据定期存放到硬盘上，这样能防止因停电等意外事故造成数据的损失。
在程序设计时我们采用了面向对象设计的思想，比如我们把温控仪看成一个对象，有关的数据结构及其操作完全封装在一个类里面，这样程序的数据结构分离也可以实现分离，这对于软件的扩展，对于软件开发和调试都会带来极大的方便。
该软件主要实现方式如下：
在重载的void CRs422AnetView::OnDraw（CDC＊pDC）函数里面调用自定义函数StartOfSystem（pDC），后者打开并配置好串口，启动通信线程，设置记时器等。其主要代码如下：
void CRs422AnetView::StartOfSystem（CDC ＊pDC）
｛
……
m_hCom=CreateFile（m_sPort, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0,NULL,
OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL |FILE_FLAG_OVERLAPPED,NULL）;
if（m_hCom==INVALID_HANDLE_VALUE）
return FALSE;
DCB dcb;
if（!GetCommState（m_hCom, &dcb）） return FALSE;
dcb.fBinary=TRUE;
dcb.BaudRate=m_nBaud;
dcb.ByteSize=m_nDataBits;
dcb.fParity=TRUE;
dcb.Parity=EVENPARITY;
dcb.StopBits=ONESTOPBIT;
return SetCommState（m_hCom, &dcb）;
……//以上为打开并配置串口代码
SetTimer（1,5000,NULL）; //启动定时器,定时间隔为5妙
CwinThread＊m_pThreadd=AfxBeginThread（CommProc,this->GetDocument（）,THREAD_PRIORITY_NORMAL, 0, CREATE_SUSPENDED, NULL）; // 创建并挂起线程
if（m_pThreadd==NULL）
｛
CloseHandle（m_hCom）;
return FALSE;
｝
else
｛
m_bConnected=TRUE;
m_pThreadd->ResumeThread（）; // 恢复线程运行
｝
……
｝
UINT CommProc（LPVOIDpbbbbb）为辅助通信线程,该线程完成设定值以及动态数据的读取,其程序流程图如下所示:
void CRs422AnetView::OnTimer（UINTnIDEvent）为响应计时器消息的函数，定时被触发，本程序中定时间隔为5秒。在该函数里，主要是恢复辅助通信线程以及调用数据显示程序﹑定时刷新数据等。
（2） 历史纪录浏览进程设计
历史纪录的浏览是为了对过去生产过程的回顾，可将产品的质量和过程的设定结合起来进行分析，对以后的生产提供参考，以便能提高产品的生产质量。这个进程提供了一定的查询功能，能将历史纪录用曲线的方式回放出来，能将重要的过程锁定下来，也能删除过程纪录。
五. 结束语
本文介绍的基于RS422A现场总线的温控网络系统已经在现场运行了较长时间，系统运行稳定可靠，充分发挥了网络管理的便捷优点，提高了生产效率。显然，对于一些中、小规模的测控系统，采用RS422A是一个很好的选择。
1 引言
随着工业自动化的不断发展， 堆垛机在玻璃生产线应用在不断扩展和深化，为玻璃工业自动化水平发挥了巨大的作用。堆垛机在玻璃生产企业推广后节省了大量的人力物力，把许多繁重而危险的工作用自动化机器来代替，可迅速、准确地堆放玻璃。但我国生产的浮法玻璃生产设备与国外先进水平相比，质量上还存在很大差距。经调查，在使用国内一些浮法玻璃生产的设备时，所存在的质量问题中玻璃划伤或破碎大约占50%，且划伤或破碎主要在堆垛阶段产生[1]。如何提高浮法玻璃生产的堆垛质量对我国工程人员来说值得深入研究。
2 垂直堆垛机的工作机理
堆垛机中以垂直堆垛机应用为广泛， 其系统示意图如图1所示。
初始位置时， 吸盘在取片辊道上方， 当玻璃由输送辊道传送到取片辊道1 时，光电开关发出控制信号，定位系统开始工作，将要堆垛的玻璃进行X、Y方向定位，使玻璃位于吸盘取片机的中间位置(定位完成前一定要禁止下一块玻璃进入取片辊道以免碰坏玻璃)，再由凸轮提升机构提高一定距离。当检测机构检测到取片辊道上有玻璃时，伺服电机在PLC 控制下通过四杆机构带动吸盘下降到要堆垛玻璃的上表面，吸盘在吸附过程中由慢速到快速再到慢速运动的真空阀打开，吸取玻璃，PLC控制伺服电机带动四杆机构，将带有玻璃的吸盘抬起运动，接近垂直位置时缓慢立直，并与垂直面成大约5°夹角，运动到步退小车集装架正上方，吸盘由慢速到快速再慢速，真空阀关闭，压缩空气阀打开，玻璃平稳地落在步退小车的集装架上。放片完成后允许下一块玻璃进入取片辊道，步退小车后退一段距离为放下一块玻璃留出空间，并判断集装架上玻璃是否堆满，还未堆满继续堆垛下一块玻璃， 否则的话，步退小车旋转180°，将另一放有空集装架的步退小车送至堆垛位置，并将载有满垛玻璃的步退小车送至取走位置取走集装架，对带有空集装架的堆垛小车进行X、Y方向定位， 准备堆垛下一垛玻璃。
在堆垛过程中玻璃易划伤或破碎是多方面造成的，主要是以下三点：(1)吸盘在吸附玻璃后抬起过程中，开始运动时，一定要保证吸盘水平抬起，否则将导致玻璃受力而破碎，并在吸盘上加一弹簧来缓冲玻璃所受的力。(2)当玻璃运动到接近垂直位置时应缓慢立直，由于在此位置时吸盘受到的力大，速度过快容易使玻璃滑落而摔碎。(3)玻璃运动到步退小车集装架的位置要与前一块玻璃有一个小的间隙，间隙过小容易把玻璃划伤，而间隙过大会使玻璃失去平衡而摔碎。为了避免以上情况的发生，在设计时建立数学模型过程中一定要考虑全面，并在控制系统中做好运动速度的控制。
3 PLC 控制系统硬件配置及其功能
以三菱FX 系列PLC 为核心的控制系统硬件配置如图2所示。
整个控制系统包括：PLC 控制器及D/A转换器、显示模块、伺服电机控制系统、变频电机控制系统等。
3.1 PLC 控制器及扩展模块
(1)PLC 控制器：对整套工艺系统分析，PLC型号可选用FX2N-32MT-001，其输入点数与输出点数均为16，且有串行通讯模块和功能扩展模块，使用特殊功能模块或功能扩展模块，可实现模拟量控制、位置控制和联网通讯控制。
(2)D/A 转换器：变频电机控制系统中，将控制信号经D/A 转换后的电压信号传输给变频器，通过模拟量控制不但可以提高加工精度，节约I/O 点数。其型号为FX2N-4DA，有4 个输出通道，每一通道都可进行D/A转换，其分辨率为12 位。
3.2 显示模块
本系统显示模块采用触摸屏控制， 其型号为F940WGOT-TWO-C， 它可在触摸屏上直接对PLC进行监控及编程。触摸屏界面由触摸屏组态软件进行设计、编译，通过RS232编程电缆下载到触摸屏即可使用。用触摸屏作为人机交互器，既可以简化、方便作业管理，又可以监控和报警，在触摸屏上显示系统运行状况，通过触摸屏可进行满垛片数、板长、板宽等的设定，显示已堆片数、动态控制过程等，把所显示与设定的数据进行记录，发布控制命令来对堆垛机进行启动、停止等操作。
3.3 伺服电机控制系统
由于四杆机构的运动精度对堆垛系统控制能否正常工作起到至关重要的作用，故在电机选取中选用控制精度、低频特性、矩频特性、过载能力、运行性能、速度响应等性能相对都比较高的伺服电机来驱动，并在吸盘上安装一台值编码器，用来确定吸盘的位置。
PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机等组成伺服控制系统来控制四杆机构的运动进行玻璃的搬运工作。伺服电机在驱动器的驱动下，通过减速器驱动四杆机构运动，目标位置由值编码器的反馈信号反馈给PLC控制器，在PLC 控制器的控制下保证旋转的精度，机构旋转时有编码器进行位置反馈，定位准确。其硬件配置如下：
(1)伺服驱动器：伺服驱动器选取型号为MR-J2S-100A，分辨率为131072脉冲/转的位置编码器，具有位置控制模式、速度控制模式、转矩控制模式、位置/速度控制切换模式、速度/转矩控制切换模式、转矩/位置控制切换模式多种控制方式。
(2)伺服电机：伺服电机选取型号为HC-SFS81，额定功率为0.85kW，满载转速为1000r/min。
3.4 变频电机控制系统
取片轨道用一台变频电机驱动，PLC 通过变频器来控制电机的转速， 并装有2只光电开关来检测玻璃板的位置，使其停止在吸盘取片机的中间;步退小车上有3个方向(X、Y、旋转)的运动，同取片辊道驱动一样通过变频电机驱动，光电开关进行位置控制，使其玻璃停止在堆垛的佳位置。
使用D/A 转换功能， 将PLC 中12 位的数字信号转换成0～10V 电压信号，变频器的输出频率在这个电压信号的控制下调节变频电机的转速， 从而改变步退小车各个方向和取片辊道的运行速度。
(1)变频器：变频器是实现交流电机调速的关键元器件，它是利用电力半导体器件的通断功能将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。选用FR-A540-3.7K-CH，适用于输出功率3.7kW以下的变频电机，满足工程要求。
(2)变频电机：选取型号为Y90L-2，其额定功率为2.2kW，满载转速为2840r/min。
4 控制系统抗干扰设计
PLC 具有可靠性高、抗干扰能力强等特点。但在工业现场环境过于恶劣、电磁干扰特别强烈、突然断电等情况发生时，经常造成PLC接受错误信号，误动作，或使PLC内部数据丢失，严重时甚至会使系统失控。在系统设计时，应采取相应的可靠性措施，以消除或减小抗干扰的影响，保证系统的正常运行。
(1)接地保护设计：接地是抑制干扰、使系统可靠工作的主要方式。PLC一般应与其他设备分别采用各自独立的接地装置，若有其他因素影响而无法做到，也可以采用公共接地方式，但要禁止使用串联接地的方式或把接地端子接到一个建筑物的大型金属框架上， 此种接地方式会在设备间产生电位差，对PLC产生不利影响;电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，产生干扰。
(2)供电系统设计：PLC 供电系统中可采用隔离变压器、UPS 电源、双路供电等保护措施。
(3)冗余设计：冗余设计的目的是PLC已可靠工作的基础上，再提高其可靠性，减少出故障的几率和故障后的修复时间。
5 PLC 控制系统软件设计
该系统软件设计包括PLC 软件设计和触摸屏软件设计。
5.1 PLC 软件设计
PLC 程序设计的是否优化， 关系到整套系统能否正常工作，程序设计成功与否的关键在于编程人员对整套工艺系统的理解程度和程序编制技术的灵活应用。为此，程序编制采用功能模块化的子程序结构，根据堆垛机工作机理，将整套系统的动作过程分为故障报警子程序、取前定位子程序、取片放片子程序、左堆垛小车步退子程序、右堆垛小车步退子程序、放片前步退小车定位子程序6个相对独立的子程序。编程时，先对各个子程序独立编程和调试， 设置好每个子程序的入口和出口参数， 利用子程序调用功能将6个子程序连接在一起， 使整个程序层次分明、结构清楚、调试容易。其主程序流程图如图3 所示。
5.2 触摸屏软件设计
根据二维磨削力控制砂带磨削机床的控制和操作要求，设计了主界面、参数设置界面、信号监控界面、参数显示界面等。
6 结语
垂直堆垛机的优点是结构紧凑、轨迹合理、运行平稳、堆垛精度高、周期短、玻璃擦伤少、自动化程度高，但人工铺纸相对较难[2]。实践证明，该系统操作方便，运行稳定可靠，自动化程度高。