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1 引言
PLC在机械制造的设备控制中应用非常广泛，但在普通车床数控化改造中，用PLC作数控系统的核心部件还是一个新的课题。随着PLC技术、功能不断完善，这将是一种发展趋势。本文对此加以讨论。
2车床的PLC数控系统控制原理设计
2.1 车床的操作要求
车床一般加工回转表面、螺纹等。要求其动作一般是X、Z向快进、工进、快退。加工过程中能进行自动、手动、车外圆与车螺纹等转换;并且能进行单步操作。
2.2 PLC数控系统需解决的问题
车床的操作过程比较复杂，而PLC一般只适用于动作的顺序控制。要将PLC用于控制车床动作，必须解决三个问题：
图1 数控系统原理图
1）如何产生驱动伺服机构的信号及X、Z向动作的协调;
2）如何改变进给系统速度;
3）车螺纹如何实现内联系传动及螺纹导程的变化。
将PLC及其控制模块和相应的执行元件组合，这些问题是可以解决的。
2.3 数控系统的控制原理
普通车床数控化改造工作就是将刀架、X、Z向进给改为数控控制。根据改造特点，伺服元件采用步进电机，实行开环控制系统就能满足要求。Z向脉冲当量取0.01mm，X向脉冲当量取0.005mm。选用晶体管输出型的PLC。驱动步进电机脉冲信号由编程产生，通过程序产生不同频率脉冲实现变速。X、Z向动作可通过输入手动操作或程序自动控制。车螺纹的脉冲信号由主轴脉冲发生器产生，通过与门电路接入PLC输入端，经PLC程序变频得到所需导程的脉冲。刀架转位、车刀进、退可由手动或自动程序控制。图1为数控系统原理图。
3PLC输入、输出（I/O）点数确定
所设计的车床操作为：起点总停、Z、X向快进、工进、快退;刀架正、反转;手动、自动、单步、车螺纹转换。输入需14点。根据图1得输出需9点。I/O连接图如图2所示（以三菱F1S-30MT）为例。
图2 I/O连接图
1、引言
为适应国民经济持续发展的需要，缓解山西、陕西、内蒙古西部煤炭外运通道港口装船能力不足的状况，秦皇岛港于2004年下半年正式启动煤四期升级工程。利用煤四期工程预留的卸车能力，增加相应工艺设备及配套设施，新建5万吨级和3.5万吨级泊位各一个，增加吞吐能力1500万吨。
基于此对原plc自动化控制系统进行升级，升级后的控制系统将与已投产的煤四期合成一个完整的生产系统，在中控室的统一控制下，实现各个装卸生产任务。
2、系统设计
2.1 升级内容
本次升级内容包括：中控室的处理器从plc5升级至controllogix系列；中控室i/o模块升级至controllogix系列；处理器程序增加升级部分、数据库传输以及通信部分；中控室广播系统在原有的基础上升级；除尘洒水处理器从plc5-40e升级至plc5-80e，程序在原有基础上增加以太网通讯指令；其余变电所plc程序主体不变，与升级后的controllogix成为一体；监控系统与plc通讯软件升级；监控系统开发软件由intouchv7.0升级至intouch v9.0，遵循程序改动小原则。
2.2 升级系统设计
中控室部分把plc5升级至controllogix系列，主处理器为1756-l55m24，i/o模块的容量留有15%以上的余量，存储器具有后备电池保护功能，plc具有远程i/o能力和故障诊断功能，所有的plci/o模块、电源模块及其它功能模块均能带电插拔，所有模块插入机架都有锁定装置[1]。处理器程序预先在实验室内进行流程的模拟与测试，保证在现场切换后可以立即投入到生产中。切换plc5模块时，拆除plc5系列模块，并在原有位置安装controllogix系列模块。输出模块的电压等级与原有系统保持一致，输入模块的电压等级更改为dc24v，模拟量模块与原有模块的电压等级一致。在升级前，仔细检查并做好每一根控制电缆的标记，保证切换过程中正确无误，并且占用小的停产时间来进行系统切换。更换后，系统将保证基本的工作需要，并在调试过程中逐步完善。
升级后的plc框架结构如图1所示。
图1 中控室框架结构示意
中控室原通信柜内包含光纤收发器、无线调制解调器和交换机三类主要设备，其中光纤收发器和无线调制解调器主要指各个变电所、各个大机通讯所用的数据收发器。所有通讯设备将择机从原通信柜切换至新通信柜中，而后切换各个大机信号设备，对通信路径作明确标示，以便于维护。
在中控操作台、新柜内各放置一台3com交换机，用于中控室内pc机与其他设备的数据交换。中控操作台交换机通过双绞线与plc室内交换机相连。ccrplc、各变电所plc、原有大机plc通过光纤与ccr plc进行数据交换。
升级后形成了一个以中控室plc处理器为中心，与现场变电所和各个单机实时通信的以太网控制系统。该系统采用tcp/ip协议，利用msg指令进行设备间通信。整个控制系统网络的通讯结构如图2所示。
图2 plc控制系统网络结构示意图
中控室内原有3台cgp，此次新增3台cgp，对原系统的3台cgp的intouch监控软件做相应的升级。
中控室plc主要完成原有系统plc的所有功能，新系统翻堆、取装线的流程操作功能，以及向数据库提供生产作业数据等功能。
对于老系统，所有程序位于“_2_ladder”内，原有程序保持不变，完成原有系统的流程选择、大机的流程控制等工作。
程序段“comm”完成通讯功能。主要完成与取装线plc处理器、翻堆线plc处理器、r52处理器、r62处理器、cd5处理器、ccr_dc处理器等6个处理器的以太网通讯读写控制。当取装线或者翻堆线通讯异常时，正在运行的流程将立刻停止。当ccr_dc处理器通讯异常时，相当于ccr处理器与所有其他老系统处理器的通讯中断，此时涉及到老系统设备的流程不能作业。当r52、r62、cd5这3台处理器通讯异常时，系统会产生报警信息，提示相关人员维修检查。
程序段“database”用于整理数据，把数据库需要的信息整理好，向数据库提供数据。
程序段“flownoview”用于向上位画面提供流程号码的显示。当有流程选中、启动、停止、故障、授权时，升级部分的上位画面就会有相应的流程号码显示。
程序段“new”为升级部分流程选择、启动、停止、授权的控制主程序。
煤四期升级工程建成后，与原煤四期工程要形成一个统一完整的生产系统。包括31个plc节点，彼此之间的通信传输的数据量非常大，要求作为通信中心的中控plc必须采取有效的通信方式，以避免数据传输缓慢或出现丢包、堵塞问题。中控室plc由plc5系列升级为controllogix系列后，由于产品更新换代的原因，plc5/40e中c.e系列之前的产品不支持cip协议，无法直接与controllogix通讯，这就意味着老系统中的plc将无法与中控plc直接通信。基于此，采用如图3所示的通信结构。
图3 老系统数据方向通讯示意图
这种通信路径减少了与中控plc直接通信的plc数量，使plc的资源能得到合理利用。
15号变电所有两个plc处理器ss15_fd、ss15_qz，分别实现的是翻堆线流程和取装线流程。现场各大机与该处理器通信，该处理器再与中控plc通信。升级系统通信结构示意图见图4。
图4 扩容系统通信结构示意图
在msg的通讯指令控制上，采用轮循方案控制。每个plc5或者controllogix处理器中都有不止一条的指令。上一条指令执行的完成或者故障触发为下一条指令的使能位。以此类推，直到后一条指令的完成或者故障位触发条指令的完成。为防止connection碰撞发生，在每两条msg指令的执行中间，增加500ms左右的延时等待。这种方式要比以往的广播方式更优化，能避免通信造成网络堵塞和大数据流的发生。
3、结束语
自动控制系统升级以来的生产情况表明，系统运行稳定、可靠，网络速度明显提升，设备的运行率较之前有所提高，各项指标均达到既定目标，说明本次升级很好地解决了不同系列plc组网的问题。
设备运行速度经计算转化成频率，系统软件通过modwd指令将转化后的频率写入变频器地址，后由变频器驱动变频电机运转来拖动设备运行，通过modrd指令读取变频器的运行状态(温度、频率、电流)数据，通过触摸屏显示出来，以便用户对变频器运行状态的查询，通过变频器温度、频率、电流等数据判断变频器及设备运行是否正常，及时对设备进行维护，达到安全生产。
计数程序主要是对计数传感器采集的脉冲信号进行处理，通过高速计数器c235来记录脉冲信号，每经过一个计数周期后就将c235所记录的脉冲信号数进行计算，转化成棉网的长度，经过几个计数周期，采集的脉冲数经累计后到达了用户设置长度，电机停止运行，完成其他一些列动作。
由于该设备在运行过程中执行动作比较多，在程序设计时采用了步进指令来完成这些动作，一个步进指令必须执行三个任务：
(1) 驱动输出线圈；
(2) 指定转移条件；
(3) 指定步进点的控制权要转移给那一个步进点。
下面是设备控制程序部分步进指令：
stl s0 步进从初始状态s0开始
ldi x25 空管检测，无空管及x25=off转移到s20步进点
set s20
ld x25 空管检测，有空管及x25=on 转移到s21步进点
tmr t31 延时后转移到s21步进点
out m132 驱动继电器m132
ld t31
set s21
ret
控制动作程序利用步进指令编写使得程序思路明确、条理清晰，在相关的动作互锁上容易处理，设备系统调试时也容易查错。
根据设备工艺要求控制程序具有停止、自动、调试三个工作状态，当设备被指定在停止状态时，除了通信程序外，其余程序都被禁止运行。当设备被指定在调试状态下时，plc只能运行通信程序和调试程序，此时，通过触摸屏可以对设备动作进行单步执行，当设备出现故障时，可以在调试状态下进行故障排除。当设备被指定在自动工作状态时，按下启动按钮，设备将按图1流程图所示进行工作。
3.3 人机界面
控制柜上人机界面可使过程可视化，智能化，方便系统调试，增强系统故障之后的恢复能力，改善系统的可维护性，降低运行成本。
根据画面显示信息量采用十八个画面，各画面之间通过触摸键进行切换，触摸屏上各类组件的内存单元和与plc中数据存储区的的单元相关联，构成系统整体监控。根据设备工艺要求设计了参数设定、系统调试、故障信息查询参数设定等画面。
参数设定画面(如图3)主要是为了给现场操作人员进行设备工艺参数调节使用的，根据棉纺工艺的不同，对棉卷大小进行调节，设备运行速度调节，棉卷滚出停止位置调节，动作的快慢进行调节等。系统调试画面是为设备调试和故障排除而设计的，通过此画面的24个按钮，可以对动作流程图中的每个动作进行单步执行来进行故障排除和设备调试。故障信息查询画面提供了故障报警和历史数据查找功能，一旦系统发生故障，屏上主画面出现故障原因，点击信息查询按钮故障报警画面分析报警原因，触摸屏提供了一个十分灵活和友好的窗口，方便现场人员的使用，增强了系统的可操作性。
图3 参数设定画面
在对dop-ae10thtd65536触摸屏进行组态设计开发过程中，运用宏指令对控制程序进行了安全保护，防止用户对控制程序私自修改，造成事故发生，以下是部分宏指令：
$133 = (1@d1003) 将控制程序内存校验和送给触摸屏内部存储器$133
if $133 != 13877(dw) 将控制程序大小与原始控制程序内存校验和做对比
clrb (1@m1072) 禁止plc运行
endif
该段宏指令禁止了用户对plc控制程序的随意修改，提高了设备的安全性。
4、结束语
hxfa368条并卷联合机是集机、电、气为一体化的自动化设备，基于台达plc和触摸屏进行自动控制是整机一个很重要的组成部分，具有系统稳定、操作方便、性能可靠等特点，该设备投入运行后受到用户的。
1、引言
hxfa368型条并卷联合机在纺纱的整个过程中是个瓶颈环节，一旦出现问题，后边整个生产过程就无法进行，要求设备控制系统稳定、性能可靠、使用方便和自动化程度高等特点。该控制系统将可编程序控制器(plc)运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高和抗干扰能力强等特点与触摸屏操作简单、功能强大、界面友好直观的特点结合在一起使用，使该系统具有很好的人机交互功能，在生产应用中取得很好的效果。
2、工艺流程及硬件结构设计
hxfa368条并卷联合机主要由成卷部分、牵伸部分、电气控制柜组成，结构简洁紧凑，在纺织备中起着承上启下的作用，其部分工作流程见图1。
图1 工作流程图
系统采用中达电通公司dvp-60es00r主机和dvp32xp(扩展模块)系列可编程控制器作为中心控制单元，输入点数52点，输出点数40点，共计92点。操作显示单元选用中达电通公司dop-ae10thtd65536系列触摸屏，电机驱动选用中达电通公司vfd110b43a系列变频器控制。
在设备上共安装48个传感器和8个限位开关，其主要作用是负责各动作的定位、棉条有无的检测和脉冲信号的采样，传感器的输出信号都为开关量，以常开或常闭触点接入控制器的输入端子，选用24v直流电磁阀，直接用plc的各输出点驱动电磁阀。设备通过一个电机和10个气缸完成系统机电气一体化控制，达到了设备的工艺要求。
3、系统软件设计
系统设计软件流程图如图2所示。
图2 程序流程图
3.1 系统初始化
每套控制程序初始化都是必需的，每一次plc上电或对plc强制复位都要初始化，主要对在程序中使用的各种计数器、定时器、寄存器等进行复位和设置，保留上次运行需要记忆的各种数据，完成运行前的各项准备工作。
3.2 工作程序
工作程序由通信程序、计数程序和步进程序等组成，下面对各部分进行陈述。
通信程序采用modbus通信协议来完成plc与变频器之间数据的传输，modbus通信协议指令如下：
ld m1200
mov h86 d1120 设置通讯格式
set m1120 通讯格式保持
mov k100 d1129 通讯时间超时设定
ld m1129
set m1122 置位送信要求
ldp m1012
modrd k1 h2101 d40 将d40所存数据写入变频器地址h2101
ld m1127 接收完毕
rst m1127