6ES7216-2BD23-0XB8产品齐全
1 引言
副井提升机信号及综合保护系统,是副井提升系统的重要组成部分。该系统工作性能的优劣,直接影响到提升机的安全运行。某煤矿副井提升机分为两套提升绞车，一套为双罐笼提升-双层提矸(换层操作)、双层提人(不换层，设人员上下桥台)及其它辅助作业;另一套为带平衡锤的单罐笼提升—双层提矸(换层操作)、双层提人(不换层，设人员上下桥台)及其它辅助作业。原信号系统中的井口闭锁信号及打点信号由于器件的老化等原因，动作迟缓或误动作。可编程序控制器的高速发展和成熟应用,也为副井提升信号系统的改造提供了良好的前提条件。从满足现场需要和操作方便灵活的角度出发，应用可编程控制器对其进行改造。
2 三菱FX_2N可编程控制器
三菱FX_2N系列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，是FX系列中次的超小型程序装置。除输入出16~25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。它具有如下特点:
l 系统配置既固定又灵活
在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16--256点的灵活输入输出组合。
l 备有可自由选择，丰富的品种
可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用小8点的扩展模块进行扩展。
可根据电源及输出形式，自由选择。
l 令人放心的高性能
程序容量:内置800步RAM(可输入注释)可使用存储盒，大可扩充至16k步。
l 编程简单
本系统采用三菱的FX2N系列PLC实现上下井口的各种操作。上井口为FX_2N128MR，下井口为FX_2N80MR，车房为FX_2N48MR除紧停信号单独外的各种操作及信号的处理均由可编程控制器完成
3 系统构成
系统框图如图1所示，由车房显示系统、上井口信号操作系统和下井口信号操作系统等三部分组成。
3.1 车房显示系统
车房显示系统主要完成提升过程中的各种信号显示，包括提人、提物、急停、换层、检修等的汉字显示，快上、快下、慢上、慢下、停车等的汉字和数字显示，三次提升信号所对应的数字记忆，提升钩数的累计显示等等。对快上、快下、慢上、慢下、停车的五种信号具有与信号数字相对应的音响信号，如打点信号为4，则对应有四次音响信号。在紧急停车时具有上井口、下井口、车房的全线音响报警信号。
各种与绞车控制回路闭锁的信号集中到车房显示系统的控制柜中，再分别接入各控制回路，便于维护和检修。
3.2 上井口信号操作系统
上井口信号操作系统的功能主要是根据提升任务的需要向车房发出相应的打点信号及完成相应功能的转换，如提人、提物、换层、检修等。根据煤矿安全规程要求，在提升过程中，下井口的信号必须由上井口转发，即每次提升开始，下井口向上井口发出打点信号，上井口再发出相应的信号，并传至车房，在操作面板上显示相应的数字和发出相应次数的音响信号。如果上井口发出的信号与下井口不一致，信号将不能发出，操作面板上也相应显示和音响信号。但当上井口下放人员时，不论下井口发出什么样的提升信号，均服从于提人，即上井口可以将提人信号直接发至车房，实施提人操作。在本系统中不论是提人还是提物，只有提人、提物转换开关的位置选对，打点信号才有效。一旦信号正确发出，除紧急停车信号外，系统将闭锁各种信号，确保提升的安全。当需要换层时，只要将换层转换开关置于换层位置，提升机将按照换层所设定的速度运行。在系统检修时，将检修转换开关置于检修位置，此时提升机将按照检修速度运行。
上井口发出的各种信号均传至车房，为司机提供开车信号。在提升信号没有发出时，绞车开不了车。在信号系统中还设置了提升方向的闭锁，绞车只能按正确的方向开车。
在系统中如果上下井口的闭锁和操车信号异常，显示屏上将出现相应的闪光指示，以便及时的发现问题和解决问题。为了方便上下井口的联络，系统中设置了联络信号操作按钮，通过此按钮实现各种联络。
当信号系统的PLC检修或故障时，本系统可以通过设置的备用信号系统发出各种开车信号，确保提升系统的正常运行。
3.3 下井口信号操作系统
下井口信号操作系统的功能基本与上井口信号操作系统的功能一样，不同之处在于:
(1) 下井口的信号只能传至上井口，而不能直接发至车房。
(2) 当下井口发出提人信号时，上井口只能发出提人信号。
当需要紧急停车时，上下井口均可通过紧急停车开关，发出全线紧停声光信号。
牙膏封盖机是一个机电一体化的产品，其核心是控制系统。该控制系统方案基于DELTA（台达）AE系列人机界面、SS系列PLC、ASD－A伺服系统等产品的有机组合，借助其产品的数据通讯功能能够很灵活地构造控制方案，它相对于传统的D/A模拟量控制具有可靠性更高，控制更的优点。以下重点讨论各系统如何利用通讯功能以实现其间的数据交换和如何使伺服系统的响应速度和机械的扭矩限制相配，以实现在牙膏封盖机上的牙膏封装工艺要求。
牙膏封盖机的工艺要求和机械结构
牙膏封盖机是牙膏包装生产线上的关键性设备，主要用于牙膏灌装后的封盖动作，其工艺要求如下：（1）封装速度能够配合前端灌装生产线的送料速度，实现封装速度可以调节；（2）能够对牙膏的封盖扭力进行设定，并只有在封装扭力达到设定值后才能继续封装，以保证牙膏盖的封装质量；（3）能够对来料的相关参数进行检测，并实现自动送料。牙膏封盖机的机械结构如图1所示。
图1 牙膏封盖机的机械结构示意图
控制系统的硬件配置和功能设计
通过对整个机械工艺特点和功能要求的分析，确定程序控制单元采用PLC实现，HMI人机界面作为监控单元，选择SERVO驱动单元作为速度和扭力控制单元，以满足整个机械的电气控制硬件要求，其电气系统控制硬件架构如图2所示。
1）PLC程序控制单元
程序控制单元采用DELTA SS系列小型PLC，其主要特点有：
（1）体积小巧，成本更低；
（2）14点主机设计，8点数字输入和6点晶体管输出；
（3）内建RS232和RS485双通讯端口，可以采用通讯方式读取HMI设定数据。
PLC I/O点规划如表1所示，PLC与HMI关联M辅助继电器定义如表2所示。
2）HMI监控单元
HMI监控单元的主要任务包括：
（1）模式功能的选择（运行模式M3、监控模式M2、参数模式M1）；
（2）控制功能（运行M4、停止M5）；
（3）监控功能（PLC I/O状态的读取、伺服 I/O状态的读取、加工总数等信息）；
（4）参数设定功能（封盖伺服速度设定、封盖伺服扭力设定）。
HMI监控单元采用DELTA DOP－A5.7’系列彩色人机界面，以实现对控制系统的操作、监控和参数设置等功能，有以下主要特点：
（1）256色彩显示，5.7’ 监控界面；
（2）支持双通讯联机功能，可连接2种不同协议的控制器，方便架构多机联机网络；
（3）软体内建与台达PLC和伺服通讯及内部协议，可以方便编程，简化设计；
（4）可以通过多级密码设定功能来实现多用户管理；
（5）内建万年历功能。
HMI 支持双通讯联机功能，可连接2种不同协议的控制器。本案使用HMI的COM2与PLC进行RS485通讯，用以设定PLC程序中的按钮等元件，并可将PLC的运行状态反馈在HMI上，还使用了HMI的COM1与SERVO进行RS232通讯，用以与伺服内部寄存器交换数据，架构见可图2。
该方案的优点在于无需增加任何通讯模块，其控制功能是在各控制单元硬体和软体自身通讯功能的基础上构建实现的，可以使成本更低、应用更方便、性能更稳定。
HMI人机界面规划如图3所示。
图3 人机界面规划示意图
表3和表4分别给出了各个要素的相关说明。
3）SERVO速度和扭力控制单元
SERVO单元的主要任务包括：
（1）对封盖时电机速度的调节；
（2）对封盖时电机输出大扭力的调节和检测。
SERVO单元采用DELTA ASD－A系列100W伺服系统，以实现对机械封盖时速度控制和对封盖时大扭力进行限定。它有以下主要特点：除传统的位置控制、速度控制和扭矩控制外，有PR通讯模式、内部速度和内部扭矩功能；内建RS232/RS485/RS422通讯端口，可以采用通讯方式快速获取相关数据；具有扭力限制功能，开启该功能，能够限制电机输出的大扭矩。伺服单元相关参数设定如表5所示。
这里需要说明两点。
（1）关于内部速度模式的说明
伺服速度模式主要应用于对机械速度精度要求比较高的场合。伺服单元有两种命令的输入模式，即外部模拟量输入（即S速度模式）和内部寄存器输入（即SZ内部速度模式）。当选择SZ模式时，可以通过通讯的方式改变命令寄存器1－09（地址0109H）的内容值，并且还可通过伺服外部的DI-SPD0输入来切换命令，如表6所示，SZ模式下的时序图如图4所示。由上述可知，在内部速度模式下，只要改变伺服内部寄存器1－09的内容值,即可改变伺服电机执行封盖的速度。
（2）关于大扭矩限制功能的说明
伺服扭矩限制功能通过伺服外部DI2TRQLM开启后，电机的大输出扭矩设定值＝电机的额定输出扭矩×P1－12的设定％，单位NM。100W的伺服系统额定扭矩为0.318N.M，当P1－12设定为10时，电机大输出扭矩＝0.318×10％＝0.0318N.M。当伺服扭矩限制功能开启后，可由通讯方式改变命令寄存器1-12（地址010CH）的内容值,并可通过伺服外部的DI输入切换扭矩命令的来源。当电机输出扭矩达到设定的电机大输出扭矩后，电机会停止运转，并且以反作用力的形式保持，伺服单元的DO输出TQL便会由OFF变为ON，扭矩限制功能时序图如图5所示。
由上述讨论可知，只要在开启扭矩限制功能的前提下，改变伺服内部寄存器1－12的内容值，即可限制伺服电机输出扭力的大小。
（3）其他辅助单元
其他辅助单元还包含给控制回路提供电源的DC24V开关电源，DC24V微型电磁阀，以及外部紧急停止按钮等辅助电器元件。
工艺过程程序设计
牙膏封盖机控制系统并不复杂，对工艺过程却有严格要求。根据生产线生产设备对工艺过程各个环节对工艺的具体要求，经过分析可以绘制出整个生产过程的程序动作流程图，如图6所示。按照该动作流程图编制出各子模块的相关程序并非难事，具体程序在此从略。
结束语
在上述基于台达HMI＋PLC＋SERVO的牙膏封盖控制系统的应用案例中，文中只对基本原理作了说明。借助台达产品据通讯功能的优势，能够很灵活地构造各种控制方案，它相对于传统的D/A模拟量控制具有可靠性更高、稳定性更好、控制精度更高的优点