西门子模块6ES7212-1AB23-0XB8代理订购

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　型材辊压生产线是生产汽车门、窗等型材的关键设备，其剪切系统自动化程度及定尺精度的高低将直接影响企业生产效率及产品质量。型材剪切一般有定尺停剪和飞剪两种。定尺停剪控制简单，定尺精度高，但生产效率低，特别是对于有缝焊机的辊压线，频繁起停将会影响焊机焊极的使用寿命；飞剪控制比较复杂，方法也较多，相对简单的一种就是由型材本身带动剪切工作台实现飞剪的方法[1～2]。这种剪切方法只适用于刚性较大的型材，而对于截面积较小的型材必须加牵引机，控制复杂。针对上述不足，我们设计了一种采用直流伺服机驱动、PLC控制剪切工作台实现连续不停机剪切的飞剪控制系统。应用结果表明，该系统运行可靠，同步精度较高，定尺误差较小，适用于剪切各种规格的型材，不仅提高了企业生产效率及产品质量，具有广泛的推广应用价值。

1　采用伺服机的型材辊压生产线飞剪控制系统的组成
　　
型材飞剪系统是一种连续剪切型材的加工机械，相对于定尺停剪系统，可提高生产效率。采用伺服机的型材辊压生产线飞剪控制系统原理如图1所示。

图中，S1、S2、S3为接近开关，S4、S5、S6为滚轮式行程开关，负责工作台的终端停车及超程保护。伺服机通过丝杠拖动工作台运动，由液压缸带动刀具完成冲切任务，其运行过程如下：
　　
（1）型材以恒速向前移动，由测长轮测定型材长度，当到达预定值时，起动伺服机，工作台开始移动。
（2）当工作台与型材的移动速度达到同步时，液压缸动作，刀具开始冲切，接近开关S2检测到冲切到位信号时，刀具抬起。
（3）工作台继续移动，当刀具回到初始位置时，接近开关S1有信号输出，伺服机反转，工作台高速返回。
（4）到接近开关S3位置时，工作台停止，根据切割的根数，决定是继续运行还是停车。

2　飞剪伺服同步控制系统的组成与参数计算
　　
伺服同步控制系统由直流伺服驱动器、伺服同步控制器、PLC及测长轮等组成，其控制系统结构框图如图2所示。

测长轮光电编码器输出的脉冲信号分两路，一路送给PLC的高速计数口，做测长用；另一路先经光电隔离及F/V环节将频率信号转换成电压信号，再经放大器放大后，作为伺服驱动器的速度给定信号。连续剪切时，必须保证工作台的移动速度与型材线速度严格同步，在F/V变换器与伺服驱动器参数确定的情况下，放大器放大倍数的确定将是实现伺服同步的关键。已知系统参数如下：

F/V环节输入输出特性：Kf=（0～25kHz）/（0～5V）；
伺服驱动系统：大给定电压=5V，额定转速ne=1500r/min，转速反馈系数α=/ne=1/300（V．min．r－1）；
测长轮直径：DL=110mm=0.110m；
光电编码器每转脉冲数：N=5000；
型材大移动速度：Vm=15m/min=0.25m/s；
丝杠节距：T=10mm=m。

3　PLC控制系统的组成及软件设计
　　
型材辊压飞剪系统采用日本富士NB1系列可编程序控制器控制，可实现定尺停剪、飞剪及剪切长度、剪切根数的自动控制，具有自保护、自诊断和报警等功能。剪切长度及剪切根数等参数由PLC通过串行通信从上位机读入。PLC剪切控制系统的输入信号包括：测长轮光电编码器LF输出的电脉冲（A、B两相），接近开关S1～S3，行程开关S4～S6，伺服准备好信号VRDY；输出信号包括：伺服上电SON1，伺服使能ENBL（Y115），伺服速度给定Y117、Y116、Y120、Y121，冲切电磁阀、抬起电磁阀、加速阀及溢流阀等，其PLC外部接线图略。控制流程如图3所示。

系统通过对光电编码器LF输出脉冲的检测来计算对应的型材长度。NB1系列U型PLC的高速计数指令功能是当条件满足时发出一中断信号，并控制相应的动作。由于系统剪切长度是可以改变的，故需要通过PLC中算术运算将剪切长度转换成对应的脉冲数。
　　
为了使系统能够安全可靠工作，对软件和硬件均作必要的处理。软件主要是延时保护，因为系统工作过程主要是顺序动作。当某一工序到下一工序的时间超过确定值时，说明该工序的相关部分出现故障，命令系统停止运行，等候维修。图中长度检测到延时是根据型材的剪切长度与轧制速度的比值来确定；剪切到位和刀具抬起延时是根据冲切刀具动作的快慢来确定，本系统取3s；Y115为伺服使能信号，延时打开的目的是保证工作台高速返回停车时有足够的制动时间。硬件是采用4个保护开关，前两个是接近开关S1、S2，主要是检测型材是否切下和刀具是否抬到位，若未按规定动作，则视为故障，系统停止运行；另两个是限位开关S4、S6，作用是在前面保护均失效，工作台到达S4（或S6）位时，强制系统停止运行。
　　
本系统充分利用了PLC的逻辑运算、数值处理、高速计数、中断及沿触发等功能，使整个系统控制方便灵活，外围设备减少，并能大大缩短现场的安装和调试周期。
　　
实际调试过程中发现，连续飞剪的定尺精度往往不如定尺停剪的精度高，其主要原因如下：　　

（1）测长轮与型材之间有相对滑动，使计数不准，可设法增加测长轮与型材之间的摩擦力，如增大气阀压力等；
（2）工作台每次返回的初始位置不一致，可增加一初始位置定位系统，提高位移控制精度，但系统要相对复杂一些；
（3）伺服同步精度低，剪切时工作台相对于型材有相对运动，可适当调整电位器RP1。
（4）由于伺服同步控制器在转速环外，系统元件（包括放大器、F/V变换器和电阻等）参数值随环境温度的变化对定尺精度有一定的影响，可在此基础上增加一位置环。

4　结束语
　　
该系统自1998年8月在凌云汽车零部件有限公司通过项目验收并开始投运，连续两班无故障运行至今，目前仍运行良好。由于系统采用上位机及PLC控制，定尺停剪与飞剪任意选择，设定参数可在线调整，系统具有操作简单，维修方便，控制精度较高，适用范围广等特点，大大提高了企业的生产效率及产品质量，使企业效益明显提高。剪切长度为2680mm的型材，定尺停剪误差≤±0.5mm，飞剪误差≤±1mm。运行结果表明，本剪切系统已达到该厂90年代引进的德国原装生产线飞剪控制系统的自动化水平及控制精度，系统可推广应用，以发挥更大的经济效益。

1 引言

      现在横切机已经广泛的应用到包装行业，横切机的控制部分要满足非常苛刻的要求，既要实现jingque的裁切长度又要满足很高的裁切速度，其难点在于当纸板处于高速运动状态，切刀的动态控制需要极高的运算速度和极高的跟踪性能。传统的变频器控制方式主要有两种：一是通过变频器的操作面板来控制，二是通过变频器的控制端子控制。这两种方式的变频器参数监测都是通过指针式仪器仪表进行各项运行参数的读取，而在这两种控制方式中控制系统和变频器之间信息的交互非常有限，多个参数的读取依赖过个指针式仪表使系统的体积庞大，线路连接复杂，模拟量输入信号又存在易受干扰和传出距离短的问题。

       本文通过对德国KEB公司的飞剪控制系统的研究，探讨了通过PLC去控制德国KEB公司的F5变频器实现横切的方法。可编程控制器(PLC)的使用可对提高控制系统的可靠性控制精度、增强系统的抗干扰能力等起到重要作用，而触摸屏的使用则为整个控制系统提供了良好的人机操作界面，二者的联合越来越广泛的应用于工业生产的各个领域。横切机在工作时动作繁多，为保证横切机控制系统的运行并提高其可靠性，采用TouchWin触摸屏和台达公司的DVP系列PLC对横切机的控制系统进行设计。

2 系统设计

2.1 系统结构图

图1 控制系统结构图

       该系统采用二级控制结构，触摸屏负责接受用户界面及订单管理任务。下位机采用PLC控制系统，用来接收触摸屏发来的加工任务和调试指令，控制变频器完成加工任务，检查工料和各个按钮的状态并执行相应的处理，实时测量切刀位置、纸板长度、纸板进给速度，检测变频器参数，实现故障报警等功能。

2.2系统硬件选择

（1）触摸屏：TP采用加拿大TouchWin公司TP系列触摸屏，它具有RS232/422/485通讯口，可以与近 30个厂家的PLC通讯，兼容性极强还可以和计算机通讯（开放式通讯协议），基于 bbbbbbs98/2000/XP操作平台下的专用组态软件，界面友好直观。在编程软件中选择好触摸屏和PLC型号后，在其系统设定中选择PLC型号，设置通讯的波特率为9600bps ；奇偶校验为偶校验；数据长度8位；停止位1位；通讯方式RS-232。

（2）PLC：选用台达DVP-ES系列，编程软件采用WPLSoft2.09。

（3） 变频器：采用德国KEB公司F5系列变频器，该变频器配备有继电器输出和可编程模拟/数字输入及输出端，以及可编程软件输入/输出端，它低速时更大的运行转矩，实现了低速高转矩的无传感器矢量控制；负载下稳定的转速，转矩突变时具有更快的响应速度；当空载运行时更小的电流消耗及电机发热，增强了电机发电运行状态时的机械特性。支持Modbus等多种通信协议。

2.3 触摸屏、PLC与变频器之间连接方式

触摸屏通过RS232接口与台达PLC的8针圆形公座相连，连接方式如表1

表1PLC与触摸屏连接方式

台达DVP系列PLC通过自带RS485接口与变频器相连，连接方式如表2。两个编码器与变频器的两个SUB-D插座相连。

表2PLC与KEB变频器RS485通讯连接方式

1 概述
　　长期以来，马钢二铁厂的几座高炉因为煤粉产量不够，制约了高炉系数的提高，为了提高煤粉产量，并且从节能角度出发，马钢二铁厂制粉系统将原来的球磨机改造为中速磨。中速磨是一套全负压的生产系统，配套设备较多，工艺较为复杂，对控制系统的要求相对较高。经过多方面综合考虑，控制系统后选用了在喷煤系统中有广泛应用的GE公司90-30系列PLC，并一次投运成功，实现了该系统的过程自动化。经过几个月的运行不仅完全满足工艺要求，运行稳定可靠。

2工艺简介
　　制粉的过程是：原煤由行车吊入原煤仓，经阀门进入给煤机的皮带，通过皮带，进入中速磨，中速磨内有三个液压驱动的辊子，不断碾压原煤使其成粉末。中速磨的一端鼓入加热炉送来的热风，将煤粉烘干，另一端则由煤粉风机向外抽风，形成负压，碾压过的细小煤粉和热风一起被抽到布袋除尘，布袋除尘回收煤粉至煤粉仓，用于高炉喷煤。热风则被煤粉风机排至大气中。



3系统设计及配置
(1) 设计
本工程的自动化控制系统具体层次结构如下：
– 层：远程I/O从站和传动级系统，通过GENIUS现场总线与PLC相联进行通讯，完成数据的采集及设备控制。
–第二层：过程控制系统，主要是将PLC和HMI（人机接面）通过基于TCP/IP协议的工业以太网相联，组成工业控制局域网，完成数据采集及设备运行状态的监视和控制。
– 第三层：预留与厂级网络的接口，进行生产管理所需数据的收集、处理、分析和传送。
(2) 系统配置
系统配置如图1所示。

图1 系统配置图



– 硬件配置
该控制系统硬件采用GE 90-30 PLC 2套，PLC的CPU采用IC693CPU364，集成了工业以太网通讯接口。带有GENIUS接口的主/从站接口通讯处理器挂接VersaMax从站5套，完成数据采集及设备控制。操作站选用PIII工控机2套，操作站和PLC之间采用10MB的工业以太网进行连接，组成以TCP/IP协议为通讯基础的工业控制以太网，满足过程监视、控制及管理自动化的要求。
– 软件配置
操作系统采用bbbbbbs NT4.0工作站，为监控软件Cimplicity5.0和编程软件VERSAPRO提供可靠的运行环境。
在VERSA PRO2.0中，梯形图和语句表为PLC编程语言，用于开发用户的控制程序，硬件组态程序用于PLC硬件、模板及网络通讯的组态，所有模板的组态数据都通过组态软件向PLC下载，避免了拨码开关的设置。
Cimplicity5.0接口开放，功能强大，图库丰富，能方便地进行生产过程的监视控制，并提供事件处理、报警登录、历史趋势等多种手段对数据进行分析。

4 系统控制功能
制粉工艺过程的主要控制包括：磨煤机出口温度控制系统，磨煤机负荷控制、磨煤机前负压控制等。
(1) 磨煤机入/出口温度控制
为了提高整个制粉系统的防爆能力，工艺将热风炉废气引入作为煤粉干燥气体及煤粉输送气体。由于热风炉废气温度变化较大，用加热炉产生高温烟气与热风炉废气混合，为磨煤机提供一定的干燥和温度稳定的气体。磨煤机入口温度可通过比值调节实现，即调节加热炉产生高温烟气与热风炉废气的混合比值来控制入口温度。
在制粉系统中磨煤机出口风粉温度要比入口温度重要，由于受磨煤机负荷及原煤干湿程度的影响，磨煤机出口风粉温度较难控制，可将磨煤机入口温度控制作为副环，出口风粉温度作为主环构成串级，这样，副环作为“粗调”，主环作为“细调”，减少了滞后，提高了抗干扰能力。由于采用改变入口温度作为控制手段，加热炉产生的烟气只占整个干燥气的5%~10%，对风量影响不大，对磨煤机负荷控制也有好处。
(2) 磨煤机负荷控制
磨煤机是整个制粉系统的核心部分，负荷自动控制就是在保证喷吹要求的前提下，使磨煤机在经济的工况下运行。磨煤机负荷自动控制通常都是通过调节给煤机给煤量来实现，通过变频器控制给煤皮带的速度，从而控制给煤量。可按单回路设计，以给煤量作为调节变量。
(3) 磨煤机前负压控制
在使用中速磨制粉时，由于煤粉的细度与通风量之间是比例关系，保持磨煤机的风量不变，则煤粉的细度不变。保持磨煤机前负压的稳定，便能达到风量稳定的目的。实际上负压控制就是煤粉细度的控制，也能防止煤粉外泄。磨煤机前负压控制按单回路设计，以风量作为调节变量。
(4) 人机接口（HMI）功能
人机接口主要功能是生产操作人员通过CRT上的实时动态画面对生产过程进行监视，根据现场的实际情况对生产过程进行必要的控制和调节，以及进行趋势分析等。用彩色CRT或液晶显示器的直观动态显示画面替代目前操作台上的大量显示仪表和操作按钮开关，使操作控制直观、简单和集中。其功能包括：生产各过程参数的监视与报警，历史数据的记录与显示，各控制回路的参数整定和调节操作，参数自适应、参数给定、报表打印等功能。
系统监视功能也是人机接口的重要功能，它对整个自动化系统的功能实现起着重要作用。系统监视功能包括：过程故障报警与记录，电气系统故障报警与记录，动态参数显示与记录。