西门子模块6ES7223-1PM22-0XA8产品型号
引言
传统的脉冲燃烧方式梭式窑温控系统多采用单回路PID调节仪与德国Krom公司的MPT-700P脉冲控制器解决，但该类脉冲控制器多只有两路输入，价格特别昂贵。如果一座大容积梭式窑采用一台脉冲控制器控制，如出现温度不均匀现象，系统无法自动抑制，只能手动干预。本文介绍的案例，采用科威公司的Easy系列PLC加HITECH公司的人机界面解决方案。
1.1应用场所：
2005年3月我公司中标承建了唐山雷诺陶瓷有限公司的100立方脉冲燃烧方式梭式窑项目。该项目已于6月份竣工投产，设备已正常运行。
2用户要求
2.1基本电器参数及要求
1、排烟风机功率37kw
2、助燃风机18.5kw
3、全窑24台燃烧器，8个温控区温度按同一曲线自动控制
4、窑压、助燃风压手/自动控制
5、PID调节，脉冲燃烧
6、火焰检测，熄火保护
7、采用链条机自动进出窑车
8、异常情况报警，设备安全连锁
3、系统方案
3、1系统结构
1、4台Easy-M0808R-A0404NB混合型PLC和1台Easy-M2416R开关量PLC，通过CAN总线组成主从站网络，完成设备启停，温度、压力控制以及过程控制。
2、机界面通过RS232与主站PLC的RS0口连接，所有手动操作、参数设定、工况显示均通过人机界面实现。
3、在工厂配置一台计算机作为服务器，通过RS232与主站PLC的RS1口连接，监视窑炉运行状态并记录运行数据。其他授权网络用户也可以通过访问服务器方便地察看窑炉运行情况或查阅窑炉历史数据。
4、系统框图
3.2系统特点
1、8个温控区平均分配给3台PLC控制，各区的热电偶信号输入与同区的脉冲阀占空比输出安排在同一PLC上，而相关的控制参数也通过人机界面预置在该PLC中。这样处理好处是：1）、使温度控制动作在短的时间得到响应；2）、减少了CAN通讯的数据交换量，加快了通讯速度；3）、便于故障诊断。
2、压力控制、链条机动作顺序控制也是分别由单独的PLC完成。
3、在人机界面中可预设三条烧成曲线，选取其中一条作为当前工作曲线，提供8个温控区作为动态设定温度。而每个温控区均为独立的PID调节。
4、在PLC程序中对PID作用方向的控制，方便地实现了窑炉加热模式向冷却模式的自动转换。
3.3人机界面功能
1、设备启停
2、系统温度、压力设定
3、系统PID调节参数设定
4、脉冲参数设定
5、链条机控制参数设定
6、窑炉当前运行状态显示
7、系统历史数据记录
8、系统报警功能
3.3人机界面画面
4比较分析
我公司曾经承建的唐山中陶瓷业的80M3脉冲燃烧式梭式窑采用的是以PID调节仪和MPT-700P脉冲控制器为主控元件的控制系统，以下是PLC/HMI控制系统与脉冲控制器控制系统的比较分析：
1、方便性：PLC控制系统电路设计简洁，大量的仪表、按钮、继电器被简化。复杂的电路被PLC的程序和HMI的组态所代替。
2、一致性：通过PLC强大功能实现的多温区控制模式替代了脉冲控制器的单温区控制模式。我们在唐山中陶瓷业的梭式窑的每辆窑车的上下左中右均放置测温环，检测窑内各区温度。出窑后检测所有测温环，高温度与低温度之差为14℃。我们在雷诺公司的PLC控制的梭式窑中作了同样的检测，经检测所有测温环，高温度与低温度之差为8℃。
3、jingque性：在正常运行状态下，PLC控制系统控制点的实时温度跟踪设定温度的极限偏差-2℃到+3℃，脉冲控制器系统的极限偏差为±1℃。这说明PLC的PID参数需完善，程序的算法有待优化。
4、灵活性：因为PLC的程序和HMI组态可以根据实际运行情况及用户需求随时修改，PLC系统具有更好的灵活性。
5、互连性：PLC控制系统通过一根电缆既可方便的将所有窑炉运行状态和数据传送给计算机，进而接入互联网；脉冲控制器系统需配置各类通讯模块才能将系统信息介入计算机。
6、经济性：PLC+HMI+PC：25000元左右，可以控制8个温区；MPT-700P脉冲控制器+调节仪+数显表+通讯模块+工控机：54000元左右，只能控制1个温区。混合型PLC系统具有更好的性价比。
1引言
项目原型基于小型制袋封切机开发外销出口型新机。原制袋宽度为600-1000mm。由于该机型送料胶辊惯量较小，送料电机采用130步进电机经过减速可实现传动，使用单片机进行位置控制。新机型制袋宽度提高到1500mm，送料胶辊惯量大幅增加，考虑到既能满足精度和速度的要求又有较大的瞬间转矩，送料系统改用伺服电机。由于用PLC开发周期较短抗干扰性、灵活性好，采用PLC+HMI作为控制系统。可实现中英文操作画面，满足设备出口的要求。
2封切机机工艺
2.1工艺结构
封切机机由机身、上下切刀、变频传动机构、上下送料胶辊、伺服传动机构、放料架、放料直流电机、可调色标检测架、可移动操作箱、电控箱等单元构成，参见图1图片。
图1 封切机机侧视外观图
2.2封切机工艺过程
（1）空白定位运行方式：忽略色标信号，送料长度为设置袋长，送料完成后剪切并计袋数，循环动作直至袋数达到设定值，停机并延时至设置时间，以等待收料设备或操作人员收集袋料后，启动并循环工作。
（2）色标定位运行方式：送料长度为设置袋长，在此期间的色标信号忽略，继续送出偏差长度的袋料，检测色标信号，定位于色标信号，定位完成后剪切并计袋数，循环动作直至袋数达到设定值，停机并延时至设置时间，等待收料设备或操作人员收集袋料后，启动并循环工作。若误检次数达到默认值，则停机并报警。
工作流程如图2所示。
图2 控制流程简图
3FD1500型封切机机电系统设计
3.1传动系统设计
（1）切刀传动系统。切刀传动系统为交流变频器拖动三相异步电机，由面板电位器调速，PLC控制切刀启动与停止。传动轴上安装2只霍尔开关，分别检测切刀低位和送料/切刀高位。开关1：切刀低位信号，该信号为送料停止信号。若送料时检测到切刀低位信号则表示系统超速，需报警并停机。开关2：收到切刀低位信号后的ON信号为送料信号，是送料电机的启动信号；第二次ON信号为切刀高位信号，是高位停机时的停机信号。
（2）送料传动系统。送料传动部分为交流伺服系统，采用同步带1：2减速传动。动力选用台达中惯量2KW伺服电机。具体型号：驱动器ASD-A2023M，电机ASMT20M250。
(3)控制精度计算。通过以下计算得出单个脉冲对应的送料长度，即为控制精度。
系统要求0.2mm定位精度，现计算得出控制精度为0.0314mm，因机械定位误差不大于0.1mm，定位精度+机械误差=0.1314mm<0.2mm，定位精度满足制袋机系统要求。
（4）高脉冲输出频率计算。用户要求高送料速度为180m/min，由此可计算得出系统所要求的脉冲输出频率，以此为PLC选型的重要依据。
3.2PLC与HMI选型
（1）输入信号统计。在色标传感器检标时，由于袋料上所印刷的色标不同，故亮通（LightOn）、暗通(Dark On)均有可能。无论亮通或是暗通，在检测到色标信号时都需要PLC作出中断响应，需要把色标传感器的LightOn与Dark On都接入PLC。色标信号：2点；低位信号：1点；高位/送料信号：1点，共4点DI信号。
（2）输出信号统计。脉冲输出（Pulse+Sign）：2点（Y0，Y1）；切刀动作：1点；冲孔动作：1点；蜂鸣器：1点；共5点DO信号。
（3）其它功能。可输出大于系统所要求频率（95541pps）的脉冲；2点外部中断回应。
基于以上考虑，PLC选择DVP-20EH00T。具体功能参数为：200Kpps脉冲输出，8点外部中断回应。与HMI通信可使用RS485连接，抗干扰能力优于一般的RS232通信方式。HMI选用台达DOP-A57GSTD高性价比触摸屏，通过图3可见触摸屏操作更为直观方便。大部分操作在HMI上进行，从而可减少外部按钮开关、指示灯的使用，只保留急停按钮等必要设备。
机电一体化封切机电系统原理如图4所示。
图3 新旧机型HMI操作面板对比
图4 系统原理简图
3.3PLC程序设计要点
主体程序使用逻辑顺序控制，的编程重点如下：
（1）使用浮点运算。为减小计算误差，如袋长脉冲数、偏差脉冲数等重要数据的计算，均使用浮点运算。经过验证，计算误差小于0.001mm。
（2）袋长脉冲送料使用DPLSR可调加减速脉冲输出指令，反复修改并验证启动频率与加减速时间设置的合理性。完成袋长脉冲之后，使能色标检测，以忽略袋料中间部分的色标误检。检测到色标时，响应外部中断，执行中断程序置位M1334以停止CH0脉冲输出。可设置亮通（LightOn）中断或是暗通（Dark On）中断。精简中断程序的内容，尽量减少中断对扫描周期的影响。
4 结束语
FD1500型制袋封切机的性能虽已达到初的设计目标(在袋长为1000mm时，制袋速度：60个/分)，但PLC脉冲输出频率尚有较大余量可用。使用标准100mm直径胶辊时，可改变伺服电机电子齿轮比，在保证控制精度的前提下，更加大PLC脉冲输出频率的余量。以上有利因素均为FD1500型制袋机提高加工速度奠定了良好的基础。二次开发时，加大减速比至1：3，将突破伺服负载/电机转子惯量比过大这一限速瓶颈，终提高生产效率。