西门子模块6ES7221-1EF22-0XA0使用选型
1 引言
磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的外圆磨床，是具有现代磨床基本特征的机械。1900年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。自动测量装置于1908年开始应用到磨床上。到了1920年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，珩磨机和超精加工机床等相继制成使用;50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床;60年代末又出现了砂轮线速度达60～80米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床;70年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。
本文所设计的机床应用计算机数控技术和缓进深切成形强力磨削工艺，技术先进，适用于磨削航空发动机和汽轮机叶片枞树根、直线导轨等典型型面，以及磨削其它各种难磨材料零件的对称和非对称型面。
2 磨床设备介绍
2.1 磨床设备结构
图1 设备外形图
图2 加工工艺简图
本机床主机为立轴矩台型式，无横向移动。有左右两个磨头，在立柱两侧各自作垂直升降，可对安装在工作台夹具上突出于工作台台面的工件磨削。
工作台的旋转由三相交流电机驱动，交流电机可由变频器进行加减速控制;左右磨头垂直进给均采用交流伺服电机及滚珠丝杠副系统，左右磨头的旋转由三相交流电机驱动，交流电机可由变频器进行加减速控制。机床由冷却冲洗泵提供高压、大流量磨削液，并通过纸质过滤装置加多级沉淀进行净化处理，效果良好。
机床具有磨削成形精度高，型面表面质量好，磨削效率高等特点。机床实现了机电一体化。
2.2 磨床工艺原理
该磨床工艺对系统的控制要求主要分设定、开机复位和自动工作三个部分，对左右(A、B)磨头可单独进行升降控制，也可实现自动联动控制，如下：
1)设定：开机后，系统应处于手动状态，按触摸屏上的设定(复位开关)按钮，再按微量定位(复位开关)按钮，A臂与B臂可以下降。此时，A升降下限，A升降下软限，B升降下限，B升降下软限，无效。可手动将A，B，磨盘下降至工作台面，此时按完成按钮，可以将磨盘A高度，磨盘B高度清零，并且A，B先后上升，当磨盘上升动作与下面的复位动作完全相同。
2)开机复位：系统开机后手动有效，按开机复位(复位开关)按钮，A磨盘开始上升，上升期间如经过光电传感器信号不处理，直到A磨盘上升到A软复上限后A磨盘下降，下降到光电传感器信号时，将此时A磨盘的高度赋给光基高度，A磨盘抬起5厘米。B磨盘开始上升，上升期间如经过光电传感器信号不处理，直到B磨盘上升到B软复上限后B磨盘下降，下降到光电传感器信号时，将此时光基高度赋给B，B磨盘抬起5厘米。此时如果A高度与B高度不相等。应产生蜂鸣报警。提示重新复位。(应考虑A，B高度差的设定)
3)自动工作：在参数设定画面中输入目标高度，毛坯高度，每次进给量，精磨量，按自动启(复位开关)按钮，磨盘A B或A或B(磨盘A选择，磨盘B选择按钮决定)磨盘AB开始下降，下降距离应为(磨盘A高度-毛坯高度)，此时工作台应旋转。工作台接近开关每次动作，磨盘AB按照每次进给量下降一次(毛坯高度-目标高度为剩余的下降量，[(毛坯高度-目标高度)-精磨量]/每次进给量为每次进给的次数)，后下降高度为精磨量，下降结束后，工作台在旋转一圈停止。磨盘AB上升到上软限位后停止，自动过程结束。
3 控制系统介绍
3.1 PLC介绍
3.1.1 PLC工作原理
PLC工作方式又扫描方式和中断方式，所谓扫描方式是周而复始的执行一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期，其扫描的工作过程如下：
(1)读输入：将物理输入点上的状态复制到输入过程映像寄存器中。
(2)执行逻辑控制程序：执行程序指令并将数据存储在变量存储区中。
(3)处理通讯请求：即执行通讯任务。
(4)执行CPU自诊断：检测固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。
(5)写输出：在输出过程映像寄存器中存储的数据被复制到物理输出点。
中断方式是指当中断事件发生时则立即执行一次相应的中断服务程序，不受扫描周期的影响，响应速度快，从而提高了PLC控制的可靠性。中断事件不发生时，不扫描中断服务程序，这样可以节约扫描时间，减少扫描周期。
3.1.1 PLC特点
(1)PLC逻辑判断和控制能力强，抗干扰能力强，可靠性好。PLC从硬件上采用隔离、滤波措施有效地抑制和消除了干扰。
(2)扩展性和柔性好，且可移植性好，在不改变硬件的情况下，只改变软件的程序就可以实现不同的功能。
(3)编程语言丰富，可以采用不同语言编写程序，HOLLiAS#reg;LM系列PLC支持6种编程语言，包括：梯形图(LD)、指令表(IL)、结构化文本(ST)、功能块图(FBD)、顺序功能图(SFC)和连续功能图(SFC)。给编写程序带来很大方便。
3.2 控制系统方案
控制系统上位机采用和利时HT6600C系列触摸屏，下位机CPU选用和利时LM3108PLC控制器，上、下位机之间走RS232串口线通过标准MODBUS协议进行通讯。CPU内部通过逻辑编程处理来自触摸屏以及按钮、传感器、限位开关等信号控制2台伺服驱动器和3台变频器。图3为控制系统配置图。
图3 控制系统配置图
3.3控制系统硬件
3.3.1 PLC选型
本系统采用HOLLiASLM系列PLC控制，配置1个CPU模块LM3108、1个4通道数字量输入模块/4通道继电器输出模块LM3231和1个8通道模拟量输入模块LM3313。
1)CPU模块：LM3108模块的额定工作电压为DC24V，自带40点I/O，提供24路DC24V输入/16路晶体管输出处理。具有两路20KHz高速输出，1个RS232和1个RS485通讯接口，支持专有协议(仅RS232)/ModbusRTU协议/自由协议。
2)数字量扩展模块：LM3231模块包含4路数字量输入处理通道和4路继电器输出处理通道，输出额定负载的电压为24VDC或220VAC，主要完成数字量信号的输入/输出工作。
3)模拟量扩展模块：LM3313模块提供8通道模拟量输入通道，输入范围-10-10V电压信号和-20-20mA电流信号可选，主要完成现场模拟量的输入、采集与处理工作。
下表1为系统I/O分配表。
表1 系统I/O分配表
名称 | PLC地址 | 名称 | PLC地址 | ||
开关量输入信号（DI） | 光电传感器(现场信号) | %IX0.0 | 开关量输出信号（DO） | 磨盘A启动 | %QX0.0 |
工作台接近开关(现场信号) | %IX0.1 | 磨盘A加速 | %QX0.1 | ||
磨盘A运行(现场变频器信号) | %IX0.2 | 磨盘A减速 | %QX0.2 | ||
磨盘A故障(现场变频器信号) | %IX0.3 | A臂速度 | %QX0.3 | ||
磨盘B运行(现场变频器信号) | %IX0.4 | A臂方向 | %QX0.4 | ||
磨盘B故障(现场变频器信号) | %IX0.5 | 工作台风扇启动 | %QX0.6 | ||
工作台运行(现场变频器信号) | %IX0.6 | 润滑泵启动 | %QX0.7 | ||
工作台故障(现场变频器信号) | %IX0.7 | B臂方向 | %QX1.0 | ||
A臂故障(现场变频器信号) | %IX1.0 | B臂速度 | %QX1.1 | ||
B臂故障(现场变频器信号) | %IX1.1 | 磨盘B启动 | %QX1.3 | ||
紧急停止(现场按钮信号) | %IX1.2 | 磨盘B加速 | %QX1.4 | ||
A升降上限(现场机械限位信号) | %IX2.0 | 磨盘B减速 | %QX1.5 | ||
A升降下限(现场机械限位信号) | %IX2.2 | 蜂鸣报警 | %QX1.6 | ||
B升降上限(现场机械限位信号) | %IX2.4 | 工作台启动 | %QX2.0 | ||
B升降下限(现场机械限位信号) | %IX2.6 | 工作台加速 | %QX2.1 | ||
工作台风扇运行(接触器信号) | %IX4.0 | 工作台减速 | %QX2.2 | ||
工作台风扇故障(现场热继信号) | %IX4.1 | 模拟量输入信号(AI) | 磨盘A转数(变频器输入信号) | %IW6 | |
润滑泵运行(接触器信号) | %IX4.2 | 磨盘B转数(变频器输入信号) | %IW8 | ||
润滑泵故障(现场热继信号) | %IX4.3 | 工作台转数(变频器输入信号) | %IW10 | ||
A软限位(位移传感器信号) | %IW12 | ||||
B软限位(位移传感器信号) | %IW14 | ||||
3.3.2 监控部分
上位监控部份采用和利时HT6600系列触摸屏，配以监控软件来完成。触摸屏上可以设定加工参数、软限位参数，进行设备启停控制，显示开关点状态及变频器故障、超限位故障等报警信息。图4-图7为触摸屏部分监控画面。
图4 报警画面
图5 手动操作画面
图6 自动操作画面
图7 参数设定画面
4 结论
采用和利时可编程控制器、触摸屏以及伺服驱动器，为磨床设备提供了机电一体化的系统解决方案，可进行单独和联动控制，能实现自动磨削循环，提高了磨床的自动化程度。控制系统提供非常高的运算速度和控制精度，保证了工件磨削表面的加工精度，具有很高的可靠性和性能价格比，在保证质量的大化的降低生产成本。
1 前言
随着现代建筑业的飞速发展，桩基础已从木桩逐渐发展为钢筋混凝土桩或钢桩。校基础的施工方法和施工机械也有了巨大的发展。桩的类型大体上可分为两大类：预制桩和就地灌注桩。预制桩主要采用锤击的方法将其打入土壤中。其施工机械也从刚开始坠锤、蒸汽锤和柴油锤，发展到振动锤。液压振动桩锤的突出优点是噪声小，随着人们环保意识的不断加强，也将足打桩设备发展的必然趋势。就地灌注桩是由相应机械成孔后，灌注而成。就地灌注校机械品种繁多。从近年来我国进口的设备情况和国际工程机械展览会来看，钻孔机成为灌注桩机械的主力军。它的发展也是相当迅速的。
振动桩锤是一种广泛应用各种基础施工工程的沉拔桩施工机械，由于具有噪音低，沉桩效果好，可在水下作业等优点。
2设备结构以及工作原理
2.1 设备结构
图1 结构外景
振动桩锤核心部件是一台能耐高加速度的特殊耐振电机，其轴温可耐95摄氏度，能短时过载使用且有较高的启动转矩。其大体结构分为减振框架、振动器、液压夹头、液压操纵箱、导向装置和电气控制箱等六部分。
2.2 工作原理
当设备启动前，先用吊车将振动桩锤落到桩上，并将夹头夹在桩管上。开启油泵，启动液压夹头夹紧，通过液压操纵箱，使夹头压力达到10MP。当夹头夹紧后，主机随即启动，开始进入正常工作状态。液压夹头由油缸、杠杆、滑块、压块等组成，在工作时，它能将桩夹紧，把振动器所产生的激振力可靠的传递给桩，由液压系统中的高压轴，通过高压软管进入油缸，油缸中的活塞推动杠杆，杠杆推动滑块把桩夹紧。振动器主要由振动箱、偏心块、轴、齿轮、皮带轮等组成，耐振电机通过三角带把动力传递给振动箱内一对相啮合的圆柱齿轮上，齿轮与偏心块分别装在两根轴上，偏心块高速度旋转，产生了垂直振动(即激振力)，带动桩体运动。
3.系统设计以及硬件配置
3.1 系统设计
考虑该设备使用在露天，潮湿，腐蚀性大，振动大等特殊场合，我们选用了具有三防(防湿热、防霉菌、防盐雾)处理，并装有防振性能好的WAGO接线端子的和利时LM系列PLC以及HT6000系统触摸屏。保证设备在湿气、盐喷、潮湿、高温、振动大以及各种化学品侵
蚀的恶劣环境下，仍能可靠运行。
图2 硬件配置
为了操作方便以及节约成本，我们采用和利时LM3107E带有1路模拟量输出以及2路模拟量输入的CPU模块，通过触摸屏去调节变频器频率，并反馈运行电流。
根据设备在现场的使用情况，我们设计了远程控制装置，对设备进行远程无线控制，大大提高了工作效率，也保障了现场操作人员的生命安全。
3.2 硬件配置
LM3107E模块额定工作电压220VAC，自带23点I/O，提供12路DC24V输入和8路继电器输出;可进行2路模拟量输入和1路模拟量输出处理。
HT6600C触摸屏和LM3107EPLC是通过RS232串口进行通讯，产用MODBUS通讯协议。变频器的频率调节是通过LM3107E本体上带的一点模拟量输出信号进行控制，可以选择0~10V或者0~20mA两种控制信号。无线按钮是通过工业遥控器实现，把接收装置通过硬接线方式连到PLC数字量输入端。而发送装置者可以在100米范围内进行无线遥控操作。
4. 程序设计
4.1 下位PLC程序设计
该下位程序分主程序;自动控制、手动控制以及配方三个子程序。为了让客户操作方便，在自动控制子程序里面，实现一键控制设备运行全过程。在运行前先设置变频器量程，主机电流限制值，保压以及补压时间值等相应参数。只要一触发设备启动按纽，油泵以及夹头紧先工作，当液压夹头达到预定的10MP后。自动启动主机，振动桩锤开始工作。为了设备运行安全，程序设定每隔一定时间夹头紧运行进行补压。为了保护设备，当主机运行
电流连续超过限制电流几分钟后，出现主机过载报警画面，并强制停止主机。
为了防止误操作，在主机运行过程中不允许关油泵和松夹头，如出现误操作就出现误操作报警提醒画面。
该PLC的编程软件具有视图功能，可以通过视图功能方便的进行程序模拟调试，避免了要经常通过触摸屏来进行调试并修改程序的麻烦。大大节省调试的时间，提高工作效率。
4.2 上位触摸屏程序设计
图3 控制画面
图4 参数画面
图5 试验画面
图6 配方画面
该触摸屏装有LM系列PLC的驱动，通信地址连接方便。触摸屏程序分中英文两种语言，各画面间互相切换。一些重要的参数设置了密码保护，防止误设置而损坏设备。为了使设备运行更逼真，采用了主机运行动画显示功能。
5.结束语
随着国家为拉动内需，刺激经济增长在修路、建桥等民生工程的大量投入，振动桩锤的发展也将借此东风而快速发展。而快速发展的我们也要考虑到怎样把先进的自动化技术融合到该行业当中，使该设备精益求精，使设备的单体工作效率发挥到大。通过该成功案例的描述，希望能对该行业起到投石问路的效果。