西门子模块6ES7231-0HF22-0XA0使用选型
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。
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。
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（Light On）、暗通(DarkOn)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Light On与DarkOn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。
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。
1引言
PLC和变频调速技术以其独特优良的控制性被广泛应用在机械、冶金、制造、化工、纺织等领域，但在乙炔压缩机上应用国内还是。乙炔压缩机是以电石为原料生产溶解乙炔的主要生产设备，主要用于乙炔气灌瓶，气灌瓶对金属切割工艺提供高效便利的动力。乙炔气灌装时，所处压力会逐渐升高，当灌装达到后期，由于压力升高，乙炔气会因高温而分解并放出大量的热，易导致爆炸。为使乙炔气在丙酮溶剂内充分溶解，保持乙炔气的稳定，不能超过一定的速度，当乙炔瓶的数量变化时，就涉及一个气量调节的问题，以往曾采用改变电机的极数来调节，近年来PLC和变频控制迅猛发展，可编程控制器和变频器质量稳定，调节直观方便，为乙炔压缩机的安全可靠性提供了更加可靠的工业控制设备。江西气体压缩机有限公司为满足用户不同工况下的应用需求，率先开发了在乙炔压缩机上应用PLC(西门子公司的LOGO！可编程控制器)和变频调速(艾墨森生产的变频器)技术，对温度、速度、流量、压力等工艺变量进行控制，取得了良好的性能效果和经济效益，该项目为2005年度江西省科技成果和科技部科技型中小企业技术创新基金立项。
2 控制系统构成
江西气体压缩机有限公司生产的变频乙炔压缩机［如2Z-1.5/25型变频乙炔压缩机，拖动电机采用了YB225M-8隔爆型(dIICT4)三相异步电动机，变频器为EV2000-4T0300G[1]］，控制系统有可编程控制及变频控制电路，由频率给定电路、空气开关、交流接触器组、频率选择开关、压力信号输入电路、隔离式安全栅、故障报警电路、电源电路、油泵电机驱动电路和压缩机主电机驱动电路等组成，频率给定电路又由可编程控制器和变频器构成。有关电仪原理如图1所示:
图1 电仪原理框图
3 控制原理及功能实现
3.1 变频控制电路
变频控制电路由频率给定电路和变频器启动停止电路组成。
(1)频率给定电路由可编程控制器LOGO、频率选择开关SA2、中间继电器KA7～12、及指示灯HL8～13组成(见图2)。用户可根据实际用气量来选择不同的排气量，比如将频率选择开关SA2旋至“50%排气量”时，中间继电器KA7得电动作，相应的指示灯HL8被点亮，中间继电器KA7的常开辅助触点闭合，输出至可编程控制器LOGO的输入端I1(见图3)，可编程控制器LOGO内部已编好程序，通过可编程控制器LOGO的输出端Q1、Q2、Q3输出开关量至变频器的多段速输入端，再对变频器进行频率设定为25Hz，使之对应于“50%排气量”时的转速。同样，不同档位的频率选择，输出至可编程控制器LOGO的I1～I6输入端，就会输出不同的Q1～Q3状态，对变频器多段频率进行设定(50%、60%、70%、80%、90%、)，使之对应于不同排气量时的频率，乙炔压缩机达到不同转速运行的需求。
图2 速度给定与指示梯形图[2]
图3 LOGO可编程控制器示意图
2)变频器启动停止电路参见图4，由启动按钮SB2、停止按钮SB1、中间继电器KA13的常开辅助触点11、11a端子及交流接触器KM1线圈组成，控制变频器的上电，只有当乙炔压缩机润滑油压力建立后，即中间继电器KA13的辅助触点11、11a端子闭合后，交流接触器KM1才会动作。
图4 变频器启动停止电路示意图
3.2 压力信号输入电路
压力信号输入电路由润滑油压力、进气压力和排气压力信号输入电路组成(见图5)。
图5 压力信号输入电路与工艺保护电路梯形图速度给定与指示梯形图[2]
(1)润滑油压力信号输入电路(见图6)，由压力控制器SP2(控制油压)输出一开关量，由A1、A2接线端子接入隔离式安全栅GL1的输入端9、10脚，由隔离式安全栅GL1的输出端5、6脚输出给工艺故障报警电路的3、29端，当润滑油压力低于整定值时，由故障报警电路输出停机命令给工艺故障综合中间继电器KA6(见图5)使中间继电器KA1(见图4)断开，变频器的FWD和COM输入端无运转信号输入(见图9)，使变频器停止工作，乙炔压缩机停止运行。
图6 排气压力信号输入隔离式安全栅GL1电路
(2)排气压力信号输入电路(见图6)，由电接点氨压表SP3(控制排气压力)输出一开关量，由A3、A4接线端子接入隔离式安全栅GL1的输入端11、12脚，由隔离式安全栅GL1的输出端7、8脚输出给工艺故障报警电路的3、33端，当排气压力高于整定值时，由工艺故障报警电路输出停机命令给工艺故障综合中间继电器KA6(见图5)使中间继电器KA1(见图4)断开，变频器的FWD和COM输入端无运转信号输入(见图9)，使变频器停止工作，乙炔压缩机停止运行。
(3)进气压力信号输入电路(见图7)，由电接点氨压表SP1(控制进气压力)输出一开关量，由A5、A6接线端子接入隔离式安全栅GL2的输入端9、10脚，由隔离式安全栅GL2的输出端5、6脚输出给工艺故障报警电路的3、27端，当进气压力低于整定值时，由工艺故障报警电路输出停机命令给工艺故障综合中间继电器KA6(见图5)使中间继电器KA1(见图4)断开，变频器的FWD和COM输入端无运转信号输入(见图9)，使变频器停止工作，乙炔压缩机停止运行。
图7 隔离式安全栅接线示意图
3.3 电源电路
电源电路(见图6)由隔离变压器、压敏电阻RV、熔断器FU、开关式稳压电源DY和稳压二极管VD组成，电源电路输出+24V电压，供给压力信号输入电路中的安全式隔离栅GL1和GL2，作为安全式隔离栅GL1和GL2的工作电源。
3.4 油泵电机驱动电路
油泵电机驱动电路(见图8)，由启动按钮SB3、停止按钮SB4、热继电器FR的常闭辅助触点2、4端子及交流接触器KM2线圈组成，控制油泵电机的启停。当油泵电机过载时，热继电器FR动作，油泵电机M2停止运转(见图9)。
图8 油泵电机与压缩机主电机驱动电路梯形图[2]
图9 油泵电机与压缩机主电机驱动电路示意图
3.5 压缩机主电机驱动电路
压缩机主电机驱动(见图8)，电路由启动按钮SB5、停止按钮SB6、交流接触器KM2的常开辅助触点21、23端子、工艺故障综合中间继电器KA6的常闭辅助触点23、25端子、热继电器FR的常闭辅助触点2、4端子及中间继电器KA1线圈组成，控制压缩机主电机M1的启停(见图9)。只有当油泵电机M2启动且油压建立后，压缩机主电机M1才允许启动，运行中若出现工艺故障或油泵电机M2过载，均能使压缩机主电机M1停止运行。
4结束语
变频乙炔压缩机可以根据所需用，通过手动或者编程控制实现排气量的连续变化或分级输出，组合出多种方式(主要有50%、60%、70%、80%、90%、六档)，根据实验测得频率给定值与排气量近乎成正比关系。从而实现了一台代替多台压缩机的作用，满足不同工况下的应用需求，节约成本，提高了效益。还具有很好的性价比、操作方便、转速稳定性好、调速范围广等优点，变频调速方式拥有广阔的发展前景。
PLC和变频调速在乙炔压缩机上的应用，解决了乙炔气灌装时存在的安全隐患，编程控制会自动检测乙炔气的压力和温度，当达到设定指标时，机器自动降低灌气量，施行安全灌气，一旦乙炔气温度超限，机器会自动报警停机，使充气的安全性大大提高