西门子6ES7214-1BD23-0XB8详细解读
矩阵二极管顺序控制电路是原床电气系统中的重要组成部分，PLC梯形图的转换原理，如图4示。其动作如下：
a.SA1合上，SA2打开，KA5线圈通电吸合并自锁，此时KA5线圈及R上的电压基本相等，约为12V，KA6线圈被短路脱吸。
b.SA1打开，SA2合上，KA5线圈被短路，KA5脱吸，KA6线圈通电吸上并自锁。
c.SA1、SA2合上，由于KA5、KA6线圈被短路，V1也处于上述导通状态，但KA5、KA6总是处于脱吸状态。
根据上述要求可得出SA1、SA2与KA5、KA6的逻辑关系,如表2所示。从表2可看出，SA1是KA5的置位端，KA6的复位端；SA2是KA6的置位端，KA5的复位端。这种状态可由PLC内部的置位、复位指令来实现，其梯形图如图4示，图中M21相当于KA5，M22相当于KA6。
表2顺序逻辑控制
（3）编程调试
由于用PLC改造原机床电气系统是以不改变原控制功能为前提，此时可对原线路进行分块处理，对于MZ2015磨床，可分成输出处理程序，输入处理程序和顺序控制逻辑程序，这种处理对于程序调试和设备维修都有很大的方便，根据手动、长修、自动和半自动四种工作方式分别进行模拟运行。用开关模拟输入信号，开关的一端接入相对应的输入端点，另一端作为公共端接在PLC输入信号电源的负端。输入程序后，对照输入信号状态表，设置好原始状态情况下所有输入信号的状态；再按工步状态，扳动开关，观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状态变化，并与工艺过程对照。由于程序较长，这里仅给出输出部分及二极管顺控电路所对应的梯形图，如图4、5示。
图5输出部分梯形图
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3、结束语
用可编程控制器改造旧机床电气系统，在现有企业里是非常现实的技术改造方案，具有投资省、见效快的特点。通过使用PLC改造该机床电气系统后，去掉了原机床的13只中间继电器，5只时间继电器，80只顺序控制二极管及20只电阻，使线路简化。由于PLC的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便
进口NL_650凹版印刷机在我国烟包行业有着广泛的应用，九十年代进口的NL-650型凹版印刷机主要采用机械长轴传动方式，通过机械齿轮变速和分配机械动力驱动引入牵引、引出牵引和各个印shuadan元，各个印shuadan元之间的jingque相位同步是通过机械长轴及相同的齿轮减速比实现的，经过长期使用后，由于传动齿轮的机械磨损导致印刷精度下降，严重影响产品质量。随着印刷行业特别是烟包印刷对更高精度、更高生产效率以及多规格、小批量及降低成本需求的不断增长，这已经严重制约了生产的发展。随着计算机和电子技术的高速发展，由运动控制系统和智能伺服系统构成的电子长轴传动（独立传动）系统在各种印刷机上已取得广泛的应用，并且印刷机采用电子长轴技术的已成为印刷设备制造行业的发展方向。
电子长轴与传统的机械长轴相比，具有以下的优点：
1）非常高的刚性；
2）具有更高的精度；
3）灵活性大，增加色组及加工单元非常方便；
4）能耗明显降低；
5）宽范围电子齿轮的调整（1：65000到65000：1）；
6）没有随着机械长轴传递的扭性干扰。
鉴于NL-650印刷机在国内使用的现状，我司提出了采用德国博世力士乐公司生产的具有水平的印刷及纸张处理专用控制系统SYNAX200和数字智能伺服系统对其电气控制系统的改造。SYNAX200是一种可分散系统，它给人们提供了技术上和经济上佳的解决方案，主控轴和随动轴不再依靠机械而是电子系统结合在一起。通过SYNAX200系统，我们可以用数字智能传动装置代替齿轮，用光缆代替机械长轴，让PPC（运动控制系统）控制器实现主控轴的功能。具体改造方案如下：
本改造方案主要针对张力引入、六个印shuadan元、张力引出和模切等十一个单元，系统的控制信号通过外部I/O点与原上位机相联系，操作方式不作改变（若时间许可，可将原控制系统的上位机省略，系统所有的控制均由运动控制器集成的PLC完成），具体由如下各部分组成：
一、系统构成如下图所示：
二、PPC运动控制器及逻辑运动控制器PLC
PPC运动控制器是SYNAX200系统的主控单元，它可提供ELS电子长轴（虚拟主轴或实轴方式）的功能来取代机械主轴，ELS电子长轴的功能是按按上位机的要求给出速度和位置命令，实现一个虚拟的电子传动长轴---虚拟主轴，虚拟主轴履行生成算术主轴位置的功能。主轴位置以模数格式计算，范围从0到360度，循环传送到各个随动轴。而随动轴可以根据需要跟随主轴走相位同步模式、速度同步模式、电子凸轮模式、空运转模式、设置模式。在这里，我们可以按照在SYNAX200系统中设定好的加速度和急停加速度等参数对整机进行控制。还可以对系统中的各个伺服电机根据生产工艺需要进行分别控制，如相位调整、张力控制、空运转控制等。PPC内集成有PLC，其间的无缝连接，使PLC可以快速而准确地利用PPC的各种功能，也可以非常灵活的控制各个驱动单元和印刷机中其它相关电气设备，这就使得SYNAX系统具有极大的柔性，满足印刷工艺的各种控制要求。
SYNAX200系统还具有以下的辅助功能：
1、空运转模式：
在原来机械实轴的方式下，印shuadan元在空运转时需脱开连接其他运动部分的离合器。在电子轴的控制方式下，在空运转模式时，印shuadan元可预先设定为独立于主控轴工作。空运转时系统只需控制印shuadan元的电机运转即可。
2、设置模式：
在设置模式下，可自动移动到可编程位置，例如设定和机械重新组合的位置。
3、张力控制:
SYNAX200带有张力控制功能，驱动器的模拟量输入通道通过接收张力传感器的数值，通过PI调整以达到设定值。
4、套准功能:
取消原来套色系统的执行机构，套色系统的调整信号进入PLC，PLC根据采集到的信号通过调整印shuadan元的伺服电机相位进行套色。
5、预套准功能（可选）:
通过PLC及PPC协同工作，实现停机预套准功能，使快速进入自动套准成为可能，大大节省原料及进入自动印刷的时间。
三、伺服驱动器
选用德国博世力士乐新一代的数字智能驱动器IndraDrive。
四、伺服电机
选用德国博世力士乐的高性能的伺服电动机。
五、可视化人机界面
此次增加的人机界面BTV40是工业控制计算机，在BTV40上可以进行PLC的编程，运动控制系统参数的设置和监控画面的制作等。通过人机界面，我们可以设置如印版周长、齿数、模切滚周长、模切入周长、模切出周长和张力辊周长等各种运行参数。我们还可以通过人机界面监视系统的运行情况，如运行状态、速度、扭矩监控和系统报警等，系统报警画面可以帮助维护工程师快速地诊断系统故障。
六、本改造方案的优点
1、技术先进性：
本系统采用德国博士力士乐公司（BoschRexroth）技术的印刷及纸张加工处理设备专用运动控制系统SYNAX200,具有印刷及纸张加工处理所需的各种功能和强大的网络功能。
2、高精度：
本系统的相位同步精度优于0.005度。
3、高可靠性
本系统中采用的主要部件均为进口原装德国产品，具有极高的可靠性，伺服电机为免维护电机。
4、现场安装调试方便
现场安装调试2－3个星期可完成。
5、操作使用方便
本次改造还保留原系统的PLC，操作方法和原来一样，无需对操作工进行特别培训。
6．维护保养简便：
本系统采用的所有元器件均为免维护通用元器件，本系统无需特别保养维护，配件更换简单方便。
七、本方案成功的应用案例
本方案在广东某印务有限公司的NL_650印刷机的改造中已获得成功，印刷精度+/-0.1mm，模切精度：+/-0.15mm（实际运行长期稳定印刷误差小于+/-0.05mm，模切误差小于+/-0.08mm）。
随着市场需求和公司发展要求，公司购置了新的电缆管设备。电缆管设备原来的系统硬件由提升装置、卷取收线装置、横移排线装置及排线控制器等组成，其中卷取收线装置电机和横移排线装置电机由变频器驱动，利用排线控制器对横移排线速度进行控制。运行情况证明排线效果并不很好，横移排线速度时快时慢，铜管排线间隙时大时小，有时铜管重叠，给生产带来及大不便。为此，厂家也多次派人来调试过，效果仍旧不佳，严重影响电缆管的成材率、生产效率和产量，对系统横移排线部分进行改造势在必行。
一、 系统硬件改造
分析了电缆管设备的控制原理后，决定对原有的提升装置、卷取收线装置不做改造，仅在原有控制电路的基础上，就排线速度控制系统部分进行局部改造。改造后的排线速度控制系统由收线转速检测单元、PLC（西门子s7-224PLC和EM235模拟量控制模块）及排线控制变频器等几部分组成(如图1所示)。其中收线转速检测单元由光电编码器完成，光电编码器将卷取电缆盘转速转换成电脉冲信号，输入到PLC的高速输入端（如：I0.0），利用PLC的高速计数功能对脉冲信号计数并计算出电缆盘的实际转速，计算出排线电机需要的运转频率，后通过PLC模拟量输出模块传给横移排线变频器，从而达到排线速度的jingque控制。改造后的硬件系统原理图见附页。
二、横移排线速度控制的软件设计
要对卷取电缆盘的实际速度进行实时jingque的检测，进而根据铜管的外径和横移排线丝杆的节距计算出电缆管排线需要横移的距离，考虑到横移排线电机的机械传动比，从而得到排线横移变频器的给定速度，达到横移排线速度的jingque控制。
1，电缆盘的实际转速检测：
由于电缆盘转动半径大的特点电缆盘的实际转速并不很高，将编码器与电缆盘同轴联结减小了减速机传动上的误差，确保对电缆盘实际转速测量的精度。将光电编码器的脉冲信号输入到PLC的高速输入端口I0.0上,利用PLC 的高速计数功能对编码器进行计数，编写相应程序计算出电缆盘的实际转速。
假设与电缆盘同轴联接的光电编码器每旋转一周输出脉冲数为p，在检测时间为t(s)内的计数脉冲数为m，则电缆盘的实际转速n(r/min)为： n = 60m/pt ①
2，横移排线电机的速度控制：
要对横移排线速度进行jingque控制，必须建立科学的数学模型公式。那么搞清以下几个公式：
(1)单位时间内卷取电缆盘每转一转，横移排线丝杆应移动一个铜管外径φ的距离。φ(mm)为铜管外径，L(mm)为丝杆节距,n（r/min）为卷取电缆盘的转速就可以得到排线丝杆的转速n1（r/min）： n1=n*φ/L ②
(2)由排线丝杆转速n1（r/min），横移排线电机的机械传动比k,可以得到横移排线电机需要的电机转速n2（r/min）: n2=n1*k ③
(3)由于横移排线变频器根据U/f曲线控制横移排线电机在额定转速n0以下运行，横移排线变频器给定0-10v的模拟控制电压横移排线电机转速在0－－n0之间，那么给定电压为V时横移排线电机的转速n2应为： n2=n0*V/10； ④
由于s7-200PLC模拟输出电压0-10V对应的控制字为0-32000,对应的排线电机转速为0－－n0，则PLC排线速度输出控制字为Vset时横移排线电机转速n2为:
n2=n0*Vset/32000 ⑤
(4) 综合上述数学模型公式不那得出：外径为φ的铜管卷取时需要的横移排线给定速度控制字Vset公式：
Vset=32000*k*φ*n/(n0*L)
其中：k：横移电机的机械传动比
φ：铜管外径（mm）
n：卷取的电缆盘的实际转速(r/min)
n0：横移排线电机额定转速(r/min)
L：横移排线丝杆节距(mm)。
3．上述的排线速度公式基本满足了要求，但有时可能需要进行横移排线补偿，对此也做了改造。
手动横移排线速度补偿仍采用原有的继电器控制方式对排线变频器进行加速控制，加装压臂装置利用压臂左右摆动的检测开关（接近开关）对铜管的横移排线速度进行动态自动校正，控制更方便、灵活，控制精度更高。
4．根据上述设计思想和数学模型公式，编写相应的PLC程序。下载程序调试并试运行多日，效果明显。
三、
经过对电缆管横移排线的改造，排线速度得到了有效地控制，解决了卷取速度时快时慢，排线间隙时大时小的现象，提高了成材率和生产效率，保障了电缆管设备的正常运行。事实证明：电缆管设备的排线部分改造是成功的。
附图1：改造后的排线控制附加原理图
MZ2015自动磨床是轴承行业广泛使用的加工设备，用于轴承套圈内圆磨削，由于该机床的早期电气系统采用的是继电器─接触器控制和由二极管组成的矩阵顺序控制线路，电气元件较多，且可靠性差，电气故障频繁。故采用FXon-60MRPLC对其控制系统进行了改造。
1、系统的硬件设计
任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出部分。系统输入部分由所有行程开关、仪表触点、方式选择开关、控制按钮等组成。逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路，输出部分包括电磁阀线圈，指示灯和接通各种负载的接触器线圈。在控制系统中使用PLC就是代替继电器控制系统中的逻辑线路部分。原MZ2015磨床的电气系统，所有行程开关(SQ1～SQ17),选择开关(SA3),仪表触点(KA1～KA4),控制按钮(SB2,SB5)等为系统的输入信号；而电磁阀线圈(YV1～YV13),指示灯，充磁信号等为系统的输出信号。系统的硬件构成如图1所示，为了节省输出点数，各电磁阀的状态指示灯并联在其线圈两端；系统的调整操作采用由PLC的Y1和Y2输出调整信号在外部经相应开关控制。为了保护PLC输出继电器，在电磁阀两端各并联一只二极管，防止在电感性负载断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流对PLC输出点及内部电源的冲击，二极管的额定电流通常选为1A，额定电压大于电源电压的3倍。
图1 PLC外部接线图
2、软件设计
（1） 程序结构
原机床包括自动、半自动、调整和长期修整4种工作方式，由转换开关选择。用PLC改造后,此部分的接线要重新安排，可选用转换开关的两组触点SA3－1和SA3－2(对应PLC输入端子X20和X21)，使其分别在4种工作情况下，满足表1所示的通断状态。
表1 开关方式状态
表1中“0”表示断开，“1”表示接通。如用二进制表示X20 和X21的状态，即为00，01，10和11四种。如图2示，自动方式时驱动M10，半自动时驱动M11，调整时驱动M12，长修时驱动M13。这样可安排出图3的程序结构图。
图2 工作方式梯形图
图3 程序结构图
（2） 矩阵电路的编程处理
图4 二极管顺序控制原理示意图及对应梯形图
矩阵二极管顺序控制电路是原床电气系统中的重要组成部分，PLC梯形图的转换原理，如图4示。其动作如下：
a. SA1合上，SA2打开，KA5线圈通电吸合并自锁，此时KA5线圈及R上的电压基本相等，约为12V，KA6线圈被短路脱吸。
b. SA1打开，SA2合上，KA5线圈被短路，KA5脱吸，KA6线圈通电吸上并自锁。
c. SA1、SA2合上，由于KA5、KA6线圈被短路，V1也处于上述导通状态，但KA5、KA6总是处于脱吸状态。
根据上述要求可得出SA1、SA2与KA5、KA6的逻辑关系,如表2所示。从表2可看出，SA1是KA5的置位端，KA6的复位端；SA2是KA6的置位端，KA5的复位端。这种状态可由PLC内部的置位、复位指令来实现，其梯形图如图4示，图中M21相当于KA5，M22相当于KA6。
表2 顺序逻辑控制
（3） 编程调试
由于用PLC改造原机床电气系统是以不改变原控制功能为前提，此时可对原线路进行分块处理，对于MZ2015磨床，可分成输出处理程序，输入处理程序和顺序控制逻辑程序，这种处理对于程序调试和设备维修都有很大的方便，根据手动、长修、自动和半自动四种工作方式分别进行模拟运行。用开关模拟输入信号，开关的一端接入相对应的输入端点，另一端作为公共端接在PLC输入信号电源的负端。输入程序后，对照输入信号状态表，设置好原始状态情况下所有输入信号的状态；再按工步状态，扳动开关，观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状态变化，并与工艺过程对照。由于程序较长，这里仅给出输出部分及二极管顺控电路所对应的梯形图，如图4、5示。
图5 输出部分梯形图
3、结束语
用可编程控制器改造旧机床电气系统，在现有企业里是非常现实的技术改造方案，具有投资省、见效快的特点。通过使用PLC改造该机床电气系统后，去掉了原机床的13只中间继电器，5只时间继电器，80只顺序控制二极管及20只电阻，使线路简化。由于PLC的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。