西门子模块6GK7243-1GX00-0XE0保内产品
引言
在汽车制造行业中，车身覆盖件在加工成形过程中，都需要事先对其进行上下翻转，以保证后续工序的顺利进行。以往要完成这一工序，主要依靠工人的手工操作，既费时又费力；如果采用自动翻板机，不但可以减轻劳动强度，而且还大大的提高了工作效率。但是，目前此类设备多数依赖进口，引进设备投资大，且维修费用高。鉴于这些方面的原因，如何能够自主的开发自动翻板机就具有非常重要的现实意义。
本文介绍了作者在为国内某大型汽车生产制造厂家研制的自动翻版机中，如何利用PLC来实现翻板机的自动控制。
1 设备构成及动作实现
1.1 翻板机的整体结构（如图1）：
图1 翻板机结构图
1．驱动电机 2．送料小车 3．活动台板 4．侧挡 5．上横梁 6．夹紧梁
1.2 工作流程：
自动翻板机整体上分为侧工作台部分和翻转圆盘部分。侧工作台部分主要包括驱动电机和送料小车，用来完成送料或取料任务；翻转圆盘部分主要包括夹紧梁、侧挡和翻转圆盘，分别由液压马达和液压油缸来驱动，用来完成夹紧和翻料任务。
自动翻板机的工作流程是：物料由侧工作台送入翻转圆盘，夹紧梁向下夹紧物料后进行翻转，达到合适位置时，停止翻转，撤销夹紧，仍由侧工作台将物料取出、运走。
对系统的功能要求是：能够根据物料吨位的不同适当的调整夹紧力的大小，确保物料能够被可靠地夹紧、翻转；能够方便地进行参数设置、手动调试；具有实时监控功能。
2 控制系统的组成及程序设计
2.1 控制系统组成
图2 控制系统组成
触摸屏和控制面板做为人机交互界面，其中触摸屏通过RS422数据接口与PLC进行通讯，为操作人员提供方便的在线监控、参数输入以及手动调试功能；模拟量输入、输出模块（A/D、D/A）通过其侧面的数据线与PLC相连接，在自动翻板机工作时，时刻检测液压系统的压力和温度，用来控制液压元件在一定的温度环境下，按照设定的压力值完成预期的动作；PLC是整个控制系统的核心部分，主要负责开关量信号的输入、输出控制，模拟量数据的计算处理以及触摸屏信号的响应；另外PLC还通过数据线与扩展模块相连接，扩充了控制系统的输出点数。
软件方面采用MITSUBISHI公司的GX Developer编程软件进行PLC程序设计；用MITSUBISHI公司的FXDU编程软件进行触摸屏程序设计。
2.2 系统的程序设计
自动翻板机设计为手动和自动两种工作模式，可以在控制面板上进行两种模式的自由切换
图3
手动工作模式主要用来调试设备，检测翻板机各机械部分的运动协调状况；在触摸屏上为分别每个运动机构设置了启动按钮，直接操作这些按钮就可以实现对应部分的点动动作。自动模式是自动翻板机的正常工作模式，也是程序设计的关键所在。在设计这一工作模式时，我们将系统的整个自动工作过程划分成若干阶段，每个阶段都独立完成一部分的工作，然后再由PLC将各个阶段按照一定的顺序有机的结合起来，构成完整的自动程序。这样做的目的：一是有利于程序的编制，增加程序的可读性，尤其是为将来设备调试和维修提供方便；二是确保翻板机的各个工作环节更加安全、更加可靠。实践证明，这个办法确实行之有效。自动工作流程如图所示。
下面就以夹紧阶段为例来说明自动翻板机系统的程序设计。夹紧是确保整个自动工作顺利进行的关键所在，故将这一工作单独划分为一个阶段来玩成。进行夹紧之前，在触摸屏上设定相应大小的压力值，由PLC对设定的数值进行处理；D/A模块把处理的结果转化为电压信号，输出给比例阀或比例泵，完成液压系统的压力或流量设定。在夹紧过程中，PLC控制A/D模块对液压系统的实际工作压力进行实时检测，并同时与设定的压力值进行比较，当达到预设的压力值时，夹紧动作就自动停止，然后向下一阶段发出夹紧完成信号。其他阶段的设计思路与夹紧阶段类似，这里不再赘述。
另外，由于液压系统的长时间工作或者周围空气环境的变化，必然会导致液压油的温度发生变化，所以自动翻板机还需要具有温度检测与自动调节功能，以保证液压元件正常工作。这部分工作由A/D模块来完成，当检测到油温超出设定的温度范围后，自动启动相应的温度调节装置，使液压系统温度控制在一定范围之内。
3 结束语
目前，此自动翻板机已经在一汽轿车股份有限公司调试运行，各个环节都已达到预期的设计要求。综合起来，在自动翻板机中使用PLC进行控制，具有安全性高，稳定性好，易于控制和调试等诸多优点；同时，用PLC对触摸屏进行控制，不仅实现了对设备运转的实时监控，更重要的是提供了人机交互界面，使后台的程序控制转化为直观的按钮操作，极大的方便了操作人员的使用。
| 儿童玩具——乐高拼装玩具和汽车无线电按钮建有什么相似的地方吗？相同点在于他们的生产上：模型浇铸。通常，我们不会去关心日常生活中所用到的相似产品是怎样生产的。然而，我们每天会使用这些日用品无数遍，不管是我们汽车的远程控制锁、手机或是一支印有公司商标的铅笔，甚至一些很老的弹簧接插件也是由模型浇铸成的。 Erwin WerkzeugGmbH是一位在该领域的生产商。该公司特别研究生产各种工业用的塑料材料，以Espelkamp莱茵河北岸/德国的威斯特伐利亚地区为基地，在美国也有生产。是技术的公司，尤其是在2-孔浇铸和嵌入技术领域。 整个过程开始于把颗粒状的塑料材料通过抖动喂料器传送到具有螺旋柱面筒的浇铸模具中。在筒中通过摩擦和加热使得原材料具有可用性，并在受到巨大的压力下被压入模具内部。按照过程的复杂性，从所给的材料量中可以获取1—16个塑料器件。等模具打开后注口就转向分拣桶，生产工序重新开始。注口是分类的，成品会被传送到部件容器中。 在机器修正过程中，决定修正某些生产线的控制系统。主要的目的是提升机器的运作能力、简化生产过程，从而减少停工期。原先由一台老式的计算机、一个键盘、6”的显示器和DOS应用系统组成的控制系统，被更换为Pro-face的图形逻辑控制器LogiTouch系列的LT-A。这款图形逻辑控制器拥有6”的触摸屏，集运作与控制功能于一体。其具备的16点输入和16点输出的功能替代了一般的小型PLC。 JurgenReich，电气工程师，是这样解说他的方案的：新型的Pro-face终端相当大地简化了机器的监控功能。操作者可以为所有的参数设定相应轨道。同时，较以前的键盘输入相比，图形逻辑控制器的输入更清晰。32点I/O就足够处理机器的各功能参数。输出口控制了产品向右或向左传送，就像一个控制灯一样。设置者可以把模具开、关的状态输入进去。步，操作者输入要生产的部件的数量以及每次供料的量。“这个控制系统的独特之处在于它能自动控制整个流程的时间”，JurgenReich解释。 生产线启动后，整个到成品出来的流程取决于前3-5次的供料时间，通常是15至30秒间。一旦确定下来，这些数据就会被保存到屏中。接下来的工作，LogiTouch就会智能地加以识别控制，并显示出错环节。如果浇铸过程中温度上出现偏差或是没料了，整个流程的时间就会延长，一旦出现这种情况的话，LogiTouch就会识别出，信号控制灯也会变亮。同时，成品出口方向就会改变，坏的部件被挑出来。操作者排除故障，流程就能重新开始了。 另外，如果供料箱中材料量出现像先前所说的情况，控制灯也会亮，系统就停止传送机工作并显示成品量，这时，模型浇铸机还照常运行。如果指令不能全部执行，操作者可以预备另外的供料箱。通过LogiTouch，操作者可以确认整个流程，传送机恢复工作，生产的部件量也会显示在屏上。同时，所有的部件生产都会得以监控和记数。 浇铸进程中，各部件的生产、分流传送和包装进程的互不干扰确保了整个生产线的持续运作。 除了具有数字I/O的触摸终端LT-H之外，为了满足用户的需求，Pro-face还研发了其他的型号，如：远程I/O网络、数字和模拟I/O以及温度输入等。 |
本文介绍了 PLC在烧结机自动控制系统中的应用，及自动控制系统的组成、特点和功能。
1 前言
烧结矿作为高炉冶炼的主要原料，其质量直接影响高炉生产。安钢360m2烧结机于2005年6月投产以来，运行一直很平稳，该系统主要向安钢2200m3高炉提供优质烧结矿。该系统自动化控制系统采用先进的网络结构和PLC软硬件设备，并应用先进的烧结工艺优化控制软件技术，实现烧结生产过程自动控制、监控及管理，为安钢烧结生产走向大型化迈出了一大步。
2 自动控制系统构成
自动控制系统实现对整个烧结机生产设备的联锁控制，实时数据的采集与分析，过程与设备状态的监控与报警，过程趋势数据的采集与处理，报表打印，画面显示。完成了生产设备的基础自动化及过程计算机控制。各个PLC站、上位监控机、工程师站之间采用双环路光纤配置的TCP/IP工业以太网连接，构成了烧结生产的综合监控网络。
根据烧结工艺对自动化系统的要求，360m2烧结机计算机自动控制系统采用施耐德 140系列PLC（CPU模板：140 CPU 53414A；通讯模板：140 CRP 93200，140 CRA 93200，140NOE77101；输入模板：140 DAI75300，140 ATI03000，140 ARI03010，140ACI03000；输出模板：140 DRA84000，140ACO02000）可实现配混系统、烧冷系统、成品整粒系统、主抽风系统、主粉尘系统及电除尘卸灰系统的逻辑顺序控制，对主抽风机、点火炉等生产工艺的数据采集处理及回路控制。系统网络配置简图如图1。
系统由5台PLC、3个工程师站和10个监控站组成。基础控制层采用 140系列PLC，PLC主站与分站之间采用远程I/O方式扩展。各PLC站通过网络通讯模板、交换机、TCP/IP工业以太网与工程师站或监控站可进行通讯，传输速率为100Mpbs，传送介质为超五类屏蔽双绞线。系统具强大的数字量、模拟量及回路处理功能，具备模板化、体系结构可扩展的特点，包括CPU、I/O模板、I/O接口、通讯模板、电源和底板等。监控系统（HMI）采用Inbbblution公司的iFIX3.5监控软件，实现生产过程工艺流程及各参数的采集显示、报警、回路控制画面，历史数据存储及趋势图，报表等监控功能。操作系统为bbbbbbs2000，编程软件采用Concept2.6，它支持5种IEC标准语言，系统提供了派生功能块（DFB），并可在Concept2.6应用程序中反复调用，如果一些特定的算法或逻辑控制需要改变，只需修改DFB功能块即可。
3 系统功能
3．1电气控制
根据工艺要求和现场实际情况，系统从整体上分为机旁操作和计算机联锁运行。机旁操作是指操作人员在现场操作箱上进行设备的启动、停止及设备运转速度设定。当一台设备于机旁操作状态时，不再参与系统的其它联锁。计算机联锁运行是指处于自动运行的所有设备每一时刻都参入各自联锁条件，如运行安全联锁、工艺参数联锁、启动或停止顺序联锁等，有效地防止因下游设备故障而引起上游皮带堆料。以配混系统为例，阐述控制原理。如简图2。
图2
在圆盘配料系统中，给料量主要由圆盘的转速决定，并且与圆盘的转速成线性比例关系。处于机旁手动操作方式时，操作工可手动调节操作箱上电位器来控制变频器频率，从而控制圆盘给料机的转速。处于自动运行方式时，中控室操作工可从上位监控机设定流量给PLC，同时电子皮带秤测出一个实际流量信号反馈回PLC参加PID运算，后，得到一控制量，通过MB+网控制变频器，从而控制圆盘给料机的转速。达到控制物料流量的目的。配1、配2、混1等皮带机自动控制程序上做了严格的连锁控制，避免了下游设备故障停机引起上游皮带堆料问题。
3．2仪表控制
（1） 信号的采集与处理
利用Concept2.6软件特有功能，针对不同的模拟量输入信号和不同参数需要，分别编制了工程量转换、偏差、上下限报警等各种信号处理的DFB，在控制程序中可直接调用这些功能块。实现了混合料矿槽料位测量及上下限料位报警，煤气流量、空气流量的累计及瞬时显示，煤气与空气压力测量，低压煤气切断，负压测量与显示，烧结料层厚度检测。实现了主抽风机入口流量检测，进口废气负压、温度测量，高压电动机的轴承、定子温度测量及风机轴承、温度、振动的测量及超限报警和停车等。
（2） 点火炉温度控制
点火炉燃烧控制是烧结工艺的重要环节，该系统可分为点火流量控制和点火温度控制两种方式。流量控制为操作员在上位监控机设定量值，给PID调节器的SP端，反馈信号给PID调节器的PV端，然后经PID运算后输出一开度信号来确定调节阀的开度。点火温度控制为操作员在上位监控机设定一温度值，经PID调节程序输出一煤气流量值，终达到调整煤气流量的目的。
4 系统特点
（1）故障报警及自动生成报表。当出现故障时，监控画面将以警示色提醒用户，以便操作工及时处理。系统能实时地将历史数据记录在上位机中，对数据的查询、统计和打印很方便。
（2） PLC电源模板冗余，并采用UPS供电，保证了系统的安全性和稳定性，有效地减少故障停机时间。
（3）上位机进行系统的监控和管理，并提供良好的人机界面，实现分布处理与集中管理一体化，而且系统故障率低，可靠性高，操作简便，控制功能和精度满足生产工艺要求。
5 结束语
该系统自2005年6月投产以来，运行一直很平稳，没有出现过事故故障，故障率低，可靠性高，完全满足了大型烧结机的自动化生产要求。