6ES7231-7PB22-0XA8实体经营
引言
闪光对焊作为一种先进的焊接技术，具有无需添加焊接材料、生产率高、成本低、易于操作等优点。随着工业技术的不断发展，焊接的零件截面越来越大，遇到了一些技术问题，如焊接加热难、生产率低、产品合格率低等。为了解决闪光对焊中存在的这些问题，许多焊接工作者对闪光对焊工艺过程进行了一系列的研究，创建了高效率、低能耗的闪光对焊方法，如脉冲闪光对焊法、程序降低电压闪光对焊法。控制闪光对焊工艺过程，使之在保证焊接质量的前提下尽可能提高生产率，是我们一直以来追求的目标。考虑到影响闪光对焊焊接质量的因素，本文利用PLC系统来控制闪光对焊工艺过程，实现了对焊接质量控制的目的，从而提高了闪光对焊的生产率。
1 机械机构及过程分析
1.1 闪光对焊的机械装置及动作过程
如图1所示为闪光对焊的机械装置，其动作过程分析如下：
1.1.1 预调
闪光对焊焊接工艺前期准备工作，即机械机构的调整、焊接参数的选取等。闪光对焊的主要规范参数有：调伸长度、闪光速度、闪光电流密度、顶锻速度、顶锻压力、夹紧力等。
调试完成后，将工件装卡到工作台上。
1.1.2 夹紧与定位
按下启动按钮，电磁阀PQ1、PQ2、PQ3线圈带电，压缩气体经过三大件流入夹紧气缸1、2上气室，压缩气体推动活塞杆向下运动压紧工件1、2，直到压紧开关闭合为止。
从气泵流出的气体经三大件进入定位气缸3的上气室,推动定位杆向上运动，为工件对准准确定位。定位结束，电图1 闪光对焊的机械装置磁阀PQ3线圈去电，定位杆弹回。
1.1.3 焊接
接通焊接开关，保持电磁阀PQ1、PQ2 和PQ4线圈带电，电磁阀PQ5线圈不带电，压力气体经低压三大件，进入推进气缸4右气室，推动活塞杆、动夹具带动工件2向工件1运动，直到工件1、2接触，达到预先设定的位置，推进开关闭合。工件1、2接触的瞬间，即开始通电加热。当闪光加热达到预定温度时，电磁阀PQ5线圈带电，压缩气体经过高压三大件推动推进气缸、动夹具以很大的压力进行快速顶锻。随即切断焊接电流，并保持一段时间，使接头冷却、凝固。焊接时间到，断开焊接开关，焊接过程结束。
1.1.4 复位
电磁阀PQ4、PQ5线圈去电，推进气缸气路换向，低压气体进入推进气缸4左气室推动推进气缸带动工作台向右运动，推进气缸4复位。电磁阀PQ1、PQ2线圈去电，气路换向，压紧触头弹回，气缸1、2复位。此时，一次闪光对焊焊接过程已完成，所有装置原位等待，准备进入下一焊接循环。
1.2 闪光对焊时序分析
由于执行机构部件较多且各部件动作存在时序性，故先做出工艺时序图，便于时序分析。闪光对焊焊接过程可概括为：预调—定位—夹紧—推进—焊接—顶锻—保持—复位等几个阶段。如图2所示为闪光对焊工艺过程时序图。
2 PLC控制过程的实现
2.1 PLC型号的选择
PLC，即可编程控制器是以自动控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前已广泛应用于机械、冶金、化工、焊接等各个领域。根据闪光对焊焊接工艺要求及价格等诸多因素，在此选用了欧姆龙公司生产的CPM1A系列的PLC，该系列主机按I/O点数分为10点、20点、30点和40点四种。实验中选择了30点的PLC主机，电源类型为DC24，晶体管输出。该种机型设有18个输入点（00000～00011，00100～00105），12个输出点（01000～01007，01100～01003）,其结构紧凑、功能性强，具有很高的性价比，适合于小规模控制。
2.2 PLC的I/O分配
根据闪光对焊工艺要求，占用了PLC的17个输入点（00003～00009，00100～ 00107， 及00000和00001两个高速计数输入端） ，7个输出点（01000～ 01006），具体I/O分配如下表所示。
2.3 PLC与外围电路的连接
用可编程控制器（PLC）代替时间继电器，实际上是以“软”继电器（编程元件）代替“硬”继电器（实际元件）。为实现此要求，应对原控制系统中的控制要求和动作过程进行分析，在明确划分控制过程各个状态及其动作特点的基础上，设计PLC的外围电路。
如图3所示为根据PLCI/O分配表设计的PLC外围电路图，可以准确方便地控制闪光对焊动作过程，实现自动控制的目的。
3 结束语
3.1 机械装置通过高压三大件和低压三大件两条气路来控制闪光对焊的推进和顶锻过程， 既保证了工件推进的准确行程，又满足了顶锻阶段的高压要求，为控制闪光对焊焊接循环提供了便利条件。整个过程操作方便，机械化程度高。
3.2 控制系统不同于以往的继电器控制，将PLC控制系统应用于闪光对焊的控制过程中，线路简单、使用与维护方便、控制精度高，既实现了焊接过程的机械化、自动化，又保证了操作过程的灵活性和安全性，在焊接工业领域具有广泛的应用前景。
前言
可编程序控制器用于液压传动系统和相应的顺序逻辑控制系统，取代原有的继电器逻辑控制已相当普遍。程序编制方法大多数以梯形图为依据的指令语句方式。在工步数不多、逻辑关系不太复杂的情况下，编程并不难，如果工步数多，输入、输出逻辑关系比较复杂，如何根据受控设备的动作程序和工艺要求，一次设计出满足控制要求、线路简单、运行可靠的顺序逻辑控制梯形图，这对设计经验不很丰富的设计者来说并非容易，原因是顺序逻辑控制系统每一程序的输出状态不仅与该步的即时输入状态有关，与该步的历史输入状态有关，输入、输出关系千变万化，难于掌握。
目前国内使用的PLC中小型多以日本产品为主，大型以欧美产品为多，机型各种各样，没有明确一致的标准，编程元件的种类、数目、编程语言等各方面都不相同，互不兼容，这给控制系统的设计、编程、调试及运行维护带来困难，希望能开发出一种设计方法严密、规则性强、通用性强、能适应各种PLC且使用、维护方便灵活、系统构成简单、可靠的编程软件，为此我们作了一些初步的探讨。
2 设计思想与方法
顺序逻辑控制法中系统的一个工作周期被分为顺序相连的若干步，在各步内，各输出量的通/断状态不变，并规定：只是由于电气信号的改变，才引起受控设备工步的改变，即当PLC输出量的状态变化时，系统从原工步进入新的工步。设计中不是用PLC的输入X直接控制输出Y，而是用PLC输入的转换主令信号X去控制代表工步状态的辅助继电器M，用利用M去控制Y。不管系统多么复杂和千变万化，对M的控制要求都是一样的。用X控制M的梯形图设计方法是通用的，并且容易掌握，系统的特殊性体现在输出电路上，不同系统的M与Y的逻辑关系各不相同，由于工步是根据PLC的输出状态来划分的，M与Y之间的逻辑关系变得非常简单。
(1)工步状态表构成
梯形图自动生成逻辑的全过程都在一张PLC顺序逻辑控制系统输入、输出工步状态表内进行。如机械手受控设备工步状态表的结构见表1。表中的符号“+”表示输出继电器得电导通状态，“-”表示失电状态，辅助继电器纵向连续直线代表连续导通状态，转换主令是受控设备从该步向下一工步转换的电气控制信号，表中规定受控设备处于原位时也作一个工步状态处理，共有9个工步。
表1
(2)辅助继电器M设置及导通逻辑式
辅助继电器设置规则：
①确定辅助继电器数目，工步数为n，则辅助继电器数目m=n/2，若求得的值为小数，则取大于它的小整数；
②每个工步只有一个辅助继电器动作，变化小、元件少、线路简单、可靠性高。
③每个辅助继电器在一个周期中只导通一次，失电一次，并且所有辅助继电器同方向动作，连续导通m步，不同的辅助继电器其导通位置不同，先顺序逐个导通m个工步，逐个失电(见表1)，1工步受转换主令1SB、1SQ、3SQ激励，M1导通，6工步受转换主令6SQ激励，M1失电，以下顺序类推。
依据上述规则，可得出辅助继电器导通逻辑式：
当工步号i=1时：
(1)
当工步号i≤m-1 AND n(工步数)为偶数时：
(2)
当工步号i=m AND n为偶数时：
(3)
当n为奇数时，i＜m-1，Mi导通逻辑同式(1)、式(2)；若i=m-1，则Mi导通逻辑同式(3)；
若i=m，则：
Mi=(i工步转换主令与逻辑+Miv)Mi-1 (4)
如表1所示，则有：
(3)输出继电器导通逻辑公式
推导输出继电器导通逻辑式的充分必要条件是受控输出继电器输出状态逻辑式的“与—或”逻辑组合必须覆盖该继电器的所有导通程序步，但不覆盖其任一失电程序步。Y是用M来控制，一个工作周期中，输出继电器导通状态有如上几种情况：
①单步导通；
②连续导通k步；
③上述两种情况的逻辑组合。
周期的前半部分，输出继电器通、失电都由某个辅助继电器M的导通控制；在周期后半部分，Y的通、失电都是由M的失电控制。n与m的含义同前；i表示某个输出继电器开始通电时的步号；j表示第j个输出继电器，如Yij表示在i工步开始导通的第j个输出继电器Y；k表示第j个输出继电器连续导通的工步数。
当i=0时：
若k＜m，则yij= (5)
若k=m，则yij= (6)
若k＞m，则yij= +Mk-m (7)
当i≠0 AND i＜m时：
若i+k≤m，则yij= (8)
若i+k＞m，则yij=Mi·Mi+k-m (9)
当i=m时：
若i+k-m＝m，则yij=Mm (10)
其他情况 则yij=Mm·Mk (11)
当i＞m时：
(12)
根据上述逻辑公式，得到yj各导通程序段的逻辑式，依照充分必要条件，求出覆盖yj全部导通段程序步的逻辑组合，即可得到yj的导通逻辑，如表1所示，求得：
(4)时间继电器导通逻辑式
顺序逻辑控制系统在某些情况下需要以预先规定好的时间为条件，对受控设备顺序地进行控制，要用定时器作延时，用延时结束时，常开接点闭合信号作下一工步的转换主令。当定时器的延时信号发出后，其线圈何时失电无特殊要求，为了使其控制尽可能简单，拟定定时器与某个相对应的辅助继电器同步得电或失电。
3 PLC梯形图自动生成CAD系统
梯形图自动生成逻辑的全过程是以PLC顺序逻辑控制系统输入、输出状态表为依据，用上述分析的数学模型，自动生成梯形图，整个程序用C语言编制，设计中要输入受控设备的工步状态表，为了便于扩充，适用不同工况，数据选用链表结构。其结构如下：
struct plcx{ /*转换主令链*/
char x〔5〕； /*每步主令*/
struct plcx *xnext；
}；
struct plcy{ /*输出继电器链*/
char y〔5〕； /*输出继电器*/
struct plcy *ynext；
}；
struct plcy { /*定时器链*/
char t〔5〕； /*时间继电器*/
float tb； /*时间常数*/
int tn； /*断开时间继电器步序号*/
struct plct *tnext；
}；
struct plcc； /*计数器链*/
char c〔5〕； /*计数器*/
int cb； /*计数常数*/
int crnl； /*1-初始复位，0-初始不复位*/
struct plccb *blist； /*计数逻辑链*/
struct plccr *rlist； /*复位逻辑链*/
}；
struct plccb{ /*计数逻辑链*/
char cb〔5〕； /*计数逻辑*/
struct plccb *bnext；
}；
struct plccr{ /*复位逻辑链*/
char cr 〔5〕； /*复位逻辑*/
struct plccr *rnext；
}；
struct PLC{
struct plcx *xlist； /*主令链*/
struct plcy *ylist； /*输出链*/
struct plct *tlist； /*时间链*/
}；
struct PLC P_num〔MAX〕 /*PLC结构数组*/
struct Plcc c_num〔MAX〕 /*计数器结构数组*/
程序流程如图1所示。
图1 总体流程图
4 模拟试验
以双动薄板拉伸液压机为对象进行模拟试验，根据受控对象工艺要求拟定工步状态表如表2所示。
表2
工步
号动作元件发讯
(输入)电磁铁(输出)计时器Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9T1T20电机启动SB1-----------1压边梁加速下行SB3+-----+-+--2压边梁加压保压SQ6+-----+-+--3拉伸梁加速下行SB5
SP2+-+--+-----4拉伸梁减速下行SQ2+-++-+-----5拉伸梁加压拉伸SQ3
SP1+-++-+---+-6拉伸梁卸压SB6
KT1-+---------7拉伸梁拨摸SP3+---+------8拉伸梁回程SQ2+-+-+------9压边梁卸压SB4
SQ1-+-----+--+10压边梁回程SP2
KT2+------+-
-11静止SB2
SQ5----------- 从表2中可见，工步数n=12，设置辅助继电器数目m=12/2=6，M导通逻辑：
输出继电器Y的导通逻辑式为：
y3=M3· + ·M3；y7=M1· ；
y4=M4· ； y8= ·M5；
y5= ·M3；y9=M1· 。
定时器导通逻辑式为：
T1=M5； T2= ·M6。
自动生成梯形图如图2所示。
1 引言
啤酒生产过程分为麦芽制造、麦芽汁制造、前发酵、后发酵、过滤灭菌、包装等几道工序。啤酒灌装、压盖机部分属于包装工序。啤酒经膜过滤后由管路送入回转酒缸，再经酒阀进入瓶子中，压盖后获得瓶装啤酒。啤酒灌装、压盖机的工作效率和自动化程度的高低直接影响啤酒的日产量。
为了满足我国啤酒行业日益扩大生产规模的需求和啤酒现代化灌装机械高速灌装的要求，国内各啤酒生产厂家都在积极寻求或改造本单位的啤酒灌装生产设备，使其成为具有良好的使用性能，先进的技术水平及高生产效率、运行稳妥可靠、维护成本低的啤酒现代化灌装机。
2 啤酒灌装、压盖机工作原理和控制部分构成
液体灌装机按灌装原理可分为常压灌装机、压力灌装机和真空灌装机。啤酒灌装、压盖机采用压力灌装方法，是在高于大气压力下进行灌装，贮液缸内的压力高于瓶中的压力，啤酒液体靠压差流入瓶内。
目前国内外实现灌装工艺路线基本上是:利用回转酒缸产生的旋转运动，使安放在酒缸槽位上的空瓶通过机械机构将固定在酒缸上部的欲抽真空阀打开，对已封好的瓶子进行抽真空处理，拨转外操作阀杆，打开气阀，对瓶内充填CO2气体，抽真空凸
轮继续打开真空阀，将瓶内空气与CO2混合气体抽出，气阀打开，对瓶内充填CO2气体，灌装阀内的液阀在瓶内压力接近背压气体压力时打开，酒液顺瓶壁注入瓶内，通过气动或电动控制灌装阀实现啤酒的灌装。
当今国际先进的啤酒灌装、压盖机的控制系统主要由光电开关位置检测部分、走瓶带、酒缸转速的变频调速部分、主控由可编程控制器、触摸屏等组成。灌装、压盖机的机械结构装置与PLC可编程控制、变频无级调速、人机界面等现代自动控制技术手段完整的结合，形成机电一体化。
3 控制部分改造方案
国内很多啤酒厂家现使用的灌装、压盖机的控制系统的自动化程度参差不齐;所有手动按钮和工艺开关都设置在一个操作箱的面板上，PLC控制器大都为日本OMRON公司或三菱公司的早期产品，设备连锁控制、保护设置少，加之啤酒灌装的现场环境恶劣，潮湿度大，使开关等接触触点锈蚀严重，系统的信号检测部分故障率较高，造成设备控制系统运行的可靠性低，设备正常运行周期短等现象。
以实际改造的丹东鸭绿江啤酒有限公司的灌装、压盖机的控制系统为例，介绍改造方法，阐明改造这类设备的控制思想和思路;根据现场的实际工艺条件，重新编写了PLC的运行程序。针对啤酒灌装、压盖机控制系统的实际状况，并根据现场的实际工艺条件，重新设计了设备的PLC控制系统。这种改造方法和思路同样可以应用与其他液体介质灌装设备的改造。
3.1系统硬件配置
使用日本三菱公司的FX2N128MRPLC替换原系统使用的2台OMRON公司的C60PPLC，原系统的PLC由于是老型号产品，和计算机联机需要配置特殊的通讯转换器，系统需要增加外部I/O输入点时，扩展模块备件较难寻。FX2N128MRPLC是集成128点I/O的箱体式控制器，具有运算速度快，指令丰富、性能价格比高、联机编程简单、扩展方便等优点，是三菱FX系列zhonggong能强的小型控制器。
(1) 采用三菱公司的900系列的970GOT人机触摸屏替换原系统使用的面板按钮并监控显示设备的运行工作参数。970GOTHMI为高亮度的16色显，通过汇流连接和FX2N128MRPLC的CPU直接连接，实现快速回应。具有许多维护功能，如列表式编辑功能、梯形图监控(故障查找)功能、系统监控功能等用来查找故障和维护PLC系统。
(2)灌装、压盖机的变频器在改造中没有更换，现场检测信号的手段仍然采用开关式检测，因检测开关长期工作在湿度很大的场合，选择电容式的接近开关，根据PLCI/O端子的接线方式，选择PNP型的接近开关，控制系统结构见图1。
3.2 系统程序设计
PLC控制器的程序设计重点和核心是围绕着酒缸的旋转速度控制和酒缸上60个瓶位相关位置的检测移位、破瓶、空瓶瓶位相关位置的检测移位和相关灌装阀等的控制。其中的瓶位移位检测程序中，采用了三菱PLC位左移指令，
图1 控制系统结构框图
驱动执行条件输入每一次由OFF-ON变化时，执行N2位移动，N2为移动的位数。
(1) 瓶位移位子程序
413 LD X055;机器计数脉冲测量检测输入点
414 PLS M49;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位M49
416 PLF M301;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位M301
418 LDI M590;进瓶个数检测
419 ANI X005;连锁保护点
420 ANI X006;紧急停车保护
421 OUT M50;进瓶瓶位是否有瓶检测
422 LD M49;主电机转速测量检测输入点
423 SFTL M50 M500 K60 K1
;瓶位移位检测，采用PLC位左移指令，这条指令是整个子控制程序的核心之一，主电机和瓶位检测开关同步检测移动的酒瓶，主电机每转一周，正好对应酒缸转过一个瓶位，PLC内部单元内对应这60个瓶位的单元为M500~M559，单元个数用个字母K设置为K60，每次变化一位用第二个字母K设置为K1，M50反应了瓶位的空、缺位置，并将检测到的这个位置以电机转速的频率移位下去，在内部相应的单元内置"1"或"0"，控制相应的阀门和搅拌瓶盖的电机的开与停。系统在连续检测90个空瓶位后,停止搅拌瓶盖的电机的运行,检测瓶位的个数可以根据用户的要求任意设定。
432 LD X052
; 出瓶位检测
回转酒缸通过压力往瓶内背压装酒的过程中，空瓶在背压后,可能由于瓶子本身裂纹等原因导致突然爆瓶,这就需要检测出爆瓶瓶子的位置,在这个瓶位的位置进行打开吹扫电磁阀,喷出压缩
空气,将瓶位上的碎瓶片吹离位置,在连续吹扫几个瓶位后,在打开喷射电磁阀,喷射出高压水注,在对破瓶位置周围瓶位连续喷射几个瓶位。
(2) 实现爆瓶检测、控制的步进控制
482 LD X055;机器计数脉冲测量检测输入点
483 PLS M49;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位M49
485 PLF M309;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位M309
486 LDI M70;破瓶位置检测
487 ANI M071;连续破瓶位置检测
488 ANI X052;进瓶位置
489 SFTL M52 M600 K20 K1
破瓶检测和瓶位检测开关同步检测移动的破瓶，主电机每转一周，正好对应酒缸转过一个瓶位，PLC内部单元内对应这20个破瓶位的单元为M600~M619，单元个数用个字母K设置为K20，每次变化一位用第二个字母K设置为K1，M52反应了破瓶的位置，并将检测到的这个位置以电机转速的频率移位下去，在内部相应的单元内置"1"或"0"，控制相应的喷射和吹扫电磁阀开与停。连续喷射和吹扫电磁阀的开听、停时间可以根据工艺要求任意设定。
破瓶检测和瓶位检测的程序流程图如图2所示:
图2 破瓶检测和瓶位检测子程序流程图
系统自动化运行可靠的保障就是控制进出瓶盖的同步跟踪，既准确检测电机转速检测开关、破瓶检测开关和进瓶检测开关三个条件。
(3) 970GOT人机触摸屏操作终端机的软件采用三菱公司的GT WORKS软件包，其中GTDesigner是一个用与整个GOT9000系列的绘图套装软件。该软件包操作简单，事先可在个人计算机上组态并仿真调试，完毕后下载至人机操作终端机。因为人机界面又具有触摸屏的作用，将常用的开关设在显示屏上，方便操作。还可并以增加一些功能，如设置报警信息等。
4 改造后控制系统功能
系统正常运行时，机器为自动控制，根据进出瓶带上瓶的满缺，按设定速度或慢速运行，进瓶档瓶，无瓶不下盖，爆瓶自动冲洗，灌装位置自动背压，下盖输盖系统的自动开停和安全保护等动作的协调联锁。原来所有按钮的操作改造后都在触摸屏上进行。
5 控制系统检测状态的监控功能
进瓶检测开关和破瓶检测开关通过检测每个压瓶部分上面的小铁片的位置，产生光电脉冲输出，再有PLC采集，由于每个压瓶部分上面的小铁片的位置是活动的，在机器运行一段时间后，压瓶部分上面的小铁片和检测开关的位置发生位移，造成检测开关误判断，如没瓶判断为有瓶，爆瓶漏检、误检等造成输出失误，使PLC产生误动作，造成如背压、爆瓶吹、洗、瓶盖搅拌系统控制失灵等故障现象。
在改造前的日常生产过程中，碰到这种现象时，操作工只能将各个功能开关或按扭打到手动控制档位，使机器设备工作在无监控状态下，机器失去自动控制功能。造成了很大的生产原料如气、水、酒的浪费。只能在生产的间歇，才能由维修钳工和电工根据检测开关上的小发光二极管的亮和灭通过调整位移距离只有5~8mm的检测开关的安装位置，来修正检测开关和小铁片的间隙。这种检测手段非常落后，调整后的效果反应致后，不能及时反应调整结果。
针对这种检测状况，结合改造后的灌装、压盖机控制系统的配置，新增了这部分检测功能，并集成在人机触摸屏中，完成瓶位