西门子6ES7214-1AD23-0XB8诚信交易

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1 前言

在工业应用领域，大部分机械设备都采用先进、实用的控制产品对生产过程进行控制，以提高设备运行的可靠性和生产效率。在农业应用领域，由于农机设备运行环境恶劣、操作人员技术水平偏低，绝大部分机械设备没有采用先进的控制产品，而是采用传统的手工操作和继电器控制。

中国是个农业大国，农机设备遍布大江南北。把性能稳定、质量可靠、功能强大的控制产品应用到市场巨大的农机设备中，对提高我国农业的自动化水平和农机企业的市场竞争力将会产生十分积极的影响。

本文介绍了和利时公司新一代小型一体化PLC在农用液压打包机上的应用，该应用在提高农机设备自动化方面取得了很好效果，具有很好的推广价值。

2 系统概述

山东某液压机械制造有限公司是国内液压打包机械的企业，其生产的液压打包机行销海内外，得到用户的普遍好评。液压打包机广泛应用于棉纤维、亚麻、羊毛、纸边、服装、布匹、毛巾、麦草等松散物资的打包，为农用物质的仓储和运输提供了极大的方便。由于液压打包机一般应用在环境恶劣的室外或污染严重的生产现场，故对控制产品提出了较高要求。以前曾有自动化公司采用某国外品牌PLC对液压打包机的电气控制部分进行改造，但应用效果欠佳。我们对机器运行环境进行了现场考察和反复研究，充分考虑到了现场环境的恶劣性，在可靠性、稳定性等方面做了大量工作，提出了基于HOLLiAS-LECG3小型一体化PLC的控制系统。实际运行效果表明，该控制方案达到了预期效果，大大提高了设备的自动化水平。

液压打包机控制系统由核心控制单元PLC和用于操作的人机界面组成，核心控制单元应用和利时公司的G3系列小型一体化PLC，人机界面采用深圳人机电子有限公司的新一代文本显示器MD204L。PLC包括1块24点CPU模块LM3107和1块8路继电器输出模块LM3222，输入、输出信号详见表1。

3 系统功能

采用PLC控制的液压打包机可以实现自动脱包、自动提箱、自动转体、自动踩棉等功能，并能对生产过程进行实时监控，完成自动诊断、自动报警和数据上传等功能。为提高电气控制系统的可靠性，根据客户的实际需求，将经常出现故障的所有可以替换的开关按钮全部转移到人机界面上，包括油泵的启动/停止、踩箱的启动/停止、油缸的上升/下降/停止、提箱、开门、关门等操作按钮。时间继电器的时间也在人机界面上设定，包括油泵电机启动延时继电器、踩箱电机避起延时继电器、踩箱电机断电延时继电器和油缸上升缓冲延时继电器。

液压打包机的控制部分包括油泵电机控制回路、踩箱电机控制回路、升降控制回路、提箱控制回路、预缷控制回路和开关门控制回路等，下面对各控制回路分别进行介绍。

油泵电机控制回路：通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“泵起”油泵电机的启动按钮，主接触器C1和Y接触器C2接通，油泵电机启动延时继电器，通过读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到则Y接触器C2断开，△接触器C3接通，PLC的C2与C3两点互锁。按下“泵停”油泵电机的停止按钮，油泵电机正常停机。当电机发生过载或是有堵转情况发生时，主油泵热保护继电器RJ开关闭合，通过PLC程序控制主接触器C1立即断开，处于保护状态。故障排除后，重新启动、重新开机。当油缸超过上限或下限时，HC1和HC2都要在PLC程序控制中加以保护。通过设定油泵电机启动延时继电器的值可以任意改变Y—Δ启动转换的时间，保证佳转换状态。加上多重互锁和自锁，完成油泵电机的正常启动和运转，有指示灯显示电机的运转状态。

踩箱电机控制回路：通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“踩起”踩箱电机的启动按钮，踩箱过程开始，踩箱指示灯点亮，踩箱电机接触器C4接通，踩箱电机避起延时继电器读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到，触发PLC内部中间继电器，踩箱结束，蜂鸣器H接通告知，踩箱电机断电延时继电器读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到，循环结束，踩箱电机与蜂鸣器H停止复位。按下“踩停”踩箱电机的停止按钮，所有的时间继电器及中间继电器均复位，踩箱电机停止。我们可以对精度高达1ms的踩箱电机避起延时继电器和踩箱电机断电延时继电器任意调整，根据不同的工作状况选取不同值，极大地方便了用户操作，显著提高了生产效率。

上升、下降控制回路：上升与下降是两个的控制过程，由程序设计为互锁，以保证动作统一、安全。通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“上升”或“下降”按钮，箱体按程序动作，开始上升或下降，达到工艺要求。

提箱控制回路：系统提箱的控制必须保证在上升结束后进行，通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“提箱”按钮，提箱开始，当达到箱体上限位时，即为提箱结束。

预卸控制回路：按照工艺要求，预卸控制必须是在上升或提箱时间段以前进行。预卸全过程完全由PLC程序自动进行，油缸上升时即为预卸工序开始。读取文本显示器上的油缸上升缓冲延时继电器的时间设定值，开始计时，时间到预卸结束。

开门、关门控制回路：开门和关门是两个的控制过程，分别由文本显示器上的“开门”和“关门”操作按钮控制，内部中间继电器ZJ6和ZJ7互锁，分别完成开门和关门动作。

系统流程图如图1所示。

图1系统流程图

人机界面上的主操作画面和时间设定画面如图2和图3所示。

4结束语

该控制系统已经成功应用在农用液压打包机上，降低了操作人员的工作强度，提高了设备运行效率和安全性，降低了能源消耗，提高了产品质量。从液压打包机在现场的运行情况来看，和利时的小型一体化PLC质量可靠、运行稳定、运行效果良好，能适应农机现场的恶劣环境，在提高农机设备自动化方面取得了很好效果，具有很好的推广价值。

机械手在工业生产中得到广泛的应用，传统工艺中采用继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，故障多，维修困难，费时费工，不仅加大了成本，影响设备的工效。本文介绍了用日本三菱公司生产的F1／F2系列可编程控制器，根据机械手的运动规律：左／右、上／下、夹／松等进行软件编程。实现了手动操作，即：用按钮操作，对机械手的每一种运动单独进行控制；自动操作包括单步、单周期和连续操作。对右工作台有工件的特殊情况进行了处理。采用梯形控制直观易懂，为电气人员所熟悉；采用PLC控制使接线简化，安装方便，保证运行的可靠性，减少维修量，提高了工效。
关键词：可编程控制器；继电器；机械手

1机械手工作原理

1．1机械手动作原理及示意图

机械手动作示意图如图1所示。其全部动作由汽缸驱动，而汽缸又由相应的电磁阀控制。其中，上升／下降和左移／右移分别由双线圈两位电磁阀控制。下降电磁阀通电时，机械手下降；下降电磁阀断电时，机械手下降停止。只有上升电磁阀通电时，机械手才上升；上升电磁阀断电时，机械手上升停止。同样，左移／右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。机械手的放松／夹紧由一个单线圈(称为夹紧电磁阀)控制。该线圈通电，机械手夹紧；该线圈断电，机械手放松。

当机械手右移到位并准备下降时，为确保安全，必须在右工作台上无工作时才允许机械手下降。也就是说，若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机械手自动停止下降。

图1机械手动作示意图

1．2机械手动作过程

机械手的动作过程如图2所示。从原点开始按下启动按钮时，下降电磁阀通电，机械手开始下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；接通夹紧电磁阀，机械手夹紧，夹紧后，上升电磁阀开始通电，机械手上升；上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；接通右移电磁阀，机械手右移，右移到位时，碰到右移极限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。此时，右工作台上无工作，则光电开关接通，下降电磁阀接通，机械手下降。下降到底时碰到下限位开关下降电磁阀断电，下降停止；夹紧电磁阀断电，机械手放松，放松后，上升电磁阀通电，机械手上升，上升到极限时碰到极限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；接通左移电磁阀，机械手左移；左移到原点时，碰到左极限开关，左移电磁阀断电，左移停止。至此，机械手经过八步动作完成一个循环。

图2机械手动作过程

1．3机械手操作方式

机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为单步、单周期和连续操作方式。

手动操作：就是用按钮操作，对机械手的每一种运动单独进行控制。例如：当选择上／下运动时，按下启动按钮，机械上升；按下停止按钮，机械手下降。当选择左／右运动时，按下启动按钮，机械手左移；按下停止按钮，机械手右移。当选择夹紧／放松运动时，按下启动按钮，机械手夹紧；按下停止按钮，机械手放松。

单步操作：每按一下启动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。

单周期操作：机械手从原点开始，按下启动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后停止。在工作中若按一下停止按钮，则机械手动作停止。重新启动时需用手动操作方式将机械手移回到原点，按一下启动按钮，机械手又开始重新单周期操作。

连续操作：机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手将自动地、连续地周期性循环。在工作中若按一下停止按钮，则机械手停止工作。重新启动时，必须用手动操作将机械手移回到原点，按下启动按钮，机械手又开始重新连续工作。在工作中若按下复位按钮，则机械手将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。

2用户所需输入／输出设备的确定

2．1输入设备——用于产生输入控制信号

本设计中输入设备应包括以下几种：①操作方式转换开关，该开关应有手动、单步、单周期、连续等四个位置可供选择。②手动时的运动选择开关。该开关应有上／下、左／右、夹紧／放松三个位置可供选择。③启动、停止及复位按钮。开关及按钮在操作屏上的布置如图3所示。④位置检测元件。机械手的动做是按行程原则进行控制的，其上限、下限、左限、右限的位置分别用限位开关来检测。

图3操作屏布置

2．2输出设备——由PLC的输出信号驱动的执行元件

本设计中输出设备应包括下降电磁阀、上升电磁阀、左移电磁阀、右移电磁阀、夹紧电磁阀等部分。为了对机械手原点位置进行指示，还要配置一个原点指示灯。

根据所确定的用户输入设备及输出设备可知，PLC共需要15点输入、6点输出。

3PLC的选择

该控制系统要实现的是步进控制，可以选择使用一般PLC，用移位寄存器和移位指令宋编程，由于所需的I／O点数为15／6点，考虑机械手操作的工艺是固定的，PLC的I／O基本上可不留余量。考虑经济、维修等因素可选择F1／F2系列可编程控制器。

F1／F2系列PLC的CPU为8039单片机芯片，执行时间为12／步，F1系列容量为1K。F2系统容量为2K步。储存方式有机内RAM、EPROM、EEPROM。输入为直流24V。输出有继电器、晶体管和可控硅三种输出方式。

F1／F2系列PLC大I／O点数为120点，可任意组合。用模拟量单元F2-6A-E后可进行模拟量控制。其中一台F2-6A-E可处理四路A／D、2路D／A。一台30点以上的主机可带三个模拟量单元，共计可处理12路A／D、6路D／A，且不占用开关量点数。用定位控制单元F2-30GM可进行位置控制，驱动伺服电机或步进电机。F1／F2系列PLC除可用简易型编程器外，还可进行图形编程，用IBM计算机或其他兼容机进行编程。经综合考虑，可选择F1／40M可编程控制器。

4PLC的程序设计

图4为机械手控制总程序结构框图。在该结构框图中，当操作方式选择开关置于“手动”时，输入点X407接通，其输入继电器常闭接点断开，执行手动操作程序。

图4总程序结构框图

当选择开关置于“单步”、“单周期”、“连续”时，其对应的输入点X410、X411、X412接通，其输入继电器常闭接点断开，执行自动操作程序。

在执行自动操作程序时，如操作选择开关置于“连续”时，启动后辅助继电器M200接通，程序自动循环。操作开关置于“单步”时，M200同样接通，程序也可以循环，但必须是每按一次启动按钮执行一步。如果操作开关置于“单周期”或运行过程中按下复位按钮时，则辅助继电器M200复位，程序执行完一个周期(即机械手回到原点)时自动停止。由于手动程序和自动程序采用了跳转指令，这两个程序段可以采用同一套输出继电器。

言

随着硫化机自动控制水平的不断提高，硫化机的温度压力数据采集记录方法经历了圆盘记录仪、打点式记录仪、智能化无纸记录仪乃至目前较先进的上位机监控系统。上位机监控系统界面友好、控制安全可靠、精度高、数据存储量大，已越来越受用户青睐。笔者采用电阻式触摸平板电脑作为上位机，把现场数据通过传感器采集经PLC处理后送入上位机，组成一个监控系统。

1 监控系统构成

整个监控系统由A／D模块、D／A模块、CPU、传感器、电气转换器、平板电脑组成，如图1所示。

上位机对数据进行分析、存盘、综合处理、打印、报警、图形显示、人机对话，并可通过数据传送对PLC进行控制。

2 监控软件的设计

2．1 窗体设计

在软件的编程过程中，人机界面(MM，)非常重要，因为它直接与操作员产生信息交流，友好的人机界面要求能真实再现控制设备的状态以及准确的采集所需参数的数据，这主要依靠VB6.0的控件组合及原代码完成。整个人机界面包括硫化状态画面(主画面)、实时曲线画面、数据查看画面、历史曲线画面、工艺编辑画面、报警画面、口令画面、开关状态画面，各画面间可以相互切换。当然也可根据用产习惯编辑不同的人机界面，具有很好的灵活性。

主画面如图2所示，它实时采集硫化机温度压力信号，并将其保存在以日期为名称的数据库里。显示每锅轮胎硫化的时间、步序参数数据，产量、胶囊计数、本机目前的信息也一目了然，棒图控件能动态表明每条轮胎的硫化进程，并有百分数提醒操作员。如果某一阀门打开，主画面中相应阀门名称的颜色变化，管路里就会有液体流动的动画，形象再现了阀门状态的变化，这可以在picture控件中应用API函数实现。清零菜单可分别对左右计数和产量进行清零。单击"通讯"按钮通过串口与PLC通信，进行数据交换，数据采集频率可在Timer控件中设定。主画面为监控系统的窗口，基本上所有操作员需要了解的数据都集中在这里，其画面的友好程度及功能的完整性直接影响人机界面成功与否。

实时曲线画面实时跟踪硫化机的温度压力参数，可分为圆盘型和直线型。圆盘型尊重原有圆盘记录仪的习惯，以为单位，实时记录每一时间的数值，在实时数据与上一时间数据间画圆弧，这样能准确显示数值的变化情况。直线型以一小时(一般轮胎硫化时间在一小时内)为单位显示，如果采集完一个小时数据，则实时曲线以采集频率从右向左漂移，这时在Picture控件右端显示当前数值对应的曲线，这种动态漂移效果可由bbbbbbSAPI函数实现。这两种曲线方式各有千秋，前者可以直观了解当天所有轮胎的曲线情况，但上位机的显示屏显示数据，图形就显得小，分辨率不高。者清晰度高，但只能显示当前一段时间的映线，如果需要更长时间的曲线，得从历史画面中查看。一般来讲，两者兼顾应用，相得益彰。

每天采集的数据都存放在当天的数据库里，要查看哪天的曲线只要打开该天的数据库就可以画出该天的历史曲线。

工艺编辑画面：所有需要修改的参数都集中在工艺编辑画面里，步序、分步时间、阀门状态、PID参数、延时设定、硫化规格、机号都可修改。该画面功能多，操作较为复杂，但主要还是围绕数据库做文章。建立一个数据库与Treeview控件联接，数据库中包括各种工艺号，每个工艺号为一个表(Table)。单击表名，该表的内容显示在Datagrid控件中，可以通过键盘修改表的内容。

其它画面不再详述。

2．2 上位机与PLC间的通信

在上位机链接通信中，上位机多是以主态同PLC进行通信，命令一般从上位机发至PLC，任何数据都能从PLC发送至上位机。两者间的通信通过上位机的串口与连接实现，并遵循RS-232协议，其命令格式为：

响应码为：

用V 86．0编写通信程序时，要用通讯控件（Mscomm)。将通讯控件调入后，还需编通信代码，如PLC采集的内温、内压、外温、外压存芯正数据区DMOOOONDM0003，主画面的内温、内压、外温、外压分别显示在Label1(0)～Label 1(3)中。则在VB6.0下建立的通信代码如下：

Private Sub Timer 1-Timer()
bbbb l. MSComm l. CommPort=1'使用COM l端口
bbbb l. MSComm l. Settings="9600,e,7,2"'设置通信条件
bbbb l. MSComm l. Port Open=True'打开串口
R$="@ 00RD00000004"'读PLCDM0000-DM 0003的内容
RD$=R$+fcs(R$)
bbbb 1. MSComm 1.In Buffer Count=0
bbbb 1. MSComm 1.Output=RD$+Chr$(13)'发送命令
Do
Dummy=Do Everts(1)
Loop Until bbbb 1. MSComm 1. In Buffer Count>=27
Inbbbbbb$=bbbb1. MSComm 1. bbbbb'接受数据
Label 1(0). caption=MID$(inbbbbbb$,8,4)
Label 1(1). caption=MID$(inbbbbbb$,12,4)
Label 1(2). caption=MID$(inbbbbbb$,16,4)
Label 1(3). caption=MID$(inbbbbbb$,20,4)
From1. MSComm 1. Port Open=Faise
End Sub

数据是以帧为单位发送的，每次接受一帧时计算FCS并将结果与包含在帧中的FCS比较使之能检查帧中的数据错误。FCS是转换成2个ASCⅡ字符的8位数据，这8位数据是对帧开始数据直到此帧正文结束的数据进行异或运算的结果。VB6.0下的FCS函数代码如下：

Function fcs(O$)
Dim B％，I％，Ⅱ％，FF$
B％=0
Ⅱ％=Len(O$)
For I％= I TO Ⅱ％
B％=B％×or Asc(Mid(O$，I％，1))
Next I％
FF$二He×$(B％)
1f Len(FF$)=1 Then
FF$="0"+FF$
End If
Fcs=FF$+"*"
End Function

3 结束语

本例已成功地应用于硫化机自动控制系统中，从实际运行情况，状态良好。当然，它有待不断完善，使之画面更丰富，功能更强大。