6ES7214-1BD23-0XB8一级代理
1引言
在自动生产线上，各工序之间的物品常用有轨小车来转运。小车通常采用电动机驱动，电动机正转小车前进，电动机反转小车后退。
2控制要求
对小车运行的控制要求为:小车从原位A出发驶向1号位，抵达后立即返回原位;接着又从原位A出发直接驶向2号位，抵达后又立即返回原位;第三次还从原位A出发，直接驶向3号位，抵达后仍立即返回原位，如图1所示:
图1 小车行驶示意图
根据工作需要，可以将上述三次运行作为一个周期，每个周期间小车可以停顿若干时间。也可以无须停顿而重复上述过程，直至按下停止按钮为止。
3PLC选型及I/O接线图
根据控制要求，系统的输入量有:启、停按钮信号;1号位、2号位、3号位限位开关信号;连续运行开关信号和原位点限位开关信号。系统的输出信号有:运行指示和原位点指示输出信号;前进、后退控制电机接触器驱动信号。共需实际输入点数7个，输出点数4个。选用日本三菱公司F-20M产品，其输入点数12，输出点数8。小车行驶控制系统PLCI/O接线图如图2所示:
图2 PLC I/O接线图
4控制程序设计
小车运行控制过程如下:
(1) 小车处于原位 压下原位限位开关SQO，X401接通Y430，原位指示灯亮。
(2)小车行驶至1号位返回原位 按下启动按钮SB1，Y431被X400触点接通并自锁，运行指示灯亮并保持整个运行过程。此时Y431的常开触点接通移位寄存器的数据输入端IN，M100置1(其常闭触点断开，常开触点闭合)，M100和X402的触点接通Y432线圈，前进接触器KM2得电吸合，电动机正转，小车驶向1号位。当小车到达1号位时，限位开关SQ1动作，X402常闭触点断开Y432线圈，KM3失电释放，电动机停转，小车停止前进。X402接通移位寄存器移位输入CP端，将M100中的“1”移到M101，M101常闭触点断开，M100补“0”，而M101常开触点闭合，Y433接通，接触器KM4得电吸合，电动机反转，小车后退，返回原位。
(3) 小车行驶至2号位又返回原位当小车碰到原位限位开关SQO，X401断开Y433线圈通路，KM4失电释放，电动机停转，小车停止。X401与M101接通移位输入通路，M102接通Y432线圈，小车驶向2号位。当小车到达1号位时，SQ1动作，X402动作，但因为M102和X402仍接通Y432，M100为“0”，不影响小车继续驶向2号位。直至小车碰到2号位限位开关SQ2，X403断开Y432，小车才停止前进。X403与M102接通移位输入通路，将M102中的“1”移到M103，M103为“1”，其余位全为“0”。M103接通Y433线圈，小车返回原位。
(4) 小车行驶至3号位再返回原位当小车碰到原位限位开关SQO后，小车停止后退。M103和X401接通移位输入通路，M104和X404接通Y432，小车向3号位驶去。小车经过1号位和2号位，但因为M100~M103均为“0”，不会移位，M104和X404仍接通Y432，直到小车碰到3号位限位开关SQ3动作，X404才断开Y432线圈，小车才停止前进。这时M104和X404接通移位输入通路，M104移位到M105，M405为“1”，其它位为“0”，M105和X401接通Y433，电机反转，小车后退返回原位。
(5) 小车运行一个周期小车运行一个周期返回原位后压下原位限位开关SQO，X401又断开Y433，小车停止运行。M105和X401接通移位输入通路，M105移位到M106，M106为“1”，其余位为“0”，即M100~M105的常开触点均为断态，这时如果连续运行开关S仍未合上，X405仍断开，那么移位寄存器不会复位，M100仍为“0”，则小车正向出发往返运行三次(一个周期)后，就在原位停下来了。
(6) 小车连续运行与停止 如果需要小车在运行一个周期后，继续运行下去，则合上连续运行开关S,X405、X401和M106接通复位输入端R，移位寄存器复位，M100重新置“1”，M100与X402又接通Y432，小车又开始第二个周期的运行，并且一个周期又一个周期地连续运行下去，直到按下停机按钮SB2,X407触点断开，Y432和Y433线圈断开，小车才会立即停止运行。同理，如果发生意外情况，不论小车运行在什么位置，只要按下停车按钮SB2，电动机立即停转，小车停止运行。
小车PLC控制系统梯形图如图3所示:
图3 PLC控制梯形图
5结束语
自动生产线上使用的转运小车，是常用的生产设备，它运行正常与否，对生产影响很大。该控制系统具有简单可靠地优点，有借鉴的价值。
1引言
为了提高和保证产品的质量，生产中对一些部件按照一定的工艺要求进行归类分组是必要的。以轴承的生产为例，要求对生产中的滚针和滚柱进行分选组别，这一工作由轴承滚针分选机来完成。
分选机的功能是对工件进行连续测量，将被测参数转变为电信号，再经电路放大、逻辑运算处理后。控制相应的执行机构，对工件实行自动分选。
2轴承滚针分选机PLC控制系统的设计
2.1 系统构成
系统采用OMRONC200H模块式PLC，现场开关信号接入24V输入模块，指示灯、中间继电器及电磁铁线圈由晶体管型输出模块控制。选用差动式电感传感器(差动式电感传感器是把被测的非电量转换成线圈的互感变化，由两个相同的电感线圈和磁路组成，使用时，一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式，以提高传感器的灵敏度和线性度)将滚针或滚柱的直径和长度的变化转变成电感量变化，再经测量放大电路放大成标准的电压信号，接至PLC的模拟量输入模块。
该系统总输入点为:开关量为5点，模拟量为2点，分别采用直流24V的8点输入模块IM211和模拟量输入模块AD001;输出点为开关量17点，选用OD411(8点)和OD211(12点)两块晶体管输出模块。对PLC的输入输出端子进行定义和分配如附表所示。
附表 分选机PLC控制系统的I/O分配表
输入地址 信号定义 输出地址 信号定义
00100 启动检测 00200 送料电机
00101 停止检测 00201 正常指示
00102 同步脉冲 00202 超差指示
00103 复位信号 00203 运行指示
00104 调整单步 00300-00311 料门1-料门11
输出
00111 长度量 00204 故障报警
00112 直径量
2.2 工作原理
分选机属于比较测量仪器，先以标准尺寸工件定标或先校正好测微仪的放大倍数，以被测工件与标准工件尺寸进行比较，产生直径尺寸差Δd和长度尺寸差Δl，电感测量头将Δd和Δl转变为电感差ΔD和ΔL，测量电路将电感差转变为0~+10V的电压信号Us。信号经PLC模拟量输入模块转变为数字量，并根据工艺要求，将参数同标准数据进行比较，控制相应料门电磁铁。分选的工艺要求如下:
(1)长度信号先与直径信号进行分选:分选时，先将滚针的长度测量值分为三类，即长度超差件L+、L-和合格件L0，再将L0工件按照其直径大小细分为超差件D+、D-，合格件D1、D2、…D10，也就是说只有长度合格的工件才进行直径分选。
(2)组别按尺寸大小，由小到大进行排列:长度按L-、L+、L0，直径按D-、D1、D2、…D10、D+，从小到大顺序排列，以保证工件准确地落入属于自己的组别。
3PLC控制系统梯形图的设计
3.1 程序控制的要求
现通过工件1从送料到落料来说明一个程序周期的过程:
(1) 送工件1至测量平台(推落上一工件);
(2) 对上一工件测量信号值清零，该工件对应的落料门关闭;
(3) 对工件1进行测量并锁存，打开相应料门，准备落料;
(4) 工件2送料，将工件1顶下落料;
(5) 工件1经一段时间落入相应料门;
(6) 工件1测量信号清零，相应料门关闭。
3.2 程序设计
(1) 程序的控制流程
PLC程序的控制流程图如图1所示:
图1 控制系统流程图
(2) 信号输入与干扰消除
在输入的模拟量信号中，会含有各种噪声和干扰。为了准确地进行测量和控制，必须消除被测信号中的随机干扰。PLC的AD001模块引入数字滤波方法，它可根据用户设定的积分常数对多次A/D转换数据取算术平均值，以消除干扰。其中，积分常数就是A/D转换的次数，平均值是将多次A/D转换数据之和与积分常数相除，并忽略计算结果中的小数部分。
设N为A/D转换次数，AD001中四路输入的N值分别预置在DM1101-DM1103中。在这里将N取2，所用2路积分常数预置在DM1101和DM1102通道中。IR区中10001-10004分别是路到第四路的求平均值启动位，当其被置为“1”时，则向AD001发出取平均值的指令，此时平均值为二进制数。取平均值的梯形如图2所示:
图2 取平均值的梯形图
(3) 数据换算
由于A/D转换得到的是标准数字信号，即相对于传感器测量范围的相对百分数，不能直观地表示过程被测量的量纲，需要进行换算。AD001可根据用户设定的上下限参数，将AD转换后的12位二进制数据换算成4位十进制数。AD001按下式进行换算，并忽略计算结果中的小数部分。
数据转换梯形图如图3所示，其中两路的上、下限参数值分别预置在DM1110、DM1111和DM1112、DM1113中，参数值必须是0—9999的BCD码数据，且两数据之差不大于4000。IR区中10005、10006分别为路、第二路的数据换算启动位，当其被置为“1”时，则向AD001发出执行换算指令。
图3 数据转换的梯形图
(4) 数据分组
滚针或滚柱的直径及长度测量信号在转换成数字信号后，还要同内部寄存器中的设定植进行比较，以便进行分组，即确定滚针或滚柱应属的组别，并将其归入该组。
根据工艺要求，将长度设为上限和下限值，分别预置在DM1110和DM1111中;直径设为10组，分别预置在DM1112到DM1121中。实际测量值连续同设定植比较，即可确定相应组别。
长度比较梯形图如图4所示，当00103接通时，将通道DM006中的值同DM1110相比较，如小于设定下限值，则LE接通，接通00400输出。如大于设定下限值，则同上限值DM1121相比较;如大于上限值，则接通00401输出。00400和00401使超差门00311接通输出。
4结束语
图4 长度测量值分组梯形图
在工业生产的自动化生产线中，有许多参数(如长度、直径、厚度等)需要进行实时检测，以便确定产品是否合格或按照参数值进行分类处理，利用PLC进行控制具有硬件简单，易于进行程序设计和控制流程的修改、运行稳定、故障率低、分组精度高等优点，是一种较为理想的控制方案。
1 引言
(1) 三菱F系列变频器外部端子调速可分为模拟量调速和多段速调速
模拟量调速可用电压0~10VDC或电流4~20mADC，进行无级调速。本公司货架组件(横梁)冷弯设备机组便采用多段速闭环变频器调速控制系统;一般采用外部输入端子SD、STF、STR、RL、RM、RH，进行三段速调速。RL、RM、RH是低﹑中﹑高三段速速度选择端子，SD是输入公共端，STF是启动正转信号，STR是启动反转信号。当Y10，Y11有输出时，变频器为低速运行;当Y10，Y12有输出时，为中速运行;当Y10，Y13有输出时为高速运行。三段速分别设置为20Hz、30Hz、45Hz。在模拟量调速时，通过编程，三菱FX2N系列可编程控制器根据操作台发出的信号，选择控制方式:模拟量调速或多段速调速。其控制系统还可以通过DOS操作系统开发编程的微机作为上位机实现控制功能或结合触摸屏技术实现随机动态适时控制或结合触摸屏控制技术来操作控制实现有关功能。
(2) 三菱FX2N系列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，是FX系列中次的超小型程序装置。
本文探讨MELSEC FX2N-32MR在货架组件(横梁)冷弯机组中的应用特点。
2 系统构成
2.1 工艺流程
工艺流程如图1所示:
图1 货架冷弯成型工艺简图
根据货架组件(横梁)的冷弯成型孔型设计及冷弯成型工艺要求，货架组件(横梁)冷弯机组共有12站牌楼构成，钢卷料由站牌楼前的带料导引装置将钢带穿入冷弯机组进行冷弯成型加工，该冷弯机组主动力由22kW的三菱多功能矢量控制变频器和异步变频电机驱动系统构成，各牌楼间的动力传递可采用链传动或齿轮组来实现;主控系统选用MELSECFX2N-32MR可编程控制器，闭环控制反馈信号由1200p/r的旋转编码器被动测量提供信号开关量并测长，根据所选的编码器的线数以及要走的位置量，确定好对应的计测脉冲数，设置PLC，使其在计测到相应的脉冲数时产生相应的动作以实现产品定长切断的jingque控制，其基本长度控制精度可达±0.5mm以上，可重复长度控制误差分布范围大不超过1mm。
2.2 系统硬件结构的主要配置
(1) PLC选用是FX2N-32MR，外加FX2N-232-BD通信模块。各1只;
(2) 触摸屏选用型号为:GP37W2-BG41-24V，或采用微机控制上位机系统;
(3) KOYO旋转编码器TRD-NH1200-RZ及测量辊、24V开关电源，各1台;
(4) 三菱多功能矢量控制变频器:FR-A540-22K-CH变频器，1台;
(5) 三相笼型交流异步电动机:Y系列，4极，22kW，1台;
(6) 其它电气选配件。
3电气闭环控制系统原理
3.1无极闭环系统的控制原理
要实现货架组件(横梁)的冷弯成型机组的闭环无级控制，必须根据变频器和变频电机的特性，即:在一定载荷下变频器所存在的理想加速和减速特性曲线，或根据不同的品牌和规格的变频器的特性参考资料、冷弯机组加工件的负荷特性、电机的负荷特性等进行适时调整。基本控制原理如图2所示:
图2 系统闭环控制原理图3.2基本控制思想
(1)据旋转编码器测量反馈的当前速度信号适时调整变频器的输出驱动频率值，从而保证变频电机能以要求的速度平稳运行;其还表现在必须根据具体冷弯产品的成型工艺要求、负荷波动规律等选择相应的速度控制模式，即初时运动加速度与加速控制时间、平稳运行速度与距离、减速运动加速度与控制时间等进行变频器的适时调整，确保主机运行及控制反馈运行过程的平稳，消除不稳定形成的系统超差故障;
(2)据旋转编码器的脉冲测量数反馈当前冷弯机组主电机的位移信号及预先设定的控制方案适时调整变频器的输出驱动频率值，使变频电机先以较高的速度运行到接近冷弯产品控制切断长度的位置后将速度平稳降到较低的速度下工作，并在切断控制处准确制动停准，必要时可采取机械抱闸系统来辅助快速定位，再通过输出控制点发出切断控制信号实现液压停剪;PLC控制系统在工作过程中实时采集运行数据，并不断地与存放在软件控制数据块里的标准位置参数进行比较和控制决策，从而达到快速准确定位、提高作业效率的目的，并与监控系统交换工作信息以实现生产管理系统的全面动态管理。
4负载机械特性和变频器的选型
该系统的电气拖动主要是驱动冷弯轧辊运动，其阻力矩TL取决于冷弯轧辊与钢卷料之间的摩擦力FL与冷弯轧辊半径r的乘积，即TL=FL×r。在这里，冷弯轧辊的半径r是恒定不变的，摩擦力FL的大小与相应的冷弯产品的孔型设计工艺水平、机组的传动效率和相关材料与轧辊间的摩擦系数等有关，与转速高低关系不大。这是典型的恒转矩负载机械特性。可初步选用三菱FR-A540系列变频器。
4.1三菱FR-A540系列变频器具有的特性
(1)采用先进的磁通矢量控制。由于采用了精简指令集计算机RISC微处理芯片，使之具有全新的在线自动调整功能，使电机在不影响启动速度的情况下迅速得到调整。
(2)具有多段速度选择功能:它有高速RH、中速RM、低速RL、第二加/减速时间选择RT、漏型公共输入端SD等端子，可以通过PLC的输出点直接控制输入端子的ON/OFF状态来实现变频器速度的上升、下降和jingque停车。每档速度的大小可由变频器功能预置来设定。
(3)运用了三菱首创“柔性脉宽调制”(Soft-PWM)开关方式，实现更低噪音运行，并能减少对外射频干扰，有利于邻近的PLC、旋转编码器的可靠运行。
(4)调速范围:1:120(0.5Hz~60Hz运行时)，且低频运行性能稳定可靠，采用自动调整后，可以在不同的品牌的电机上实现高精度运行。
4.2 变频器的选型
货架组件(横梁)冷弯机组的主要功耗包括:用于货架组件(横梁)弯曲变形功率、克服辊子与工件之间的摩擦阻力及辊子轴承摩擦阻力、克服机组传动阻力及功率损耗，一般采用经验测算方法与简单公式计算后放大倍数的方法共同核算，通常还根据冷弯成型的成功案例进行类比测算，并依此确定具体型号变频器的实际功率。
综合多种因素，笔者选定了三菱FR-A540-22kW-CH变频器。经试验证明:针对货架组件(横梁)的冷弯成型机组采用PGL板反而会出现较大的定位误差，故取消了PGL板设计，仅利用变频器的多段速选择和FR-A540的高性能来实现货架组件(横梁)的冷弯成型的定位控制。
5外部接口设计
三菱FX2N型PLC内置多个高速计数器。经过测量测试，选择采用两相两计数输入、应答频率为30kHz的C251计数器，将旋转编码器的A、B输出端与PLC的X0、X1输入点相连，可以稳定地捕捉货架组件(横梁)冷弯机组上加工产品所需要的闭环控制反馈信号，实现冷弯产品的加工长度、位置定位后的程序比较及控制信号的输出，实现冷弯产品的定长液压停剪动作。机组大运行速度限制计算为:测量辊周长与应答频率为30kHz的乘积再除旋转编码器的每转脉冲数，如我司选用的测量辊直径为Φ60mm，周长为188.5mm，则每秒大运动位移为:
188.5mm×30000÷1200=4.1725m
远远满足货架组件(横梁)冷弯机组的大运行速度在20m/min的要求。
FX2N-32MR的输出点的外部接线方式为分组式，有COM0~COM3共4个COM点与16个输出点对应，可以灵活地选择输出点的电源形式。
用PLC编写一条32位的高速计数器区间比较复位指令DHSZ，用触摸屏对PLC数据寄存器D赋值，数值以理论脉冲数为基准增减，再与C251记录的编码器脉冲数进行比较，当两个数据相等时，PLC指令变频器和电机停机。经反复赋值试验，可以找到jingque的编码器脉冲总数。按照速度控制规律的各段分配脉冲数，以指导PLC适时向变频器发出速度切换指令。试验时电机采用低速运行，脉冲数或实际长度换算数以实际记录为准。
加速/减速时间的设置是变频器参数设置的关键。冷弯机组遵循加速-运行-减速-低速运行正反转调整-停止为一个运行周期，每一周期中的间隔是冷弯产品的切断过程及系统动作复位。合理设置这些参数，可以调整定位运行的切断控制精度及机组生产效率，使它适合负荷的要求。
6 结束语
PLC+变频器控制实现的多段速系统控制确保了货架冷弯机组的自动化控制要求，具有运行稳定可靠，定位精度高等特点。实践也证明FR-A540-22kW变频器完全满足货架冷弯机组的调速和基本定位控制要求，提高了生产效率。此种PLC+变频器控制方式也可用于其他需要速度配合及定位控制的电机变频调速系统。
根据今后货架冷弯机组的自动化发展方向，将成型速度的设定与控制理论的发展与应用、成型辊辊型设定与实时调节、具体机械设备的故障诊断的处理与显示等与具体的PLC控制功能和发展相结合，必然能促进货架冷弯机组的自动化发展水平。