西門子6GK7243-1GX00-0XE0大量現貨

一 引言
    可編程序控制器PLC因其技術指標**、質量優、環境適應能力強、可靠性好；有完善的輸入輸出功能模塊，系統能靈活處理模擬量、數字量和開關量；而且具有完善的軟件系統，以實現過程檢測、執行、控制、報警以及圖形畫面顯示打印等功能。基于此,選用了OMRON公司CPM2Ａ可編程序控制器實現了無錫海得魯公司的矯制系統。

    二 矯直機控制系統原理

放卷機將鋁管在矯直機牽引下自然放卷，通過一排雙曲輪將彎曲的鋁管矯直。將旋轉編碼器安裝在傳送帶上，用于鋁管傳送速度，隨鋁管的運動而轉動，其轉動產生的脈沖送入PLC中，經過PLC的計算處理而得到切料的長度，當切料長度改變時，其編碼器所測得的速度與輸入數據進行比較，比較結果送入變頻器中從而通過改變矯直電機的速度來達到改變切料長度。MPT顯示、調整矯直速度、調整切料長度、顯示已切根數。

    三 硬件設計 
    根據控制要求，系統要求控制5個電磁閥開關，7個到位接近開關，5個控制按鈕和2個指示燈，共控制16個I/O輸入，7個I/O輸出和一個模擬輸出，共25個I/O控制點。采集參數為編碼器對鋁管運行速度的脈沖采樣，輸出參數為調速頻率。考慮性價比，選擇了OMRON公司的CPM2A-PLC擴展一個CPM1A-MADO2單元。控制設備和具體I/O對照如表1所示：
    表1 矯直機控制系統I/0表
    類型 序號 名稱   地址      設備名稱
    DO    1   YA1   10CH00   左夾緊油缸夾緊電磁閥
          2   YA2   10CH01   左夾緊油缸打開電磁閥
          3   YA3   10CH02   右夾緊油缸夾緊電磁閥
          4   YA4   10CH03   右夾緊油缸打開電磁閥
          5   YA5   10CH04   切斷油缸電磁閥
          6   HE5   10CH06   系統準備好
          7   HE6   10CH07   系統報警
    DI    8   LS02  1CH00    左夾緊油缸夾緊到位接近開關
          9   LS03  1CH01    左夾緊油缸夾緊到位接近開關
          10  LS04  1CH02    右夾緊油缸夾緊到位接近開關
          11  LS05  1CH03    右夾緊油缸打開到位接近開關
          12  LS06  1CH04    切斷油缸上位到位接近開關
          13  LS07  1CH05    剪下切到位接近開關
          14  LS08  1CH06    安全門關到位安全開關
          15  SB7   1CH07    調速+按鈕
          16  SB8   1CH08    調速-按鈕
          17  SB9   1CH09    系統復位按鈕
          18  SB10  1CH10    暫停按鈕
          19  SB11  1CH11    計數清零按鈕
          20  SB12  2CH00    急停按鈕
          21  SB13  2CH01    手/自動切換
          22  LS01  0CH00    旋轉編碼器A相
          23  LS01  0CH01    旋轉編碼器B相
          24  LS01  0CH02    旋轉編碼器C相
    AO    25 　     13CH00   調速

    四 軟件設計
    程序采用OMRON公司的CX-Programmer軟件編寫，程序設計上有如下特點：在程序中，利用標志位來表示不同的現場情況和程序的狀態，增加了程序的可靠性和靈活性。模塊化的程序設計，整個程序由不同的子程序構成，各子模塊獨立完成各自的功能互不干擾，因而程序結構清晰，便于修改。再就是定時器的使用，利用不同的定時器來設置不同設備的延時時間，可以靈活地根據控制要求進行延時時間的設定。主程序主要由程序初始化、計數清零、系統復位、增減變頻、切長脈沖轉換、速度、切料、暫停急停安全門八個子程序和一個切料中斷子程序構成。下面介紹編碼器高速計數程序設計及切料動作程序設計。
    
    編碼器旋轉一周有1024個脈沖，其旋轉半徑為32.6mm，進行速度計數時，一個脈沖所走過的路徑是0.2mm，為了**其脈沖數為整數必須要進行數據處理。把DM5寄存區中放立即數5用來與DM0中的切料長度數據做雙字節乘法放到DM15寄存區里。便得到切料長度所對應的脈沖整數。然后再用這個脈沖數與CM11中的脈沖比較表進行比較，當兩者相等時，便可以驅動改變切長。

 切料過程中要求：剪下切動作時，鋁管必須被夾緊，以免在下切的過程中由于機械動作產生對鋁管的沖力和拉力；切割時，剪必須跟隨鋁管一起等速運動（這屬于機械裝置上的問題，我們不考慮）；夾緊、下切、松開動作時，應該延時一段時間，以**機械動作到位；每個動作都應該使用狀態量控制，以**系統工作的穩定和安全，同時可以監測故障和報警提示；對所切割鋁管的根數和長度進行記錄和送顯，界面友好直觀，功能齊全。

隨著社會生產不斷進步和人們生活節奏不斷加快，人們對生產效率也不斷提出新要求。由于微電子技術和計算軟、硬件技術的迅猛發展和現代控制理論的不斷完善，使機械手技術快速發展，其中氣動機械手系統由于其介質來源簡便以及不污染環境、組件價格低廉、維修方便和系統等特點，已滲透到工業領域的各個部門，在工業發展中占有重要地位。本文講述的氣動機械手有氣控機械手、XY軸絲杠組、轉盤機構、旋轉基座等機械部分組成。主要作用是完成機械部件的搬運工作，能放置在各種不同的生產線或物流流水線中，使零件搬運、貨物運輸更快捷、便利。

 

一.  四軸聯動簡易機械手的結構及動作過程

 

機械手結構如下圖1所示，有氣控機械手(1)、XY軸絲杠組(2)、轉盤機構(3)、旋轉基座(4)等組成。

 

其運動控制方式為：(1)由伺服電機驅動可旋轉角度為360°的氣控機械手(有光電傳感器確定起始0點)；(2)由步進電機驅動絲杠組件使機械手沿X、Y軸移動(有x、y軸限位開關)；(3)可回旋360°的轉盤機構能帶動機械手

 

 

及絲杠組自由旋轉(其電氣拖動部分由直流電動機、光電編碼器、接近開關等組成)；(4)旋轉基座主要支撐以上3部分；(5)氣控機械手的張合由氣壓控制(充氣時機械手抓緊，放氣時機械手松開)。

其工作過程為：當貨物到達時，機械手系統開始動作；步進電機控制開始向下運動，同時另一路步進電機控制橫軸開始向前運動；伺服電機驅動機械手旋轉到達正好抓取貨物的方位處，然后充氣，機械手夾住貨物。

 

步進電機驅動縱軸上升，另一個步進電機驅動橫軸開始向前走；轉盤直流電機轉動使機械手整體運動，轉到貨物接收處；步進電機再次驅動縱軸下降，到達*位置后，氣閥放氣，機械手松開貨物；系統回位準備下一次動作。

 

二 控制器件選型

 

為達到精確控制的目的，根據市場情況，對各種關鍵器件選型如下：

 

1. 步進電機及其驅動器

 

機械手縱軸(Y軸)和橫軸(X軸)選用的是北京四通電機技術有限公司的42BYG250C型兩相混合式步進電機，步距角為0.9°/1.8°，電流1.5A。M1是橫軸電機，帶動機械手機構伸、縮；M2是縱軸電機，帶動機械手機構上升、下降。所選用的步進電機驅動器是SH-20403型，該驅動器采用10～40V直流供電，H橋雙較恒相電流驅動，較大3A的8種輸出電流可選，較大64細分的7種細分模式可選，輸入信號光電隔離，標準單脈沖接口，有脫機保持功能，半密閉式機殼可適應更惡劣的工況環境，提供節能的自動半電流方式。驅動器內部的開關電源設計，**了驅動器可適應較寬的電壓范圍，用戶可根據各自情況在10～40VDC之間選擇。一般來說較高的額定電源電壓有利于提高電機的高速力矩，但卻會加大驅動器的損耗和溫升。本驅動器較大輸出電流值為3A/相(峰值)，通過驅動器面板上六位撥碼開關的第5、6、7三位可組合出8種狀態，對應8種輸出電流，從0.9A到3A以配合不同的電機使用。本驅動器可提供整步、改善半步、4細分、8細分、16細分、32細分和64細分7種運行模式，利用驅動器面板上六位撥碼開關的第1、2、3三位可組合出不同的狀態。

2. 伺服電機及其驅動器

 

機械手的旋轉動作采用松下伺服電機A系列小慣量MSMA5AZA1G，其額定輸出50W、100/200V共用，旋轉編碼器規格為增量式(脈沖數2500p/r、分辨率10000p/r、引出線11線）；有油封，無制動器，軸采用鍵槽連接。該電機采用松下公司*特算法，使速度頻率響應提高2倍，達到500Hz ；定位**調整定時間縮短為以往松下伺服電機產品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全閉環控制功能，可彌補機械的剛性不足，從而實現高速定位，也可通過外接高精度的光柵尺，構成全閉環控制，進一步提高系統精度。具有常規自動增益調整和實時自動增益調整兩種自動增益調整方式，還配有RS-485、 RS-232C 通信口，使上位控制器可同時控制多達16個軸。伺服電機驅動器為A系列MSDA5A3A1A，適用于小慣量電動機。

 

3. 直流電機

 

可回旋360°的轉盤機構有直流無刷電機帶動，系統選用的是北京和時利公司生產的57BL1010H1無刷直流電機，其調速范圍寬、低速力矩大、運行平穩、低噪音、效。無刷直流電機驅動器使用北京和時利公司生產的BL-0408驅動器，其采用24～48V直流供電，有起停及轉向控制、過流、過壓及堵轉保護，且有故障報警輸出、外部模擬量調速、制動快速停機等特點。

 

4. 旋轉編碼器

 

在可回旋360°的轉盤機構上，安裝有OMRON公司生產的E6A2增量型旋轉編碼器，編碼器將信號傳給PLC，實現轉盤機構的精確定位。

 

 

 

5. PLC的選型

 

根據系統的設計要求，選用OMRON公司生產的CPM2A小型機。CPM2A在一個小巧的單元內綜合有各種性能，包括同步脈沖控制、中斷輸入、脈沖輸出、模擬量設定和時鐘功能等。CPM2A的CPU單元又是一個獨立單元，能處理廣泛的機械控制應用問題，所以它是在設備內用作內裝控制單元的理想產品。完整的通信功能**了與個人計算機、其它OMRON PC和OMRON可編程終端的通信。這些通信能力使四軸聯動簡易機械手能方便的融合到工業控制系統中。

 

三 軟件編程

 

1. 軟件流程圖

 

流程圖是PLC程序設計的基礎。只有設計出流程圖，才可能順利而便捷地編寫出梯形圖并寫出語句表，較終完成程序的設計。所以寫出流程圖非常關鍵也是程序設計首先要做的任務。

四 結束語

 

四軸聯動簡易機械手的各個動作和狀態都由PLC控制，不僅能滿足機械手的手動、半自動、自動等操作方式所需的大量按扭、開關、位置檢測點的要求，更可通過接口元器件與計算機組成PLC工業局域網，實現網絡通信與網絡控制。使四軸聯動簡易機械手能方便地嵌入到工業生產流水線中。

  不同型號的PLC具有不同的硬件組成和性能指標。它們的基本I／O點數和擴展范圍，程序存儲容量往往差別很大。因此，在進行PLC程序設計之前，要對所用PLC的型號，硬件配置（如內裝型PLC是否要增加附加I／O板，通用型PLC是否要增加I／O模板等）作出選擇。
    （1）輸入／輸出點  輸入點是與機床側被控對象有關的按鈕、開關、繼電器和接觸器觸點等連接的輸入信號接口，以及由機床側直接連接到NC的輸入信號接口（如減速信號：*DECX，*DECY…，跳過信號：SKIP等）。
輸出點包括向機床側繼電器，指示燈等輸出信號的接口。設計者對被控對象的上述I／O信號要逐一確認，并分別計算出總的需要數量。選用的PLC所具有的I／O點數應比計算出的    I／O點數稍多一些，以備可能追加和變更控制性能的需要。
    （2）存儲容量  一般來說，普通CNC車床順序程序的規模約1000步，小型加工中心約2000步。程序規模隨機床的復雜程度變化，設計者要根據具體任務對程序規模作出估算，并據此確定合理的存儲容量。  
    另外，所選擇PLC的處理時間，指令功能，定時器、計數器、內部繼電器的技術規格、數量等指標也應滿足要求。

1 概述

    在石油加工工業中，大型旋轉機組是裝置設備的重要組成部分，如催化裂化裝置的主風機、氣壓機組、煙氣輪機及汽輪機組等。這些機組功率大，運行條件苛刻，控制系統復雜，是化工生產中的關鍵設備。因此，對這些設備在突發事故中的保護是至關重要的。現在各大石油化工企業普遍采用的是專用ESD緊急停車系統，系統結構復雜，成本高（上百萬元）。針對上述情況，沈陽石蠟化工有限公司80x104 t/a 重油催化裂化氣壓機組的聯鎖-自保系統采用了PLC 進行系統構建，其在隨后的生產過程中表現穩定，動作可靠，多次在事故狀態下對機組及生產裝置實行了自我保護，杜絕了惡性事故的擴大和蔓延，取得了顯著的效果。

    2 工藝設備及主要聯鎖參數

    在催化裂化裝置中，從沉降器出來的油氣經分餾塔分餾后得到粗汽油、柴油和富氣，富氣從分餾塔**出來經氣壓機壓縮后送到穩定塔，與粗汽油在穩定塔內充分互溶，得到穩定汽油。在這部分流程中，氣壓機是較關鍵的設備，它的運行是否平穩直接影響著整個流程。如果氣壓機受到損壞，會對單位的經濟效益產生較大的影響。因此，對氣壓機組的保護是至關重要的。該廠80x104 t/a重油催化裂化氣壓機組采用的是電機-氣壓機-汽輪機三機組，在裝置開工時采用汽輪機啟動機組，達到額定轉速（6000轉）后開啟電動機，采用雙動力三機組的形式，主要是為了增加機組運行的可靠性。機組的主要聯鎖參數包括氣壓機軸位移**標停車、汽輪機軸位移**標停車、潤滑油壓力低停車、密封油壓力低停車、汽輪機入口蒸汽流量低停車、汽輪機背壓低停車、機組轉速**標停車、手動緊急停車、供電跳閘停車等，這些量都是開關量輸入，其中任意一項或多項出現，都要求PLC能迅速切斷汽輪機入口蒸汽速關閥和電機電源，同時關閉氣壓機入口閥，打開放閥，以**氣壓機及裝置的安全。

    3 方案的確定

    自保-聯鎖系統是指將影響裝置安全和設備安全的重要參數，如溫度、壓力、流量、溫度等引入ESD（緊急停車系統）系統，由ESD監測，并以顯著的聲光形式進行報警，達到聯鎖條件時自動實行聯鎖保護，**設備和裝置的安全，并打印出故障原因及時間，以利于事故分析。隨著微電子技術的發展，PLC產品在功能和性能指標上都得到了較大地豐富和完善，并以**受到用戶的歡迎。因此，從滿足工藝生產需求出發，考慮到安全性、可靠性、經濟性、可擴展性等因素，采用了OMRON公司生產的CPM2AH ?0CDR-A型PLC，并選用了OMRON公司的CX-Programmer軟件。

 4 系統構成

    4.1 硬件構成

 其中CPM2AH自帶I/O接口，可以接36點輸入，24點輸出，輸出形式是繼電器，并且通過RS232C串口與PC機1通訊。PC機1位于氣壓機控制室內，使用的是bbbbbbs2000操作系統，通過CX-Programmer軟件與PLC通訊，實現組態、監控及事故記錄功能。由于我廠采用分散控制、集中管理，因此要求在主控室也可以直接看到氣壓機的自保聯鎖狀態。因此，利用微軟的bbbbbbs2000的終端服務功能，在主控室設置了PC機2，將氣壓機控制室內的PC機1作為終端服務端，主控室內的PC機2作為終端客戶端，兩臺PC機因為距離較遠，采取光纖以太網連接，在主控室內的PC機2上，可通過終端服務功能運行位于氣壓機控制室內PC機1上的CX-Programmer軟件，對PLC進行監控及各種操作。

  其中，潤滑油壓力及密封油壓力低停車采取三取二邏輯，汽輪機入口蒸汽流量及汽輪機背壓采取二取二邏輯，以減少由于現場儀表失靈造成的自保誤動情況。為滿足不同的工況需要，特別設置了手動緊急停車按鈕，放在操作臺的隱蔽位置，供工藝人員使用。每一項自保條件動作，PC機都會按時間順序記錄下來，供事后分析。PLC系統的軟件設計是依據上述邏輯關系，以梯形圖方式編寫后寫入PLC中。在PC機中，可實現在線組態、監控，對輸入、輸出點可以強制狀態，以滿足調試、維護需要。

    5 結語

    本系統投入生產后，運行良好，可靠性高，而且程序簡潔，維護方便，**了裝置的長周期運行，為工廠取得了可觀的經濟效益，將在今后的生產實踐中，逐步考慮采用雙PLC或三PLC冗余的方案，以達到更高的可靠性。

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