西门子6ES7214-1BD23-0XB8产品特点1 引言 切纸机械是印刷和包装行业常用的设备之一。切纸机完成的基本动作是把待裁切的材料送到指定位置，然后进行裁切。其控制的核心是一个单轴定位控制。我公司引进欧洲一家公司的两台切纸设备，其推进定位系统的实现是利用单片机控制，当接收编码器的脉冲信号达到设定值后，单片机系统输出信号，断开进给电机的接触器，同时电磁离合制动器的离合分离，刹车制动推进系统的惯性，从而实现jingque定位。由于设备的单片机控制系统老化，造成定位不准，切纸动作紊乱，不能正常生产。但此控制系统是早期产品，没有合适配件可替换，只能采取改造这一途径。目前国内进行切纸设备进给定位系统改造主要有两种方式，一是利用单片机结合变频器实现，一是利用单片机结合伺服系统实现，不过此两种改造方案成本都在两万元以上。并且单片机系统是由开发公司设计，技术保守，一旦出现故障只能交还原公司维修或更换，维修周期长且成本高，不利于改造后设备的维护和使用。我们结合自己设备的特点提出了新的改造方案，就是用plc的高速计数器功能结合变频器的多段速功能实现定位控制，并利用hmi（人机界面human machine interface）进行裁切参数设定和完成手动操控。 2 改造的可行性分析 现在的大多plc都具有高速计数器功能，不需增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上百khz的脉冲信号。切纸机对进给系统的精度和响应速度要求不是很高，可以通过对切纸机进给系统相关参数的计算，合理的选用编码器，让脉冲频率即能在plc处理的范围内又可以满足进给的精度要求。在进给过程中，plc对所接收的脉冲数与设定数值进行比较，根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而减小系统惯性，达到jingque定位的目的。另外当今变频器技术取得了长足的发展，使电机在低速时的转矩大幅度tisheng，从而也保证了进给定位时低速推进的可行性。 3 主要控制部件的选取 3.1 plc的选取 设备需要的输入输出信号如表1所示。 表1 plc输入输出分配表 针对这些必需的输入点数，选用了fx1s－30mr的plc，因为选用了人机界面，其它一些手动动作，如前进、后退、换刀等都通过人机界面实现，不需占用plc输入点，从而为选用低价位的fx1s系列plc成为可能，因为fx1s系列plc输入点多只有16点。另外此系列plc的高速计数器具有处理频率高达60千赫的脉冲的能力，足可以满足切纸机对精度的要求。 3.2 编码器的选取 编码器的选取要符合两个方面，一是plc接收的高脉冲频率，二是进给的精度。我们选用的是编码器分辨率是500p/r（每转每相输出500个脉冲）的。通过验正可以知道此分辨率可以满足上面两个条件。验证所需的参数：电机高转速是1500转/分（25转/秒）、进给丝杆的导程是10mm/转。验证如下： 本系统脉冲高频率＝25转/秒×500个/转×2（a/b两相）＝25khz 理论进给分辨率＝10mm/500=0.02mm 同时由上面的数据知道进给系统每走1mm编码器发出50（此数据很重要，在plc程序的数据处理中要用到）个脉冲信号。由于此工程中对编码器的a/b相脉冲进行了分别计数，使用了两个高速计数器，且在程序中应用了高速定位指令，则此plc可处理的高脉冲频率为30千赫，因此满足了个条件;我们的切纸机的载切精度要求是0.2mm，可知理论精度完全满足此要求。 3.3 变频器和hmi的选取 这两个部件我们都选用了三菱公司的产品，分别是fr-e540-0.75k-ch和f920got-bbd-k-c。f920got是带按键型的hmi，它的使用和编程非常简单方便。它具有以下特点：（1）可以方便的实现和plc的数据交换；（2）通过本身自带的6个功能按键开关，可以控制plc内部的软继电器，从而可以减少plc输入点的使用；（3）具有两个通讯口，一个rs232c（用于和个人电脑通讯）和一个rs422（用于和plc通讯），利用电脑和f920got相连后不仅可以对hmi进行程序的读取和上传，还可以直接对plc的程序进行上传下载、调整和监控。 4 plc和hmi程序的设计 此工程中程序的难点主要在于数据的处理上。在切纸机工作过程中除手动让进给定位机构前进后退外，还要实现等分裁切功能和指定具体位置定位功能，并且hmi上还要即时显示定位机构的当前位置。我们为了简化程序中的计算，采用了两个高速计数器c235和c236。c236通过计算前进后退的脉冲数，再进行换算后用于显示进给机构的当前位置；c235用于进行jingque定位。定位过程是这样的，每次进给机构需要定位工作时，通过计算把需要的脉冲数送到c235，不论进给机构前进还是后退c235进行减计数，同时对c235中的数值进行比较，根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而达到jingque定位。因为任何系统都有惯性和时间上的迟滞，所以变频器停止输出的时间并不是c235中的计数值减小到0时，而是让c235和一个数据寄存器d130比较，当c235中的值减小到d130中的设定值时plc控制变频器停止输出。d130的值可通过人机界面进行修改和设定，在调试时通过修改这个值，以达到定位准确的目的。 （1）显示定位机构当前位置的程序 （2）实现定位控制的程序段 （3）参数设定时的小数点位问题。 实际工作中在设定位置时要jingque到0.1mm。这个问题在一些单片机系统中常会遇到，常见的处理办法是加大一个数量级，就是设定数据时，在人机界面上用1代替0.1mm，10代替1mm。不过我们在处理此问题时通过hmi中对数据的设置和plc的程序编写达到了所见即所得的效果。hmi中主要是对数值的格式要设定好。hmi中的设置画面如图1所示。例如等分裁切10.5mm的纸，就可以在hmi上设定为10.5，而不是像公司的类似其它设备上要设为105，但plc的寄存器d128的内容是105而不是10.5，这样在计算需要的脉冲数时就要用下面一条命令：mul d128 k5 d10（此命令中尽管编程时d11不出现但实际上寄存器d11被占用，不能再应用于其它地方，否则会出现问题。）而不是用：mul d128 k50 d10。 图1 hmi中数据设置画面 （4）编程中其它应注意的问题 ● 双线圈问题。本工程中利用条件跳转和步进指令避免了双线圈问题。 ● 误差信号问题。编码器是一种比较精密的光电产品，受振动时不可避免的会出现误差信号，而切纸机在执行裁切动作时会造成很大振动，如果忽视这个现象，定位精度和执行机构当前位置的显示都会不准确。本工程中处理方法参见上面例子程序图1，只有y3、y4接通，即只有进给机构前进和后退时才让c236进行计数，这样就屏蔽了裁切时震动造成的误信号。 5 变频器的参数设置 设定的变频器的主要参数见表2。在调试过程中为了达到定位速度和精度的完美结合，应对三段速设定值，加减速时间和hmi中d130、d200和d202的数值进行相应调整。 表2 变频器主要参数设置一览表6 结束语 通过改造过程，完全恢复了我们切纸机的功能，试用三个月以来运行非常稳定。由这个应用实例可以看出结合plc的高速计数器功能，合理的进行应用，在一定场合可以取代高成本的定位控制系统，实现控制系统优的性价比，并且由于选用通用开放的plc—变频器集成方案，为企业后期自主设备管理带来长远的效益． 自动灌装机广泛应用于化妆品，药品，食品饮料，奶制品，化学品以及家用品等多个行业。基于PLC和HMI的自动灌装机，性能jingque，运行可靠，在改造旧设备、生产线以及替代进口产品方面，取得了很好的经济效益。 自动罐装机工作过程系统组成和控制方案 （1） PLC选择 PLC采用220V交流电源，输入为24点继电器接点，输出为16点，外部输入电源在机内，内存程序循环扫描控制。可以在PLC上配置模拟量输入模块和高速计数模块，模拟量输入模块作为瞬时liuliang的监控，高速计数模块作为liuliang计量用。 （2） 外围设备 在外围设备方面，采用RS232通信或RS485通信方式，与上位机连接，外部输入设备有光电开关，接近开关，按钮等。外部输出设备有接触器，电磁阀，指示灯等。 （3）HMI （人机界面） HMI与PLC以串口连接，可以利用HMI改变或设定PLC的数据，直接控制设备的运转。HMI以多种不同的方式显示PLC内部数据，其显示的结果会随时随着PLC内部实际数据的变化而改变。依需要编辑各种画面，用以显示设备状态、操作指示、参数设定、动作流程、统计数据、警报讯息、简易报表等。 当报警发生时，报警条件成立，HMI会立即显示相关的信息或简易报表等重要记录。 贝加莱的解决方案采用2005系列、Power Panel系列以及2003系列产品。 对于大中型设备，使用2005系列产品。控制柜中的2005 I/O系统通过ETHERNET Powerbbbb连接到Power Panel。可以设置机器的属性，能够更较容易的操作机器，同时还可以提供有关机器运行和功能的技术资料和统计数据。此外，贝加莱的系统通过调制解调器连接到机器，这样也使系统易于维护和维修。 对于较小的系统则采用2003系列产品。该产品尺寸紧凑，好不困难的安装在配殿柜内，而同时又具备所需的功能。贝加莱系统对编码器信号反应更快，这样直接tigao了机器的产量性能。因此，终形成的系统就具有佳的性能和高的效率。 未来的发展方向是各自动化组件的分散化，而这需要通过ETHERNET Powerbbbb和分布式底板解决方案（X2X bbbb）实现。 1前言 自动定量包装机广泛应用于化肥、饲料和轻工等行业。称量包装技术的发展大约经历了手工称量、继电器控制和硬PLC控制等几个阶段。众所周知，硬PLC具有可靠性高、使用方便和耐恶劣环境能力强等特点。但是，随着计算机技术的发展，硬PLC的通用性及兼容性差等弊端愈来愈明显。而计算机的标准化的通信协议和成熟的局域网技术使得组网十分简便，还可以通过Internet与外界相连。一个具有开放性的系统可以和任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。那么能不能将PC开放性和PLC的可靠性等优点结合在一起呢？IEC（国际电工委员会）于1993年发布了IEC1131-3有关可编程序控制器编程的标准。根据该标准，充分利用工业控制计算机（IPC）或嵌入式计算机（EPC）的硬件和软件资源，全部用软件来实现硬PLC的功能。这就是国际上出现的高新技术——软PLC（SoftPLC）技术。 目前，自动定量包装机的控制系统大都采用硬PLC，当企业的生产规模扩大后，需tigao包装能力时，只能采用更大容量的硬PLC控制系统，这样原有的硬PLC相应报废，势必造成浪费。本文所介绍的控制系统只需修改CoDeSys的控制程序即可tigao包装能力，具有较高的推广价值。 2自动定量包装机的组成部分和工作原理 2.1组成部分 自动定量包装机主要由控制显示部分、传感器系统、加料系统、放料系统、夹带系统、秤斗、气动系统以及框架结构部分等组成。 2.2工作原理 尿素、粮食等颗粒物料通过传送带、加料系统进入秤斗，在重力作用下，秤斗将重力传递到传感器，使称重传感器弹性体产生形变，贴附于弹性应变梁上的应变计桥路失去平衡，输出与重量数值成比例的电压信号，经线性放大器将信号放大，通过A/D转换器转换为数字信号，由单片机处理后显示当前的物料重量、各种设置参数和工作过程状态，并且发出粗加料、细加料、称料完成以及上下限报警等信号。这些信号通过CAN总线与工控机进行通讯，工控机中的软PLC（CoDeSys）按照程序输出开关信号。此开关信号经过I/O接口控制电器执行部件，再转变为机械动作，从而实现从进料到缝口的一系列过程控制，如清零、粗加料、细加料、夹袋、放料等。 3控制部分 该方案的控制部分主要由工控机、智能称量显示部分、I/O接口等部分组成。如图1所示，下面重点介绍工控机和智能称量显示部分。图1 系统硬件框图 3.1工控机 本系统采用北京工业大学自主开发的工控机作为上位机，可使用bbbbbbs或Linux操作系统,采用触摸屏技术。 目前，市场上出现的软PLC产品主要有3S公司的CoDeSys、SIEMENS公司的SIMATIC WinAC、SOFTPLC公司的SoftPLC以及CJ Intemationl公司的ISaGRAF等。其中3S公司的CoDeSys以其功能强大、可靠性高、二次开发方便、集成可视化等优点而逐渐被国内外用户所认可。CoDeSys由控制器应用代码开发编辑器、生成控制器应用代码的集成编译器以及数字诊断和试运行功能三部分组成。CoDeSys编辑器完全符合IEC1131-3标准，它支持该标准的5种编程语言，即顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、梯形图（LD）、指令表（IL）及结构文本（ST）。另外，它还提供了被称作连续功能图的第六种编辑器语言，该语言是由功能块图变化而来。用户进行编程时，可以使用其中一种语言或者使用几种语言进行混合编程,这样可大大tigao编程开发效率。CoDeSys提供大量重要特性表帮助开发者快速有效的调试和测试应用程序。在程序代码中可以直接显示每一个变量的当前值。这些值可以随时写入和进行类型的强制转换。通过设置断点然后单步运行代码可以很容易地发现错误。2004年6月该公司在北京工业大学设立了CoDeSys产品推广和培训中心，能够提供强大的技术支持。因此，该系统控制软件采用3S公司的CoDeSys软件，它支持SERCOS总线和CAN总线。 CAN（Controller Area Network）即控制器局域网，主要用于各种设备监测及控制的一种现场总线。它具有结构简单、通信方式灵活、通信距离长、采用非破坏性总线仲裁技术等特点。CAN总线为工业控制系统中高可靠性的数据传送提供了一种新的解决方案，它在国外工业测控领域已经有了广泛的应用，因此本方案采用CAN总线接口，选用凌华公司研制的双口隔离非智能型CAN适配卡PCI-7841，该卡支持CANopen, DeviceNet等CAN总线应用层协议；并提供VB,VC下的编程函数。通过人机界面，把操作人员的控制指令传给智能称量显示控制部分，同时，接受智能称量显示控制部分的信号和数据，加以分析和处理并显示。 工控机的显示界面如图2所示。图2 工控机的显示界面 3.2智能称量显示控制部分 目前，市场上没有具有CAN通讯接口的包装机专用控制仪，因此智能称量显示控制部分需要自主开发。为了缩短开发周期，通过对现有的控制仪进行技术改进，增加CAN通讯部分。该部分以Inbbb公司的微处理器89C51为核心，通过传感器、A/D转换采集称重信号，经过处理后，根据需要将这些信息经由SJA1000和CAN接口电路（主要由PCA82C250组成）发送到CAN总线上，与上位工控机进行通讯。SJA1000是PHILIP公司生产的独立CAN控制器，它符合CAN2.0B协议，具有完成高性能通讯协议所要求的全部必要性能，可以完成CAN总线协议的物理层和数据链路层的所有功能。PCA82C250是CAN控制器与物理总线之间的接口，可以tigao对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力，并能tigao总线的抗干扰能力。该部分功能图如图3所示。图3智能称量显示控制部分功能框图 4结束语 本控制系统采用CoDeSys和CAN总线技术，简化了硬件结构，完全符合开放式体系结构的要求，可以满足工业自动化领域对控制系统开放性和柔性的要求，为将来工业自动化向更高层次的集成提供了可靠的技术保障。经过模拟试验，本控制方案达到了预期的效果，具有十分广阔的应用前景，并可产生良好的社会和经济效益。
