西门子6ES7277-0AA22-0XA0产品描述1 引言1.1什么是熔融法制样 X荧光光谱仪是矿物成份分析化学领域重要的分析研究工具。 X荧光光谱仪根据制得的物质样片来实现荧光光谱成份分析。因此样片制备成为分析的基础。熔融法制样（fusion）是用来描述将分析物溶解在融化的助溶剂中以便形成更容易分析的化合物的通用技术名词。 由于大多数熔融过程所产生的化合物都可以在选定的某一种溶剂中溶解。因此熔样设备成为熔融法制样片设备中佳选择，是世界上快的熔融法制样设备,能达到X荧光光谱仪分析的被测矿样片无气泡,样品平整、光洁、一致性、重现性好的要求。 高频感应电加热熔样设备的具有有环保、节能、安全、工件表面光滑、无氧化层等多方面优势。与过去的真空管高频设备相比电源效率高，降低生产成本，节能、节水40-50%，与可控硅中频炉相比节能10-30%。1.2高频熔样设备应用范围 （1）矿业：矿石、精矿、粉尘、金属氧化膜、炉 渣等。 （2）窑业：水泥、石灰石、白云石、玻璃、石英、粘土、耐火材料等。 （3）钢铁工业：铁矿石、煤、转炉、高炉、电炉渣等。 （4）有色工业：氧化铝、铝土矿、铜矿等。 （5）化学工业：催化剂、聚合物等。 （6）地质土壤：岩石、土壤。2 系统设计2.1 方案分析 原来的系统采用单片机实现自动控制，由于单片机控制系统的调试特别是修改程序困难，使得设备运行故障率高维护便。随着自动化技术的飞速发展,可编程序控制器与人机界面等现代自动化技术已非常成熟，新型自动化技术具有编程灵活，调试方便，抗干扰能力强，后期服务产业化等特点，用可编程序控制器取代原来的单片机控制已大势所趋。因此提出自动化系统集成解决方案对熔融法制样设备的自动化进行升级换代，用更可靠的系统来代替原有的系统，以提高产品的灵活性、稳定性和可靠性，降低产品的维护成本。2.2 系统配置 由于考虑到产品的高性价比和对温度进行模糊控制的功能需要，高频熔样设备电器控制全部选用台达的机电产品，配置如下： （1）PLC:DVP32EH00R。32点（16点输入+16点输出）PLC主机，16KSteps的程序内存，具有定位脉冲输出、数据运算、万年历、PID控制、PTC温度模糊控制等功能。 （2）PLC扩展单元：DVP06XA-H。4点输入+2点模拟量输出扩展模块。 （3）触摸屏人机界面DOP-A57CSTD（5.7寸256色LCD显示）。2.3 工作原理及功能实现 高频熔样设备的工作原理：感应加热是由感应加热设备输出高频电流，通过感应圈产生交变磁场，它能贯穿放在感应圈中的工件而形成涡流，并使工件迅速加热。感应加热系统由高频电源(高频发生器)、导线、变压器、感应器组成。其工作步骤是： （1）由高频电源把普通电源( 220v/50hz)变成高压高频低电流输出。 （2）通过变压器把高压、高频低电流变成低压高频大电流。 （3）感应器通过低压高频大电流后在感应器周围形成较强的高频磁场。一般电流越大.磁场强度越高。 矿物的加热温度由触摸屏上进行设定，矿物的实际温度由红外线检测仪进行非接触式检测，经过可编程序控制器内的温度模糊控制运算，输出信号给感应加热系统，达到温度稳定控制。设备外形结构如图1所示。 图1 外形结构2.4 台达PLC的温度模糊控制 本智能高频制样设备，自动化程度高，能自动完成整个熔化、成型过程：加热熔化→熔样设备采用触摸屏和可编程控制器控制系统，PID调节控温，可存储10多种制样摆动→成型→完成工艺，用户完成设定后，只需轻轻一按即可完成全过程。在熔化室内设计有抽风系统，能将熔化过程中产生的有害气体自动吸走，以保护工作者的身体健康；成型带风冷系统，加快熔化物冷却成型 。控制框图如图2所示。 参数定义参见表1。表1 台达PLC的温度模糊控制参数 （1）S1：目标值(SV)。S1 范围限制为1~5,000，其表示数值为0.1°~500°，小单位为0.1, 若 S3 +1指定为K0，则其表示为0.1℃~500℃。 （2）S2：当前测量值(PV)。S2 范围限制为1~5,000，其表示数值为0.1°~500°，小单位为0.1°，若 S3 +1，指定bit0=0，则其表示为0.1℃~500℃；因此使用者由温度传感器得到模拟转数字的数值时，须自行搭配四则运算指令转换为1~5,000 之间的数值。 （3）S3：取样时间的设置。 （4）D：输出值(MV)。D 显示范围为0~(取样时间*100)的数值。2.5 高频感应加热设备抗干扰设计 由于熔样设备会产生高频磁场，会对周围的电器设备产生电磁干扰，作为PLC的信号线和人机界面的通讯线容易受到干扰，所以，必须作好抗干扰措施。 （1）静电耦合干扰：指控制电缆与周围电气回路的静电容耦合，在电缆中产生的电势。措施：加大与干扰源电缆的距离，达到导体直径40倍以上时，干扰程度就不大明显。在两电缆间设置屏蔽导体，再将屏蔽导体接地。 （2）静电感应干扰：指周围电气回路产生的磁通变化在电缆中感应出的电势。措施：一般将控制电缆与主回路电缆或其它动力电缆分离铺设，分离距离通常在30cm以上（低为10cm），分离困难时，将控制电缆穿过铁管铺设。将控制导体绞合，绞合间距越小，铺设的路线越短，抗干扰效果越好。 （3）电波干扰：指控制电缆成为天线，由外来电波在电缆中产生电势。措施：将感应电源放入铁箱内进行电波屏蔽，屏蔽用的铁箱要接地。尽量缩短人机到PLC通讯线的长度，用屏蔽线进行抗干扰。 （4）电源线传导干扰：指各种电气设备从同一电源系统获得供电时，由其它设备在电源系统直接产生电势。措施：感应电源的控制电源由另外系统供电；在控制电源的输入侧装设线路滤波器；装设绝缘变压器，且屏蔽接地。3 结束语 经过设备调试，各项性能均达到客户的工艺要求，比照单片机为控制系统的熔样设备市场销量，随着自动化要求越来越高的情况下，PLC和人机界面为控制系统的熔样设备将成为未来的主流熔样设备自动化技术。1 .引言 海宁某太阳能机械配件生产企业，原来主要生产太阳能热水器的配件为主，由于国内近年来太阳能热水器产业的迅猛发展，带动了其配件行业的壮大，但是其装备业还停留在原有基础上，以通用冲床设备加简易工装来实现，无法满足大批量、高质量产品的需求，迫切需要专用的自动冲床来满足日益扩大的生产需要。应客户请求，配套开发应用于太阳能热水器行业专用的自动冲床控制系统。 2 .自动冲床简介 本系统采用台达新一代高性能PLC－－-DVP28SV11T，作为该控制系统的控制器，该PLC是台达针对市场多轴传动控制开发的PLC产品，可以轻松实现4轴200K高速脉冲输出，支持两轴圆弧和直线插补。 考虑到行业产品多规格、多品种的要求，该系统采用台达DOPAE57BSTD触摸屏作为人机数据交换的平台，大大方便了用户进行参数修改、监控系统状态、故障查询和运行操作。 进给送料的定位精度和重复定位精度是冲床系统的重要指标，也是生产高质量产品和高生产效率的保证。送料系统采用台达新一代伺服产品ASD-B系列，满足控制和高响应性的要求。 冲床的冲压部采用台达VFD-M迷你型矢量变频器控制，满足用户冲压速度无级可调的要求，可以根据生产要求调节冲压速度。2.1基本架构 自动冲床系统包括冲压部、物料夹钳、X轴送料机构、Y轴送料机构、变频调速控制、伺服传动机构和操作台等组成。2.2 动作流程 手动方式：冲床的动作以步进的方式工作，每完成一个动作，按一下“启动”按钮，执行下一步动作，直至冲压整个动作完成，并停在原点位置，等待下次任务。 在手动模式下，不考虑冲头和X轴送料的配合，屏蔽安装在冲压部大飞轮上的进料检测用接近开关。该模式主要用于调试和新产品试产。 自动方式： 自动模式就是通过程序进行控制送料和冲压的整个过程，X轴进给的控制通过安装在冲压部飞轮上的两个接近开关，来检测冲压部运行的位置，其中一个接近开关作为冲压完成，开始送料信号，另一个接近开关作为停止送料信号，如果X轴在此信号到来前还没有完成送料，系统报警并停机，确保不产生次品，保证产品质量。 自动模式流程见上图，在执行自动流程时，冲压部是一直在工作的，X轴的送料是在冲压部冲压完成离开工件到下一次到达工件之间完成的，送料启动信号是安装在冲压部飞轮上接近开关信号。3.系统设计及选型3.1冲压部传动系统 冲压部采用台达VFD-M变频器拖动三相异步电机，功率为5.5KW，额定转速1440转/min。PLC通过MODBUS RS485通讯方式控制变频器的启动/停止和调速，参数设置和操作在HMI上实现。 冲压部速度设定值，决定X轴送料的小速度。因为X轴每次送料时间必须小于冲压部上下往返一次的时间，否则就会拉坏工件或者冲错位置，造成次品。 X轴送料时间（t）和冲压部变频器设定频率(f)关系如下： t = f / 50 *（60/1440） （单位：秒）假设变频器设定频率为50HZ，则X轴每次送料的大时间为0.0417秒。 3.2送料传动系统 送料传动部分采用台达ASD-B系列交流伺服系统，通过1：1传动比的带动滚珠丝杆，驱动送料工作台前进和后退。 X轴采用台达小惯量1KW伺服电机，型号：驱动器ASD-B1021-A，电机ECMA-C31010ES。 Y轴采用台达小惯量0.4KW伺服电机，型号：驱动器ASD-B0421-A，电机ECMA-C30804E7。 X轴丝杆导程：20mm； Y轴丝杆导程：10mm； 设计要求：送料精度要求：>0.01mm； X轴送料速度：>20米/min； Y轴送料速度：>10米/min；控制精度计算如下： X轴小送料距离=20mm/10000*1=0.002mm Y轴小送料距离=10mm/10000*1=0.001mm 以上计算，X轴和Y轴的小送料距离均小于0.01mm，满足设计要求。 通过以下计算得出单个脉冲对应的送料长度，即为控制精度。 速度要求计算如下： X轴大速度=200K/=24000mm/min=24m/min>15m/min,满足速度设计要求。 Y轴大速度=200K/=12000mm/min=12m/min>10m/min,满足速度设计要求。 以上是不采取电子齿轮比的情况下计算所得，如果采用电子齿轮比，伺服马达工作在大转速（3000rpm/min）情况下，大速度：X轴可以达到60米/min，Y轴可以达到30米/min，但是，如果采用电子齿轮比，会降低送料的控制精度。4.PLC与HMI选型4.1输入信号统计： X轴送料手动操作按钮：手动向左和手动向右（2点） Y轴送料手动操作按钮：手动向前和手动向后（2点） X轴和Y轴原点信号：2点（接近开关） 自动操作按钮：自动启动和自动停止（2点） 冲头位置信号：上位和下位（2点）－－-接近开关信号（NPN） 手动夹钳按钮：1点 紧急停止按钮：1点 手动/自动切换：1点（切换开关） 以上总计输入点数：13点。 考虑到DVP28SV机种输入点数有限（16点输入），把X轴左右极限开关（2点）和Y轴前后极限信号（2点）直接接到伺服驱动器上，减少硬件的扩充，降低成本，同时，也提高了系统的安全可靠性。4.2输出信号统计： 脉冲输出（Pulse+Sign）：4点（Y0，Y1）（Y2，Y3） 夹钳电磁阀：1点 冲头电磁铁接触器：1点 冲头控制接触器：1点 共7点 基于以上考虑，PLC选择DVP-28SV11T。具体功能参数为：200Kpps脉冲输出，16点输入/12点输出。台达PLC和变频器标准配置的RS485通讯口，满足变频器通讯控制的要求，也减少控制点数。 5.HMI画面与PLC程序设计6.1部分画面示例：6.2 PLC程序 主程序采用步进指令实现，减少误动作的发生，简单明了，逻辑清晰。在控制精度保证上，整个程序的运算全部采用浮点数运算，减少计算误差，如：孔间距、Y轴进给距离、手动速度、自动送料的速度等的设定，在换算成脉冲数或者脉冲频率的过程中，全部采用浮点运算。经过实际验证，计算误差小于0.001mm。 其次，考虑到丝杠在正反运行中的背隙问题，本程序提供背隙的补偿参数，根据实际情况进行调整。 考虑到操作的便利性，根据现场操作习惯，在手动模式下，在任何阶段都可以切换到自动运行，大大方便操作。7.结束语 本控制系统虽说达到预期的设计要求，但是自动化程度不是高，用户考虑到成本问题，上料和下料全部采用人工手动的方式。如果在上料和下料工位，分别采用气动吸盘取料，伺服控制来控制物料的左右和上下移位，将大大提高设备的自动化程度，完全可以做到无人操作。 本系统主要控制元件全部采用台达机电产品，一体化的整合方案，既降低了设备的制造成本，也大大提高了系统的安全可靠性，充分体现了台达机电产品高性能和高性价比的特点，为客户赢得可观的经济效益。