西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0库存充足

西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0库存充足0 引言　　在汽车制造企业中，车身焊接生产线是一条关键的生产线，这条生产线决定车身焊接车间乃至整个企业的生产能力、产品质量和产品的多样化。广州本田汽车有限公司年产24万轿车的自动化焊接生产线是一条贯通式流水线，全线5个全自动工位：车身地板搬送工位、车身部件预装配工位、自动焊接工位、车身卸载工位和车身夹具切换工位。该自动生产线全面采用了日本安川公司的MP920伺服系统，极大地提高了工装夹具的定位精度和生产线的柔性化程度。　　本文从MP920伺服系统的硬件体系结构、控制原理、控制程序设计以及系统调试等几方面介绍该生产线中的伺服系统，研究柔性自动化生产线中伺服控制系统的应用。1 伺服系统硬件配置　　考虑系统的信息处理量大，为了降低PLC的信息处理负担，提高控制器之问的独立性，系统采用了分层的体系结构，层为主控PLC，第二层为伺服控制器，两个控制层之间采用现场总线进行通信。整个系统硬件配置如图1所示。　　主控PLC是整条生产线的逻辑处理中心，它一方面协调控制现场各种设备按照工艺顺序要求工作，另一方面向上层监控设备实时发送生产和设备状态信息。主控PLC选用OMRON公司的CS1H．CPU65型PLC系统。伺服系统采用日本安川电机公司的MP920伺服系统，该伺服系统由伺服控制器，伺服驱动器和伺服电机组成，其中伺服控制器是整条生产线的运动控制核心，控制伺服电机按照工艺要求jingque运动，同时还通过现场总线DeviceNet将伺服系统的状态信息反馈给主控PLC。伺服控制器选用MP920可编程控制器专门用于控制直线型伺服电机系统。伺服驱动器选用Σ系列SGDB型伺服驱动器，伺服电机选用Σ系列SGM型伺服电机。在车身自动焊接生产线中使用了3套MP920系统来控制了18个伺服电机。2 MP920控制器工作原理2.1 MP920控制器构成　　在MP920系统中，CPU模块（MP920）主要起数据处理（逻辑处理和运动处理）的作用，并向运动控制单元（SVB一01）发送运动指令，并根据反馈信息作进一步处理。运动控制单元主要进行指令处理和运动状态处理，通过Mechatrobbbb总线每个单元多能单独控制l4个轴。此单元能预先进行参数设定，根据CPU发送过来的指令进行运动控制，并将运动过程中的各种参数反馈到CPU单元中去。DeviceNet通信单元（260IF）通过 Device—Net协议与主控PLC进行数据交换，进行协同工作，完成整线的控制。2．2 MP920控制器参数设定　　运动控制单元内部有三类参数：固定参数、设定参数和监控参数。其中固定参数包括电机参数、伺服驱动器参数、编码器参数等固定数据；设定参数用来向伺服驱动器提供伺服控制命令，在系统运行时可以实时更改；监控参数由与伺服马达相连的编码器反馈到运动控制单元的电机运动状态数据，这些监控数据可以在运动程序和逻辑程序中作为参考。CPU单元对运动控制单元的控制是通过其I／O端口与运动控制单元的参数相互对应建立的。为建立这种联系，须将CPU单元的输出 I／O端口分配给运动单元的设定参数，输入I／O端口分配给运动单元的监控参数。CPU单元在进行I／O刷新时将监控参数读入内存，同时将伺服控制命令写入到运动控制单元的设定参数中，实现对运动控制单元的控制。伺服系统的控制原理如图2所示。2．3 MP920控制程序设计　　MP920伺服控制器通过循环扫描用户程序来进行控制，用户程序由视图、函数和运动程序组成。其中视图与函数主要用于完成顺序逻辑控制，运动程序用于电机的运动控制。为了节省系统资源，将视图分为高速扫描程序和低速扫描程序，高速扫描程序的扫描周期很短，约为0．4ms，用于处理实时性很强的伺服控制任务，是整个程序的主体，在其中调用运动程序实现对电机的jingque控制；低速扫描视图扫描周期远低于高速扫描视图，在程序系统中用于处理实时性要求较低的错误和警报。　　伺服系统控制程序采用模块化编程，各自针对要求不同的应用设计了高速扫描视图、低速扫描视图和运动控制程序。系统上电之后，CPU就同时开始高速扫描与低速扫描两个独立的扫描过程，并在高速扫描过程中调用运动程序来进行运动控制。低速和高速扫描视图的流程分别如图3和图4所示。3 调试结果分析　　伺服系统调整主要调整系统的速度回路增益、速度回路积分时间常数、位置回路增益和扭矩指令过滤时间常数这几个参数。通常按照下列步骤进行：步，较低地设定位置回路增益，在不发生噪音或振动的范围内逐步提高速度回路增益。　　第二步，略微降低步中设定的速度回路增益降值，在系统不发生上冲或振动的范围内逐步提高位置回路增益。　　第三步，根据定位调整时间、机械系统的振动等情况设定速度回路积分时间常数。　　第四步，如果机械系统发生的扭曲共振时，适当地提高扭矩指令过滤时间常数。　　后，观察系统响应并对各个参数进行微调，进行参数优化。　　图5是伺服电机的速度曲线和扭矩曲线。从图中可以看到，阶段对电机进行速度控制，电机转速响应很快，转速由0增加到2000r／m的过程十分平稳。第二阶段对电机进行扭矩控制，电机由0增加到50％的额定扭矩响应很快，也没有出现大的波动。表明按照这个方法进行调试是可行的，完全能够满足自动化生产线的需要。4 结束语　　在实际生产中，该自动焊接生产线的伺服系统运行稳定可靠，满足了高品质轿车车身焊接工艺的需要，为广州本田年产24万轿车发挥了决定性作用。该伺服系统运动平稳且定位速度快，使得整条生产线的节奏控制在45、7秒，大程度上发挥了机械的效率。该系统的成功在于系统设计上采用了分层的体系结构和逻辑控制与运动控制相结合的控制方式。随着中国汽车工业的快速发展，尤其是对车身质量、产量和成本的要求不断提高，伺服系统必将在汽车车身自动焊接生产线上广泛应用。　HZS间隙式混泥土搅拌设备自动控制系统是HZS型间隙式混泥土搅拌设备的核心控制部件，系统是由上位控制计算机单元，可编程控制器三菱Q00CPU，以及配料，称料控制仪表CB920X组成的分布计算机控制系统。系统能够完成各个工作环节的工作状态控制;系统的启动/停止，及故障的连锁控制;物料配方的管理，上传和下载;异常工作情况下的监控，故障解除和对电动装置的保护控制。　　该配料计量系统通过固定落差、动态逐次逼近、脉冲精称等控制方法来提高物料的精度。计算机控制系统可以在管理计算机操作界面上设配料生产过程中所需的各项参数，完成对各单元的初始化设置，系统启动后，测量并显示工作过程中的各项参数，对异常情况给以警告。同时配合控制柜面板上的元器件及监控仪表，可及时切换手/自动状态，修改各项工作参数，达到优化的工作环境。还可以完成工作过程数据的存储,以及生产报表的打印功能。HZS60型混泥土搅拌设备在自动控制系统的支持下可以实现灵活的操作和更加直观全面的自动化生产。  系统配置图：　　HZS60自动控制系统是由上位控制计算机，面板功能接口，信号适调接口，信号转换接口，功率转换接口以及可编程控制器PLC组成。单元之间利用标准RS232串行口进行通讯，使之成为一套完整的系统。控制系统采用集中方式对拌和设备的主要工作单元进行直接控制，各模拟信号通过CB920X输入中央控制单元，开关量信号和控制输出信均通过可编程控制器PLC与上位控制计算单元相连接。上位控制计算机还提供生产管理功能和一套屏幕操作界面。　　系统组成及功能如下:（可参照系统配置图）  　　可编程控制器：选用三菱Q系列PLC，此类型PLC比同类型产品具有高水平的应用性和灵活的扩展性能，并且支持目前流行的开放式网络CC-bbbb、PROFIBUS-DP和DEVICENET，为以后的性能提升留下广阔的空间。　　物料计量控制单元：选用CB920X-10称重仪表，支持通用的电阻应变片式传感器，内部集成算法，能达到准确的物料计量。同时支持四种物料的配比，通过累计方式自动分批称量，允许手动强制补料。CB920通过RS485/RS232与PLC通讯，进行配方的对写和存储，并且与PLC配合实现佳的配料方案。　　上位计算机管理单元：它通过中央控制单元来管理各单元的工作，为用户提供可操作的人机界面，存储配料清单，与PLC用RS232串行通讯口进行数据监控，接收各单元传送的异常信号，向用户发出报警信号和处理措施，按年、月、日、时统计班次生产资料，以表格形式打印并将数据存盘。　　辅助设备控制单元：采用可编程控制器PLC的DC电压输入电压作为开关量信号适调和光电隔离环节，采用继电器输出单元作为开关量输出的功率放大和隔离环节，中央控制单元通过通讯口来控制其工作方式。　　动力配电控制单元:选用优质的施耐德电器元件：空气断路器，接触器，继电器，以及电机软启动软停止单元，确保精密控制仪表和电动执行装置的安全，对各负载之路出现的过流，短路和欠压等情况进行监控，同时各支路设置跳闸反馈保护。控制模式：　　该套控制系统分为控制台手动、控制台自动（REMOTE），及上位机自动（LOCAL）三种操作模式。种操作模式主要用在可编程控制器和上位机均不能正常工作的状态下，而后两种操作则依赖于配料控制器、PLC和上位计算机之间的协调工作和正常运行。调试体会：　　该套控制系统在调试期间因为是单机系统，基本没有遇见较大的问题。设备的运行情况良好，与其他设备之间的通讯稳定，完全能满足现场的生产稳定性要求。1 概述首钢迁安有限公司7000立方米高炉鼓风机自动控制系统已于2004年9月顺利试车成功，现已正式投产，为高炉供风。该鼓风机是由原首钢动力厂4#风机搬迁建成。为了提高整个控制系统的稳定性,控制系统选用了性能稳定，功能完善的SCHNEIDER公司QUANTUM系列PLC，CPU采用双机热备形式，PLC本地站与远程站之间采用了双缆连接的方式。系统还配备了以态网模块和工业交换机,可以通过光缆与其他岗位进行通讯。由于设计的改进，使得整个系统的性能到了全面的优化，稳定性，安全性，经济性较以前都有了全面的提高。自从投产以来，系统工作状态非常稳定，有力的保障了生产。2 QUANTUM PLC双机热备技术的主要特点2.1 双机热备系统具有非常高的可靠性双机热备系统具有非常高的可靠性，体现在以下几个方面：1) 控制系统为冗余的双CPU设计，运行时一主一备，并通过高速光缆连接；2) 控制系统为冗余的双通讯通道，控制系统间通讯网络采用Modbus Plus或TCP/IP协议,控制系统内部采用RIO网络结构，以上网络均可以采用双缆冗余方式；3) 控制系统为冗余的双电源供电。2.2 正常工作时互为热备的控制器具有的特性在双机热备系统中，互为热备的控制器具有如下的工作特性：1) 实时数据传输，确保双CPU程序的完全一致；2) 每个扫描周期均传送数据及状态信息，确保双CPU工作状态的完全一致；3) 两个控制器之间采用光缆连接；4) 切换完成的长时间是两个扫描周期；5) 通讯速率为10M,热备系统可放于3km之外；6) 当控制程序发生改变时，可以自动完成程序下装功能；7) 初次组态时，用户快速、有效只需下装一次程序；8) 使用IEC方式的双机热备配置不需要编程工作；9) 使用ModSoft/Concept组态软件均可进行配置；10) 用可装载功能块支持984/800系列用户；11) CHS模块热更换-无需停机时间。2.3 便捷安全的热备切换方式可以通过以下几种方式实现便捷安全的热备切换：1) 将主控机钥匙开关从RUN切到OFFLINE,即可完成手动热备切换；2) 也可以通过人机界面或编程器切换；3) 在电源失效，CPU失效，I/O失效(电缆或模板)，NOM失效(只在启动时)将完成CPU的自动切换。3 迁钢公司7000风机热备系统构成3.3 PLC的硬件设备选型及设定一套完整的Quantum 热备系统需要以下设备：1) 两块相同的至少四槽的背板；2) 性能完全相同的两块CPU控制器；3) 两块类型一致的RIO处理器；4) 两块类型一致的电源模块；5) 两块热备模板CHS 110；6) 连接用的光纤电缆；7) 网络连接的组件包括：分支器，RIO处理器与RIO网络连接使用的F接头，分支器MA-0186-100，MA-0185-100，终端电阻52-0422-000 ；8) 如果需要其他的通讯协议，则需要增加其他的通讯适配器。根据以上的构成热备系统的设备要求和实际需要，首钢迁钢公司7000立方米风机控制系统包括PLC控制柜2套，分别用来安装本地站和远程站，双机热备的CPU安装在本地站，本地站和远程站之间采用双缆连接。主要的设备选型如表1所示：选定硬件设备后，需要按照如下的顺序安装热备系统：1) 安装本地站和远程站的电源模块，CPU，RIO处理器，hot standby 模块，TCP/IP模块到背板，需要注意的是热备系统两个底板上安装的模板种类和顺序必须一致。两个CPU地设备地址设定必须相同。两个Ethernet模块的IP地址设定必须相同。hot standby 模块的指定滑动开关必须一个设定为A,另外一个设定为B.2) 连接网络，包括安装RIO网络和Ethernet网络，按照网络结构图，分别安装RIO处理器和远程站之间的分支器和F接头，连接RIO站间的同轴电缆，Ethernet交换机和网线；3) 连接两个hot standby 模块之间的光纤。3.4 编程和上位监控系统首先确定编程和上位监控系统与PLC之间选择TCP/IP的通讯协议。组态软件Concept和上位监控软件都支持TCP/IP的通讯协议，只要将网络搭建起来即可。迁钢公司7000立方米风机热备系统选用TCP/IP的通讯协议，需要的主要设备如下：1) 编程和上位监控系统微机需配备Ethernet网卡；2) 为了与热备的PLC通讯，需要安装Ethernet交换机；另外，为了开发出理想的监控系统，选择的监控软件是美国TCPWonderware公司开发的InTouch8.0。InTouch是一个集成的、基于组CP/IP件的MMI系统——FactorySuite 2000中的一个核心组件。它具有美观的HMI（人机接口界面）和面向对象的图形开发环境，能够高效、快捷地配置用户的应用程序。其在稳定性，开放性，网络功能，数据库功能等方面都具有很大的优越性。使用INTOUCH开发的监控画面包括显示系统工艺过程的主画面，润滑系统，轴振系统，轴位移系统等监控画面，以及报警、历史曲线、实时曲线和报表等。系统的主要监控界面如图1，图2，图3，图4所示。3.3 热备系统硬件网络的构成根据对PLC系统和编程和上位监控系统的选择，确定整个控制系统的硬件网络结构。控制系统由研华IPC610工业计算机一台，EPSON LQ1600KIII打印机一台，PHILIPS201P显示器两台，WINFAST多屏卡一块等构成，其网络结构如图5所示。其中，PLC系统为双机双缆冗余热备系统，其主机IP为100.100.100.35和100.100.100.36，Quantum 本地（Local）站一个，远程（Remote）站两个，PLC主机与工控机之间采用TCP/IP通讯协议，工控机IP地址为100.100.100.37。3.4 热备系统CPU的软件组态使用Concept软件来组态项目，在创建一个新的项目的时候，需要指定选项IEC Hot Standy选项。指定此选项的目的就是为了安装相应的热备系统支持程序到控制器中，在Concept V2.6版本中，这些支持程序是和Concept软件绑定在一起的，在选中IEC Hot Standy 项目后就已经激活了相应的程序，如图6，图7所示。图5：双机热备系统硬件构成另外，还需要设定Hot Standby 扩展属性，Hot Standby 扩展属性包括的内容如图8所示：使用Concept软件提供的Hot Standby扩展属性组态界面指定Hot Standby如下属性：1) 指定Hot Standby 命令寄存器参数；2) 定义非传送区域地址范围，以减少CPU的扫描周期；3) 定义CPU启动后的工作状态，相互热备的CPU哪一个处于ONLINE状态；4) 定义处于热备的CPU在程序发生不匹配时所产生动作，是由热备转为自动离线还是由热备转换为运行；5) 定义当相互热备的CPU工作状态相互切换时要交换设备地址的通讯口，包括MODBUS口1，2，3；6) 使能或者禁止逻辑映象按钮忽略；7) 定义执行逻辑升级时CPU所采取的处理方式，可以选择“不用停机”也可以选择“使用停机”方式；完成上述的硬件配置和设定工作之后，分别将项目的配置下装到两个CPU中，热备系统就已经建立起来。需要注意的是在向CPU中下装组态时，需要先将两个CPU的备用电池取下，至少10分钟以上，以确保CPU在下装组态之前存储器中没有任何数据。4 热备PLC系统常见故障及处理热备系统的硬件网络结构图如图1所示，热备CPU通过高速光缆连接，CPU的每个扫描周期均以10M通讯速率，实时由主CPU向备CPU传输数据及状态信息,热备系统具有自动程序下装功能，快速、有效只需下装一次程序，配置不需要编程工作，CHS模块热更换-无停机时间。CHS热备模块的显示面板如图9所示，其主要显示灯含义如表2。CHS热备模块的常见故障处理如图10所示。5 结束语由于风机在整个生产流程中的重要作用，控制系统必须稳定。使用QUANTUM PLC双机热备技术满足了系统对控制提出的要求，实现了控制的安全，稳定，高效。该控制系统自投入以来，工作性能非常稳定，为生产提供了保障。实践证明该应用方案是成功的。