西门子CPU主机模块6ES7214-1BG40-0XB0

 系统设计 

2.1 系统分析 

国内专业制造工业天平的研究机构研发的天平设备加减码系统均为人工或者机械加减码，操作缺乏灵活，计量效率和质量不利于提升设备经济价值和产品档次。本项目天平自动计量系统研发成功填补了国内天平计量设备自动化控制的空白，设备具有完全自主知识产权，控制系统采用台达PLC作为主控器，同时驱动4轴独立交流伺服系统，上位机人机界面监控天平运行状态，输入加码质量，系统实现精准自动加减码，无论从核心部件还是控制系统都可以和国外同类设备相媲美。 

2.2 天平自动计量系统组成结构 

(1)天平开关： 采用4千瓦三相异步电动机，由接近开关控制停止位置。 
(2)秤盘升降： 采用2.2千瓦三相异步电动机，由接近开关控制停止位置。 
(3)自动加码： 左右盘对称各一套，分为公斤组（400W伺服电机驱动）；十公斤组（400W伺服电机驱动）；百公斤组（120W异步电机驱动）。三组砝码应能实现0kg～199kg任意质量的自动组合。 

2.3 系统设计 

（1）控制系统原理：天平自动计量控制系统采用双主站控制方式，人机界面和工控PC机同时作为主站监控从站PLC动作，HMI通过COM1通讯口与PLC COM1（RS232）通讯口连接，工控PC机通过COM1通讯口与PLC COM2（RS485）通讯口，从而实现命令下达和动作反馈等监控功能，实现设备自动化控制要求。主控器台达PLC同时连接4颗独立伺服驱动系统，高速脉冲控制伺服行进距离和行进速度，达到**加减砝码控制要求，同时PLC模拟量采集模块实时采集压力传感器信号，转换为压力数值供上位机显示和程序处理使用，天平其他部件动作条件检测和动作驱动完成均由PLC数字量输入输出接口按照程序逻辑输出实现控制功能，如图1所示。

 
图1 系统原理框图

（2）配置设计：控制系统技术方案配置如表1所示。表1仅列举出控制系统主要元器件，此外还包括低压电器（低压断路器、电磁接触器、电磁继电器、按钮、指示灯等）、检测传感器（压力传感器、接近开关、行程开关等），模拟信号变送器等元器件，此处均不予赘述。

表1系统配置设计 

（3）台达DVP28SV11T PLC功能描述：DVP28SV11T提供并列形式高速扩展接口，可以扩展应用多样的网络接口，如以太网、DeviceNet、ProfiBus以及模拟量、温度模块等，从而实现实时控制的要求，*多可以扩展16台模块（左侧扩充8台＋右侧扩充8台），包括模拟量、温度、轴控、通讯等特殊扩展模块。DVP28SV11T主机内建200KHz四轴独立和二组直线/圆弧插补功能的运动控制指令，使得位置控制方面的应用灵活而且方便。DVP28SV11T PLC应用于4轴伺服定位控制；裁料机（高速伺服控制）；X-Y伺服机械手臂；伺服控制夹取物料应用；光电、半导体、纺织、节能与楼宇自动化等产业设备应用。台达DVP28SV11T PLC产品规格：主机点数：28 ；*大I/O点数：512 ；用户程序容量：16K Steps ；指令执行速度：0.24μS（基本指令） ；通讯接口：內建RS232、RS485，兼容MODBUS ASCII/RTU通讯协议；资料存储器：10,000 Word ；档案存储器：10,000 Word ；高速脉冲输出：支持4点 （Y0, Y2, Y4, Y6）高速脉冲输出、2组（Y0, Y1）（Y2, Y3）AB相脉冲信号输出及2组（Y0-Y3 & Y4-Y7）双轴插补功能，*高均可达200KHz，內建4组硬件高速计数器。 

2.4 控制系统电气设计 

PLC主控器控制回路接线如图2所示。需要指出的是，伺服能够精准寻找到上述不同公斤数对应的不同角度，伺服电机拖动减速机带动旋转轴上面的若干的机械凸轮系统实现自动加码动作，对于电气控制系统只要能够**找寻到预设要求的角度就可以满足要求了。

 
图2 PLC电原理图

2.5 天平计量自动化工艺 

系统上电系统程序自动运行以下一系列操作：检测天平是否关闭，如果处于关位（SQ2+）则无动作，如果未处于关位（SQ2-），将天平关闭（KM2+）；检测盘是否处于降位、罐是否处于退位：如果是盘处于降位（SQ4+、SQ6+）与罐处于退位（SQ19+、SQ21+）无动作，如果不是盘处于降位（SQ4-或SQ6-）或罐处于退位（SQ19-或SQ21-），将盘升起（KM3+、KM5+），将罐退回（SB2+、SB4+），将盘降下（KM4+、KM6+）；加码系统回零；提示天平系统正常、允许进行手动控制操作；天平开(KM1+)[前提：左右罐处于退位（SQ19+、SQ21+），左右盘处于降位（SQ4+、SQ6+）]；平关(KM2+)；天平开关停止；[增加的一个触摸屏上的功能按钮，在开关天平过程中能够在任意位置停止]；左盘升（KM3+）[前提：天平处于关位（SQ2+）]；左盘降（KM4+）[前提：天平处于关位（SQ2+）]；左罐进（SB1+）[前提：天平处于关位（SQ2+）、左盘处于升位（SQ3+）]；同时有触摸屏按钮和外部按钮；左罐退（SB2+）[前提：天平处于关位（SQ2+）、左盘处于升位（SQ3+）]；同时有触摸屏按钮和外部按钮；右盘升（KM5+）[前提：天平处于关位（SQ2+）]；右盘降（KM6+）[前提：天平处于关位（SQ2+）]；右罐进（SB3+）[前提：天平处于关位（SQ2+）、右盘处于升位（SQ5+）]；同时有触摸屏按钮和外部按钮；右罐退（SB4+）[前提：天平处于关位（SQ2+）、右盘处于升位（SQ5+）]；同时有触摸屏按钮和外部按钮；按给定数值加码[前提：天平处于关位（SQ2+）]；系统急停：系统中所有动作全部停止[包括手动和自动的所有动作]。同时有触摸屏按钮和外部按钮。 

3 主控器程序设计 

PLC控制程序难点和复杂的地方在于从0～199Kg砝码质量的任意组合，还要考虑到加码质量数值变化后，伺服要寻找原点，然后再运行到预设角度，左右加码系统各一套，所以程序量十分庞大。PLC核心控制程序分别如图3图4图所示。

 
图3 左盘加码原点回归梯形图

 
图4 左盘伺服加码梯形图

1 引言 

中空纤维是一种特殊化学材料，主要用于服装材料加工和制造。含有中空纤维成分的纺织材料具有质地柔软，透气性好，结实耐用等优点，被广大纺织轻工业普遍采用。本文介绍的生产线专门用于生产中空纤维这，其电气控制系统完全采用台达机电产品集成，以单一自动化技术平台实现化纤工艺和技术生产要求。 

2 工艺自动化系统 

2.1 工艺流程 

原料甲和原料乙以某种比例配比方式混合后输送出去，经过齿轮泵搅拌均匀后送往凝胶槽挂胶上料，再经过水洗槽水洗，由牵丝轮带动中空纤维进入绕丝槽处理，*后由绕丝轮将中空纤维成品卷绕成型。生产线系统主要由配料罐甲、配料罐乙、齿轮泵、凝胶槽、水洗槽、牵丝轮、绕丝槽、绕丝轮等部件构成，如图1所示。

 
图1 工艺流程画面

2.2 控制内容 

齿轮泵速度和齿轮泵、配料罐甲、配料罐乙、凝胶槽、水洗槽、绕丝轮温度控制。需要电气控制系统控制齿轮泵旋转速度，从而达到控制出料量和出料速度，在工艺要求的温度下原料分别经过齿轮泵、凝胶槽、水洗槽、绕丝槽、绕丝轮等溶液处理，系统要求根据不同规格产品设定并控制齿轮泵，配料罐甲、配料罐乙、凝胶槽、水洗槽、绕丝轮内溶液温度，同时要求显示牵丝轮和绕丝轮的旋转速度，系统能够根据需要随时存储工艺参数。 

3 自动化系统设计 

3.1控制系统原理 

制系统原理如图2所示。利用台达人机界面丰富的通讯口功能，可以提供给用户3个COM接口，方便与外围工控设备通讯联机。COM1：RS232通讯方式与下位PLC连接，进行生产线工艺参数设置和读取；COM2：RS485通讯方式与一台变频器连接，可以进行变频器给定频率设定，显示输出频率、输出电压、输出电流、报警信息以及大致原因等参数，同时可以通过人机界面通讯控制起动、停止变频器；COM3：RS485通讯方式与6台温控器连接，可以显示温度设定值、当前值，还可以通过通讯设定这6台温控器通讯站号、PID参数等内容值。

 
图2 控制系统原理

台达机电产品通讯协议符合标准的MODBUS通讯协议，使得台达机电产品整合应用时通讯连接方便、稳定。人机界面COM2、COM3通讯口均支持RS485通讯方式，该方案应用COM2口与变频器VFD002S21A相连，人机界面直接读取变频器内部参数；应用COM3口直接连接6台DTC系列温控器，实时读取相应槽位SV、PV值，采用PID温度控制方式达到准确控温效果，可以通过人机界面分别设置P、I、D相关参数以及实现通讯协议自动同步功能。 

3.2系统配置与通讯 

（1）配置。控制系统方案配置如表1所示。表1列出的配件是生产线控制系统主要元器件，此外还包括低压电器（低压断路器、继电器、按钮、指示灯等）、检测传感器（K型热电偶、PT100热电阻、接近开关等）元器件，此处不予赘述。

表1 系统配置 

2）通讯。巧用人机界面提供的宏指令功能可以达到事半功倍的效果，上面的程序就是一个应用例子，将PLC程序运算的数据结果赋给变频器作为给定频率，实际上可以编辑更多的宏指令代替PLC程序，可以灵活的实现数学运算和流程控制，但是要结合人机界面画面程序注意考虑程序容量和执行效率。为了确保通讯畅通，必须将人机模组参数项通讯口通讯协议、通讯格式分别和变频器、温控器相应参数设置一致，本例中COM2和COM3通讯格式均为：RS485，19200，7，E，1。 

人机界面CLOCK Macro宏指令介绍： 

SELECTCOM(1) ；选择通讯口； 
(2#1@INVERTER-2001) = (1@D514) ；赋值语句； 
END 

3.3 转速控制 

系统转速控制由PLC控制变频器实现。DVP12SC型号PLC具有8DI、4DO，具有高速计数和高速脉冲输出功能，本项目采用输入点X1、X10、X11分别采集三路旋转编码器脉冲信号，对应PLC内部高速计数器软元件分别是C236、C243、C245，分别对应齿轮泵、牵丝轮、绕丝轮速度，前者齿轮泵速度要求**控制，调试时较有难度，后二者速度只要求实时显示，不要求**控制。由于变频器低频运转时电机速度较慢，所以利用60ms定时中断程序采集编码器脉冲差值波动较大，测速不准确，只能改变软件算法，程序通过特殊辅助继电器M1012和M1013组合应用完成速度检测，M1013是1S时钟脉冲，M1012是100ms时钟脉冲，具体做法就是，采用M1013采集各路编码器1S内积累的脉冲数量，再利用M1012时钟脉冲进行脉冲数量平均值计算，得到趋于合理、稳定的脉冲数量值，再经过程序处理转换为旋转速度，实际证明这种方法还是能够满足客户要求的，效果良好。 

3.4 人机界面设计 

台达人机界面新版软件提供“拮取画面”功能按钮，可以将人机某个画面以后缀名为JPG的文件格式存储在USB存储盘中，方便地将工业现场工艺参数报表存储和打印出来。系统工艺参数存储画面如图3所示。按下图3“存储”按钮后，该画面就以JPG文件格式存储在U盘中，文件名以日期＋画面序号命名，如果U盘未插在人机背面，会显示未找到存储盘报警。

 
图3 系统工艺参数存储画面

4 结束语