西门子PLC模块6ES7513-1AL02-0AB0

  1 引言

    在工业经济快速发展的上世纪90年代后以来，基础设施建设厂房、设备、交通设施需求急剧增加，各种金属管的需求已远远不能满足，许多金属管的形状要求也不断复杂化，从而催生了弯管机系统设计和开发。传统的二维式的弯管机已无法满足复杂的工业需要。三维弯管机正是在这一背景下逐渐开发成熟。可程序设计控制器（PLC）在弯管机控制系统中的应用给复杂要求的弯管系统提供技术保证。到现在由于国内空调，汽车等行业的兴起对于弯管机的需求由量到质的转变，所以同样催生了弯管机技术的飞跃，数控技术终于引入到了弯管机行业，数控的介入是弯管行业的一次技术革命，不管从弯管速度、精度上都是具有相当的优势。台达作为行业的者率先利用产品的优势以及中达电通的整合技术销售给行业带了更强的生命力。

    2 概念设计

图1台达数控弯管机架构

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     2.1系统概述

    基于台达数控系统的三维弯管机架构设计如图1所示。自动三维弯管机控制系统主要由中达通用型数控系统H4C-3、ASD-A400W、200W和2KW伺服驱动器组成。400W伺服用于驱动小车进行送料即长度进给，200W伺服用于旋转角度控制，2KW伺服用于弯头的弯曲角度控制，外加一系列电磁阀配合机台外部辅助动作。利用中达电通的数控系统画面自由规划，PLC程序的编写，以及丰富的MACRO指令，全闭环高响应的电控配置已经达到了行业的高水平应用。

    2.2系统特点

    中达电通数控系统功能特色，为数控弯管机系统的开发提供了开放平台：

    （1）内含INTERNALPLC功能。

    （2）用320×240的LCD可自行规划显示的画面内容。并提供动态点及反白功能，

    让画面更灵活。

    （3）使用者可使用变量10000组，做加、减、乘、除、AND、OR...等数学运算，灵活的设计加工程序。

    （4）马达运转时，加减速有2种模式设定，可随机构而调整。在加减速方面可设定：4msec~1sec。加减速也有S形及直线形可供选择。

粉针是医学临床应用上的重要的药品剂型，广泛应用于静脉注射、肌肉注射用途，不断扩大的用量需求和不断**的分装要求推动着粉针分装设备的更新和发展。

　　粉针分装可以通过不同的原理完成。国内螺杆分装机是粉剂制药企业当前的主流设备。螺杆分装机机械原理成熟可靠，设备占地面积小，便于同前后工序的制药、包装设备联线工作。螺杆分装机的机械系统设计经历了几个阶段的发展过程，在每一阶段都有与之相适应的电气控制系统配合工作。机械系统设计目前已趋于稳定成熟，电气控制系统的研究和进步对整机分装性能的进一步**有着突出的作用。

　　螺杆分装机的工作原理是通过高速旋转的螺杆向药瓶内推进药粉，快速性和准确性是设备的两个基本要求。缩短螺杆在每次分装推进时的占用时间，就可以**分装速度，这要求螺杆旋转速度要高，动态响应要快，现在的设备分装速度已可以达到300瓶/分。增加设备上螺杆的数量，可以同时对几只药瓶进行灌装，也是**设备快速性的有效手段，目前国产分装机上可以见到一头、二头、四头的配置。

　　为保证分装准确性，通常采用交流伺服电机来直联驱动分装螺杆，早期设备应用过步进电机，但随着设备要求的**和伺服电机价格的下降，步进电机在该设备上已基本不用。伺服电机动态性能的调整也至关重要，如果加减速响应迟缓，连续灌装中前后相邻两次推进的药粉没有清晰的边界，也会造成装量不准确。

　　因此，电气控制系统的合理设计与**螺杆分装机的工作性能直接相关。台达自动化产品可以为螺杆分装机的应用提供一套完整的控制驱动解决方案，设计中通过优化控制结构和应用性能更高的控制器件可以使得分装机工作更快速、更。本文中介绍的是应用台达自动化产品设计的一台4头螺杆分装机的应用实例。

控制系统分析
　　以一台四头螺杆分装机的控制为例，设备要求完成送瓶传送带的变频调速驱动和带动螺杆的4台伺服电机的同步驱动。其它控制要求，如送粉控制、送塞控制、药粉搅拌控制、灌装口药瓶检测、螺杆碰壁报警等，都是常见的开关量控制逻辑，通常的PLC系统都可以完成，本文为突出重点，略去不作讨论。通用设计方案中控制系统结构如图1所示。

图1螺杆分装机PLC控制系统典型配置

　　PLC系统为完成1-4轴伺服电机控制，要采用专用的位置控制单元模块，每一台伺服电机接收来自位控单元的脉冲序列完成螺杆推进动作。

　　对于只要求做1轴或2轴控制的螺杆分装机，通常也会采用PLC主机内置的2轴脉冲输出，但是PLC主机输出的脉冲频率上限都较低，为使伺服电机达到高转速，需要调低伺服电机的控制分辨率，设备分装的**性会受到影响。

　　送瓶传送带电机要用变频器驱动，为实现平滑调速PLC要配置1块D/A单元。

台达自动化方案特色
　　采用台达自动化产品，为完成上述的任务，设计中采用如图2所示的控制结构。系统中省去了D/A单元和位控单元，节省了成本，减少了配线，更重要的是系统性能有了实质性的**。

独立自动化技术平台
　　PLC主机通过RS-485总线与变频器和四台伺服驱动器联在一起。这是台达自动化产品的特色，台达的任何一种控制器件，小到一只温控仪表都在本机上配置有符合MOS-BUS通讯协议的RS-485总线，设计中可以根据系统具体要求灵活地组成不同的控制架构，**系统的功能和效率。

图2螺杆分装机PLC控制系统台达配置

　　本例中，共有四台伺服电机，每次分装的动作要求，即电机的旋转角度和旋转速度通过PLC的485通讯接口传送到驱动器的寄存器里，每次动作执行由PLC的一个输出点来触发。

台达PT伺服模式

　　伺服电机工作在台达特有的PR模式（即寄存器控制定位模式）下，工作时只需要等待触发信号，而不必接收脉冲序列，这也可以看作由内部预置的脉冲发生器来指挥运行。与传统的脉冲序列定位模式（在台达称PT模式，仍可以选有）相比，本机上应用PR模式的优点是：

**信号抗扰能力

　　如果伺服电机采用脉冲序列来工作的话，脉冲的传递线路极易受到电气干扰，但在PR模式下，不再有脉冲信号的传递，也就没有抗扰工作的麻烦。

简化布线

　　PR模式省去复杂的双绞屏蔽线的布线的烦琐，特别在设备被控轴数多的时候，对比特别明显。

**定位运行品质

　　伺服电机在定位执行过程中，驱动器知道总的目标值，进而知道确切的脉冲偏差数，不像在PT模式下，一方面伺服的运行使得脉冲偏差在缩小，同时后续的脉冲又使得偏差在增大，因此PR模式在位置闭环运算中可以获得更好的控制品质。

便于系统扩展

　　当系统要对更多数量的伺服轴进行控制时，只需要把它们分别联在RS-485总线上，对PLC的点数和位控输出的轴数没有影响，便于实现系统扩展。

降低PLC系统成本

　　通常的系统中，因为对PLC输出脉冲的上限频率的轴数的特别要求，总是要功能相对要强的PLC类型，自然价格就相对要高。而在台达提供的方案中，PLC只要能完成基本的逻辑控制任务即可，实际应用中我们也是采用相对功能简单的模块来实现的。

　　送瓶传送带的变频器控制，也是同样道理，采用RS-485总线来传送速度指令。因为是数字通讯，速度传送没有偏差，同时也具有简化布线、便于扩展的优点。

结语
　　以上是台达自动化产品在螺杆分装机上的一个应用实例，台达可以提供用以解决生产设备自动化控制的整套解决方案，基于各种完成控制、驱动、操作、测量任务的单元器件，可以搭建出不同架构的控制系统，特别适合于利用分布式控制原则解决综合性的控制任务，目前台达自动化产品已成功应用于国内制造的几乎全部种类的制药机械上。

1 引言
在冰箱生产线的设备中，真空吸塑成型机系统使用非常普及，对每种不同的冰箱内胆型号都要对生产工艺的参数和模具进行调整，随着PLC的国产化和成本的不断降低，PLC在工业生产线的节能及**生产效率等方面起到日趋重要的作用。

目前在工业领域能源问题已成为中国未来发展的主要瓶颈，而台达自动化及驱动系统(产品)对生产制造型企业的节能降耗方面有一定的推进作用。针对真空吸塑成型机控制系统的工作环境和节能性要求，使用台达公司的DVP EH2系列PLC和台达公司的DOP-A系列触摸屏组成新的控制系统。应用了新的控制系统后，**了生产效率约22%、降低了故障率及节约电能约10%。

台达DVP EH2系列PLC以非常高的可靠性和低成本优势成为工业生产现场控制器的。它能适应各种强电磁干扰及高温度，高湿度的现场环境。

2 控制系统构成

本系统核心采用台达PLC DVP80EH00T2模块，再加入数字量扩展模块DVP32HP11T及模拟量输入模块DVP04TC-H2，模拟量输出模块DVP04DA-H2组成。 DVP80EH00T2共扩展6个模块（4块DVP32HP11T+ DVP04TC-H2 + DVP04DA-H2组成）。

DVP80EH00T2模块有两个通讯接口（RS485/RS232）相容Modbus ASC‖/RTU通讯协议 。在应用上非常方便，一个用于触摸屏的通讯；另一个作为自由口通讯，通过编写程序与台达DT温度控制器及检测仪表之间进行串行通迅。

人机介面采用触摸屏DOP-A10TCTD，设计简单。为确保可靠的与台达DVP80EH00T2模块通讯，建议使用台达公司的专用通迅电缆做通讯线。本系统中触摸屏与PLC采用三线制接口（RS232）通讯，实际通讯距离可以达到15米。

3 控制策略及工艺

（1）主界面介绍：如图1所示,开机进入系统主界面选择需要的工作方式。如选择英文工作模式，进入如图 2所示的英文界面；如选择调整界面或是选择手动界面系统就会进入相应的控制界，用于装模调试和手动复位工作。

（2）当系统进入自动运行控制后，可以通过观察位状态指示灯，来了解真空吸塑成型机的运行情况。循环起动多功能按钮能在不同的运行状态下完成循环起动、加热结束、冷却结束三种功能。

（3）自动工作循环动作顺序,如图1所示。

图1自动工作循环动作顺序图

图2 真空成型系统工艺流程图（上料区）

在执行循环动作时如发生意外可以按急停按钮，循环动作会立即停止；所有动作在触摸屏动态监控界面上都有模拟监控显示。　

（4）参数调整：通过触摸屏参数调整界面对生产工艺中的产品型号、动作时间设定、温度设定、压力和速度设定、加热板加热位置及加热功率百分比。

（5）配方型号选择画面：根据工装模具选择符合的型号保存或打开配方。 其它的功能界面根据屏幕提示操作。

（6）PLC程序的编制：台达PLC DVP80EH00T2使用台达的WPLSoft 2.10 来进行方便快捷的编程。它可以在指令图、梯形图、步进逻辑方框图之间切换编程、在线修改程序（在运行中写入），丰富的指令集基本上可以满足中小型工业设备的应用。真空成型系统的动作流程简单使用梯形图编程就可以解决，台达WPLSoft 2.10系统的功能比较强大，所以在编程时尽可能的应用软件程序来解决抗干扰、系统容错、故障报警提示等方面问题。附：以下部分插图为触摸屏操作界面图3-9所示。

图3 真空吸塑成型机

图4 系统主界面

图5 自动操作界面

图6 手动/换模操作画面

图7 成型参数操作画面

图8 加热参数操作画面

图9 配方型号选择画面

4 系统优点

真空吸塑机是利用真空吸力，将加热塑化的PVC、PE、PP、PET、HIPS等热塑性塑料板材吸制成各种形状的包装装璜盒、冰箱内箱等产品。其主要构造是由给料送料区、电加热区、真空成型室区、冷却、切边等装置构成；

新吸塑机对控制系统的要求是保证操作方便、机械动作柔和温度控制精度高、成型高度自动调节、生产速度快、在同等生产条件下尽可能节约耗电量。

4.1 新旧控制系统对比

（1）新方案采用交流接触器进行限温，温度分区采用固态继电器进行通断控制。将原来的分区控制改为对每个电热砖进行独立温度采样和独立输出控制，可以按逐个电热砖进行控制，**温度控制精度和吸塑加工质量，**生产控制的柔性，达到准确、平稳、快速的目标。

（2）新的系统采用台达PLC DVP80EH00T2系列PLC、DOP-A10TCTD触摸屏、固态继电器组成的电气控制系统。来替代旧系统（三菱FX2N PLC、三菱文本显示器、专用电路板及可控硅等组成的可控硅温度控制的方式。）可以进行温度控制方案编程，加入节电功能。保存各种材料的控制参数，**温度控制精度。

（3）对加热元件的控制采用PWM脉宽调制技术，（因为真空成型机的加热点数较多，如果采用传统的PID控制占用CPU的时间较多并且控制不了那么多的加热区）。由于电热元件的热滞后时间较长，通过试验得出PWM脉冲周期可以设在1.5到2秒之间。这样低的开关频率可以减少消耗在开关上的功率。温度调节使用百分比值设定，简单直观。对温度采样反馈回的数据值采用查法跟PLC设定的参数相比较后输出PMW脉冲，减小波动性与温度控制传递滞后的影响，与原模拟量控制可控硅加热系统相比增强抗干扰性、**了设备的可靠性，并缩短设备的预热调温时间。

（4）采用台达触摸屏作为人机界面，**机器的自动化程度、方便操作和设备升级、和原有的（文本显示器+按钮+指示灯+多条信号线组成的系统）相比只需要用一条通讯线，使设备走线美观和节约线路成本。

4.2 新系统优点

(1)采用PWM脉宽调制技术后电能节约了，可以将加热元件的温度调节与设备真空成型动作以优的方式配合，在真空成型及冷却工艺等待过程中能自动进入节电模式，保证设备在佳条件下进行工作，减少生产时电能的消耗、延长加热元件的寿命，**设备的整体性能，保证设备所生产的产品质量合格。

(2)采用触摸屏作为人机界面操作方便了，可以随时直观地了解设备的生产状况，**机器的现代化程度和自动化程度，降低员工劳动强度。系统可以对设备生产的设备故障和操作失误进行报警显示，**设备的安全性。

(3)使用台达DOP-A10TCTD（内置3MB Flash 记忆卡）后用户更换产品型号的时间节约了， 大量的内存可以保存不同冰箱内胆所需的控制方案，本系统配置的存储卡，可以保存200种型号的配方。操作人员通过触摸屏来选择所要生产的产品。对已经加工过的冰箱内胆型号，可以直接调出保存的控制配方。如果有新的产品生产，配方可以快速保存。

5 应用体会

调试过程的困难及注意事项：
　　(1)实施接线时，务必关闭电源，对关系到生产安全的行程开关接线时全部使用常闭（NC）触点。
　　(2)控制柜电源必须采用符合标准的三相五线制供电，所有设备体上之接地端子务必正确的接地，可**生产的安全性。
　　(3)交流电源不可连接于行程开关等信号端，否则可能造成严重的损坏，因此在通电前请再次确认接线是否正确。
　　(4)为了防止干扰，触摸屏与控制柜之间的连线请务必使用有被覆的屏蔽线，且不可与AC200V以上的回路并排走向。PLC供电采用AC220V1：1隔离变压器供电。
　 (5)试机前应检查各种安全保护装置是否可靠工作，水、电、气表是否正常。

　　(6)调试过程中需要对节能比例、温度、时间、**、真空成型高度参数的配合比例进行测试标定，然后在PLC程序里建一张参数表。要想达到节能与性能之间的佳状态，需要反复调节试验。把终的数据存入参数表内。