西门子PLC模块6ES7516-2PN00-0AB0

2 SMT印刷机自动化系统

在SMT工艺制造过程中，锡膏印刷工艺是非常关键的一环，它的品质将直接影响于是后段工序的品质，要保证整个SMT工艺的品质，首先必须保证印刷工艺品质。统计表明，PCB（印刷电路板）不能通过测试而须返工的60%原因是由于锡膏印刷质量差而造成的。因此锡膏印刷机在电子生产流水线上重要的一环。

2.1 自动化系统设计

电控系统基于台达PLC自动化系统集成。触摸屏人机界面在PLC驱动下实现全自动控制，具有操作简单、学习方便的特点。PCB传动与输送机构采用精密稳定的进口电机，多种运行模式选择设定简单。基于台达PLC自动化平台的SMT印刷机系统架构如图1所示。DVP-14SS11R是台达薄型輕巧的单元型PLC，提供簡易且基礎使用的順序控制功能。DOP-A57BSTD是台达5.7吋8灰阶触摸屏人机界面。VFD004M21A是台达M系列低噪音变频器，体积小价格低，适用于一般要求应用环境。

2.2自动化印刷功能

（1）设备操作界面由触摸屏提供。分为全自动、半自动、手动选择3种运行模式，且在此3种模式下各有LCD、SMT子模式选择。在SMT模式下还有单向、双向模式选择，LCD模式下有停左、停右模式选择，且各自动作都是不同的，用户可以根据自己的需要灵活选择，触摸屏典型操作显示画面案例如图2所示。

（2）上电如在SMT模式下要求判断篮架中是否离板在上限以及刮刀是否在左右极限，如不在启动位置，按启动则会出现报警，提醒用户需手动调至启动所需要的位置。而在LCD模式下则不用判断刮刀是否在左右限，如不在左右限，则只需在人机上按启动或者停左、停右选择时就会自动根据你的选择，刮刀停在你选择的极限，如图3所示。

（3）设备启动自动判断刮刀在左极限还是有极限，如在左极限则启动左极限程序，如在右极限则启动右极限的动作。

2.3 典型自动化工艺流程

（1）SMT模式下单向模式（初始停在左极限）：离板下降—下降到下限—定时—下左刮刀—定时—刮刀右行—刮刀右极限—定时—收左刮刀—定时—离板上升到上限。

（2）SMT模式下双向模式（初始停在左极限）：离板下降—下降到下限—定时—下左刮刀—定时—刮刀右行—刮刀右极限—定时—收左刮刀—定时—下右刮刀—定时—刮刀左行—刮刀左极限—定时—收右刮刀—定时—离板上升到上限。

（3）LCD模式下停左模式（初始停在左极限）：离板下降—下降到下限同时下左刮刀右行—到离板下限及刮刀右限—定时—刮刀左行—刮刀左限—定时—收左刮刀—定时—离板上升到上限。

在正常的生产过程中，自动运行和手动运行切换时，系统先全部停机然后再切换到相应的工作状态，以确保操作的安全性。在设备动作过程中要进行生产计数，产量到达以后自动停机，提醒用户更换板子。

2.4 PLCI/O接口设计

PLCI/O接口设计如表1所示。

3 设计概要

3.1 编程指导

在编写程序时首先要把工艺要了解得透彻，要了解到各种情况下，应该走得流程动作（根据你所需要的模式LCD、SMT 单向、双向、停左、停右、全自动、半自动、手动各种动作，否则就会在编写程序时会杂乱无章，致使误动作层出不穷。记住各种警报变量，要把警报变量烂熟于心，调试时好判断故障。

3.2 PLC输出触点保护

一般正常的情况下,为了保护PLC的输出触电,对于直流感性负载如:24V电磁阀,在电磁阀线圈的两端应该加反向续流二极管.因为在线圈通电失电的瞬间电流变化较大,由此产生的感应电动势在闭合回路中产生的感应电流需要通过反向续流二极管续流或者用中间继电器过渡,否则长时间运行,可能回将PLC的输出点烧毁.

3.3 重视接地设计

PLC接地点是为了在整个设备包括电气柜在可靠接地的情况下,降低各种干扰对PLC的影响.但在实际客户端,可靠接地很少引起用户的足够重视,导致整个设备接地形同虚设.在这种情况下,如果将PLC的地与设备接地端连接起来,反而有时会把设备和电柜中的电气干扰引入PLC,使PLC工作不正常,甚至会导致PLC出错即ERROR灯闪烁,PLC无法运行.解决办法:建议客户将设备可靠接地,如果现场不容易做到,可以将PLC的接地端去掉或将PLC的接地端与开关电源的24V负极连接.

一、前言：

　　悬挂链输送线是根据用户合理的工艺线路，以理想的速度实现车间内部、车间与车间之间连续输送物品达到自动化、半自动化流水线作业的理想设备。可在三维空间作任意布置，能起到空中储存作用，节省地面使用场地，悬挂输送链以其输送距离远,运行速度范围大和转弯、爬越、布置灵活等优点而广泛应用于喷涂、烘干、表面清洗、电镀、装配和产品传输转运等领域.

　　链条是输送机链的牵引部件，普通悬挂输送链有两种型式的链条，即模锻可拆链和冲压可拆链，以上两种形式链条除了作直线运动外，均能在水平方向、垂直方向任意回转, 相比之下, 模锻可拆链的吊挂能力较大。在输送链较长，并且重载和爬越高度大、转弯多等情况下,一般都分成几个部分，由二台或三台或者更多电机分别驱动。

　　在输送链分成几个部分时，在每一部分都有1对张紧伸缩节（正常时约7至10厘米长），如这一部分的链条的速度小于其它部分的速度，张紧伸缩节的距离会被压缩，如距离被压缩完后链条会在某一点发生堆积产生冗余进而造成输送链停车，反之，如这一部分的链条的速度大于其它部分的速度，它的距离会增大，如超过一定程度甚至链条会被拉断。因此，要保证输送链能正常工作，每一部分输送链的移动速度必须相同,也就是同步,否则各个电机在所承担的负荷畸轻畸重情况下速度差异很大,设备无法正常运行。

　　前不久,我们承接了这样一条输送链（模锻可拆链）驱动的设计制作,在这里谈一下PLC、变频器及POD触摸屏在悬挂输送链电机同步控制中的应用。

二、任务要求:

　　1.输送链长度560米,高运行速度6米/分.工作时间一星期七天,每天16小时, 工作环境温度0-40度。大吊挂重量100千克/80厘米, 整线大吊挂重量70吨。

　　2.输送链整线分成3个部分,由三台功率为3KW的电机分别驱动,要求3个部分的输送链要同步运行。

三、同步控制方案与论证

　　（一）方案

　　1.简单的把要控制的三个电机的功率加起来乘一个1.2到1.5之间的系数，以此数值选一变频器，用这一台变频器直接驱动三台电机。

　　2.用市面有售的同步控制器，用同步控制器发速度指令给三台变频器，每台变频器驱动一台电机。

　　3.用三台变频器，在一号电机上加PG卡及编码器（增量式A、B相，PC、12/15v 1024p/r），

　　以1#电机为主电机，2#、3#电机以1#电机速度为基准;方向指令同时加到三台变频器。1#电机矢量控制方式闭环运行，2#电机、3#电机开环v/f控制加转差补偿。

　　4. 用三台变频器，在每个电机上加PG卡及编码器（规格同上），1#电机为主电机，2#、3#电机以1#电机速度、转矩为基准;方向指令同时加到三台变频器。1#电机以速度控制方式闭环运行，2#电机、3#电机以转矩控制方式闭环运行。

　　5.用PLC控制，控制转速的指令由PLC的DA转换模块以直流0-10V形式向驱动电机的变频器发出，在每一个电机用编码器或测速齿轮加接近开关测量其实际转速并反馈给PLC，以电机实际转速为基准， PLC根据测量到的2#电机、3#电机的实际转速经运算处理后向控制2#电机和3#电机的变频器发出修正指令，保证3台电机实际转速趋于一致。

　　（二）分析：

　　在实际运行中输送链负载的变化是很大的，首先， 因为在输送链中存在转弯、高度升降，即使在输送链在空载时三个电机的负载也不是完全相等的，在生产过程中变化更大，尤其是在开始生产也就是向空线吊挂工件时（此时1#电机负载大于2#电机、而2#电机负载大于3#电机）以及生产结束开始也就是向输送链不挂只卸工件时（此时3#电机负载大于2#电机、而2#电机负载大于1#电机）及在换品种（新工件与老工件重量有差异）也会发生以上的情况。

　　（三）论证

　　种方法和第二种方法均是开环控制。种方法只适用于各电机负载相同和同步要求不太高的场合，第二种方法实际上只是把同一个速度给定信号简单复制几份或者按比例复制几份加到相应变频器上，它只适用于各电机负载相同或各电机负载不相同但负载不变而且同步要求不太高的场合。

　　第三种方法是半闭环控制，控制精度好于前两种，但也只适用于各电机负载相同或各电机负载不相同但负载不变而且同步要求不太高的场合。

　　第四种控制方式和第五种控制方式均是闭环控制，都能满足控制要求。比较起来，第四种控制方式以控制转矩为主，追求各电机转矩及速度同步，同步精度高一些，但配置价格较高;第五种控制方式以控制各电机速度为主，同步精度稍差一些，但配置价格较经济，因此，我们在经反复比较和考虑后决定采用第五种控制方式。

　　由于560米长的悬挂输送链是由1000多节40厘米长的链条联接而成，在吊挂工件后链条会有一些伸长,在悬挂输送链有两段温度高达摄氏150度以上,还有几段凉水喷淋或强迫风冷的地方,温度因数也会造成链条伸长或收缩,由于链条节数较多,即使每节微小长度的变化累积起来也会使三台实际转速同步的电机驱动的三部分链条的移动速度不相同。为此，必须对同步控制作一些修正，我们在每一个张紧伸缩节处安装了四个接近（限位）开关（稍快,很快, 稍慢,很慢），PLC根据每一个张紧伸缩节处的开关接通状况发出相应的修正指令

　　严格地说三电机同步实际上也不是完全同步，只是三电机趋向同步，是一个差异调整再差异再调整的过程。

四、硬件配置：

　　1. 变频器选择：考虑到台达M系列变频器具有较好的性能价格比，对环境适应能力强，可靠性较高，并且也考虑变频器长期运行，其功率应留有一定的余量，决定采用台达VFD037M43B，其输入电压为三相380V，输出功率为3.7千瓦。

　　2. PLC选择：为了实时监测和控制三台电机的转速，PLC必须有三路高速计数输入（同时占用3个输入点）和模拟量输出，“自动运行”、“停止” 占用2个输入点，三段输送链张紧伸缩节位置指示占用15个输入点， 三台变频器报警要占用3个输入点，三台变频器使能控制及报警输出要占用5个输出点，因此PLC必须具有3点或3点以上的高速计数输入通道，具有23个以上的输入点和五个输出点，台达EH系列PLC具有较高的性能价格比,它采用 CPU+ASIC（高速运算处理晶片）双处理器，分工运算处理技术，基本指令速度可达0.24微秒，有四组计数频率可达200Khz的高速计数器，可带8 个扩展模块，功能强，能满足要求， 后采用的是台达EH系列PLC的 DVP20EH00R+DVP08H11N+ DVP08H11N+DVP04DA-H，其输入点为28点，输出点为8点，有四路模拟量输出。输入和输出点的地址分配见下表。

表1 地址分配表

　　1 POD采用台达的DOP-A57CSTD（屏幕为5.7吋），用于设定电机转速，显示三台电机的实际转速及张紧伸缩节的状况。

　　2 由于在电机及减速机是订购的成品，在电机轴上安装编码器时同轴度很难达到规定要求，不得已，选用测速齿轮加接近开关这种测速方式，经测算测速齿轮齿数为60齿接近开关的大应答频率应大于1.5Khz，我们采用了OMRON的E2E系列的接近开关，其大应答频率为2Khz，可以满足使用要求。

　　控制系统原理图见 图1 控制系统原理图

图1 控制系统原理图

　　控制系统流程图见 图2 控制系统流程图。

五、系统实现的功能

　　当把“自动运行”按钮按下时，三个电机同时启动，输送链开始移动，为了减少冲击力，电机缓慢起动后，先在低速运行3秒，然后加速至设定速度运行。在运行过程中，开始时，PLC的模拟量输出单元给每个控制电机的变频器的速度指令是相同的，之后，PLC每0.5秒对三个电机采集一次实际转速数据，以台为基准对其他两台电机转速进行比较，算出差额，经CPU处理后，再向控制第二台和第三台电机的变频器发出修正后的速度指令，使其的速度与台的速度趋于一致。

　　PLC在某一部分的“稍快”开关接通时,即将相应的电机的转速以设定转速为基准增加3%,如果这个信号未消失,那么以后每0.5秒将相应的电机转速增加1%;PLC在某一部分的“很快”开关接通时，即将相应的电机转速以设定转速为基准增加9%，如果这个信号未消失,那么以后每0.5秒将相应的电机转速增加3%，直至信号消失。反之，PLC在某一部分的“稍慢”开关接通时,即将相应的电机转速以设定转速为基准减少3%,如果这个信号未消失,那么以后每 0.5秒将相应的电机转速减少1%;PLC在某一部分的“很慢”开关接通时，即将相应的电机转速以设定转速为基准减少9%，如果这个信号未消失,那么以后每0.5秒将相应的电机转速减少3%，直至信号消失。

　　悬挂输送链的几个部分速度不同步或由于机械原因造成链条滑轮卡死会造成张紧伸缩节处拉伸或压缩过度，从而引起机械故障，为此，我们在每一个张紧伸缩节处安装了一个极限位开关，它可在张紧伸缩节处拉伸或压缩达到一定程度时停止整线的运行，另外，如果三台变频器的一台报警，整线的运行也将停止，这样可有效地避免引起机械故障。

　　输送链在非正常情况下（指输送链只有半条线挂工件时）停车,此时由于严重受力不均，有的部分链条会被拉伸,有的则被压缩, 使张紧伸缩节处于报警状态，笔者见过的同类型的悬挂输送链碰到此类情况是靠人工干预后才能重新起动。我在程序中编了一个子程序，首先识别报警是否在运行中发生，如是，则需在人工干预查出故障后才能重新起动，如不是，则PLC根据得到张紧伸缩节处的状况指示，先调整各个电机的启动次序和转速，消除报警，再转入正常运行，这样一来既保证了设备的安全运行，又避免了设备无故停产。

　　在触摸屏上可设定电机的转速（只有特定人员可进行此操作），如不重新设定,每次开机时执行上次已设定的转速。在触摸屏上可显示每个电机的实际转速，显示每一个张紧伸缩节处的状况（正常，稍快,很快, 稍慢,很慢），显示报警状况并提示检修部位。