西门子PLC模块6ES7517-3FP00-0AB0

随着生产自动化的发展，越来越多的产品包装工作由机器完成。而包装机械的高效工作需要有理料设备的可靠工作来保证。如果理料设备送给包装设备的被包装物品的相位不对或者速度不对就会造成设备卡死或者空包现象发生，严重影响正常生产的进行。台达自动化具有全系列的自动化产品及完善的解决方案。下面将对台达自动化产品在理料机上的解决方案加以详细讲述。

一、理料机工作原理

理料机由4段构成。前2段分别由台达变频器驱动，负责把物料收紧；第3段负责把物料排满并在联机状态下根据物料情况控制包装机的启停；第4段实现相位调整，准确把物料等距拉开在一定相位送给包装机。具体工作流程见图1-图5。

在图1中，VFD1料位检测传感器没有检测到物料时，VFD2以稍高于VFD1的速度，二者均高速运行。当检测到物料时，同时降速运行，但VFD2速度仍稍高于VFD1。此时SV2和SV1以及包装机并未运行。在图2中可以看到在SV2后段检测传感器检测到物料以后，SV2启动。当SV2前段检测传感器检测到物料且SV2后段传感器依然有信号时，启动包装机，此时SV1也启

图2

图3

图4

图5

动，如图3、4所示，SV1将根据SV1出口检测传感器的信号来进行相位调整。此外，在控制逻辑上，如图5所示，当SV2后段检测传感器没有检测到物料时，将发出包装机停止命令，此逻辑是为了保证不发生空包和相位调整错误。

二、控制方案的具体实现

在物料收紧的控制上，我们采用变频器驱动及分作2段，主要是考虑到该动作不需要很高的控制精度和动态性能要求，并且变频器的价格具有优势；分作2段逐步收紧，是因为避免收紧过程过于猛烈而造成物料在传送带上打滑且2段收紧已可以避免该问题。

SV2段虽然只是终把物料排满，但其更重要的功能是要高动态性能的随主机与SV1一起动作，在SV1进行相位调整的时候也要高低速切换，实时把排满的物料送给SV1。所以此段选择由台达伺服来完成控制任务。

SV1的功能就是跟据包装机主轴信号及SV1出口检测传感器检测信号，对自身速度及物料出口相位进行调整。

在整个理料机的逻辑控制上，考虑到控制功能的可实现性及台达PLC产品的高性价比竞争优势，选择台达PLC实现逻辑控制。VFD2和VFD1的速度控制由PLC根据主机速度计算以后通过RS-485通讯写入。SV2和SV1的速度切换是通过PLC根据包装机速度计算其电子齿轮比分之，通过RS-485通讯写入，由传感器逻辑信号高速切换电子齿轮比实现速度或者相位调整。

旋压技术，也叫金属旋压成形技术，通过旋转使之受力点由点到线由线到面，同时在某个方向给予一定的压力使金属材料沿着这一方向变形和流动而成型某一形状的技术。这里，金属材料必须具有塑性变形或流动性能，旋压成形不等同塑性变形，它是集塑性变形和流动变形的复杂过程，特别需要指出的是，我们所说的旋压成形技术不是单一的强力旋压和普通旋压，它是两者的结合。
　　旋压是将平板或空心坯料固定在旋压机的模具上，在坯料随机床主轴转动的同时，用旋轮或赶棒加压于坯料，使之产生局部的塑性变形。在旋轮的进给运动和坯料的旋转运动共同作用下，使局部的塑性变形逐步地扩展到坯料的全部表面，并紧贴于模具，完成零件的旋压加工。
　　旋压皮带轮与铸铁皮带轮相比的优点是采用旋压工艺制成的(无屑加工)，结构轻、省材料，因而转动惯量小，是一种节料、节能的新产品。生产效率高(每分钟加工2～4件)，平衡性能好，一般无需平衡处理。由于材料流线不被切断，表面生产冷作硬化，组织密度**，使轮槽表面的强度和硬度**，并且尺寸精度高，三角带与轮槽的滑差小，皮带寿命长。
　　

2 工艺控制要求
　　本文介绍的是多功能旋压机用于生产、加工各种型号的汽车皮带轮，并通过在触摸屏中调整工艺流程、改变设备运行参数加工不同规格的汽车皮带轮。图1是多功能旋压机的控制实景图。

　　　　　　　　　　　　　　　　　图1 多功能旋压机控制实景
　　图A 自动模式：
　　(1)当模式开关拨至『Auto』时，设备切换至自动模式，此时可通过触摸屏配置自动模式参数。
　　(2)进入自动模式后，通过控制面板上的『启动』按钮启动，每按一次『启动』按钮，设备按照预先设置的步骤执行。
　　(3)当发生紧急情况需要停车时，按下『停止』按钮，可终止当前所有动作。
　　(4)设备有三种状态，运行状态、待机状态、故障状态。当设备为运行状态时， 指示灯点亮；当设备为待机状态时， 指示灯点亮；当设备为故障状态时， 指示灯点亮。
　　B手动模式：
　　当模式开关拨至『Manu』，设备工作于手动模式。此时可通过控制面板的进刀/退刀按钮分别控制主缸、1#缸、2#缸、3#缸、4#缸、顶出缸的进刀/退刀动作。
　　

3控制系统
　　3.1 硬件配置
　　本系统的硬件配置如表1所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1 系统硬件配置图
　　3.2 系统框架
　　多功能旋压机控制系统采用台达人机界面作为主站监控设备，利用人机界面DOP-B07S201的RS232通讯口。PLC主机DVP80EH00R2采用RS232通讯口与HMI设备连接，同时利用RS485通讯口与变频器VFD370B23A相连，PLC通讯写入变频器给定频率、变频器启动停止命令，读取实际输出频率；人机界面设定电机目标转速，读取电机实际转速。PLC主机同时通过4通道模拟量输出模块、温度模块及输入输出混合模块来控制编码器、电子尺和热电偶传感器等外围测量设备。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2 控制系统框架图
　　3.3 部分产品介绍
　　（1）LTM-400S5K电子尺

　　（2）比例放大器PF-AC-220　

　　（3）VFD370B变频器参数设置

4 上位机监控画面
　　4.1 主监控界面
　　多功能旋压机主监控界面有手动模式参数设置、自动模式参数设置、自动模式、运行模式、温度显示、报警查看、帮助等功能，用户可以点击相应按钮进入其画面。如图4所示。
 

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图4  主监控界面
　　4.2 手动模式
　　手动模式下，主油缸、左侧缸、右侧缸执行进给/后退均分为三段位置。
　　A：设置进给位置参数时，快进位置、慢进1位置、慢进2位置的设定值应逐渐增大，相应的压力和**应逐渐增大。如图5所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　图5  设置进给位置参数的运行画面
　　B：设置退刀位置参数时，快进位置、慢进1位置、慢进2位置的设定值应逐渐减小，相应的压力和**应逐渐减小。如图6所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　图6 设置退刀位置参数的运行画面
　　注意为防止因设备振动导致油缸误动作，可适当调节终点误差的设定值，确保系统切换平稳进行。
　　4.3 自动模式
　　自动模式运行包含1#缸次进刀、2#缸次进刀、1#缸第二次进刀、1#缸次退刀、1#缸第二次退刀、2#缸次退刀等步骤。2.1#缸进刀/退刀、2#缸进刀/退刀可由用户根据实际工况自行选择。默认情况下为确定，表示不执行该步骤，如需执行该步骤，只需点击将按钮切换为取消 即可。如图7所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图7  自动运行模式
　　4.4报警模式
　　点击警报查看按钮，进入报警模式，如图8所示：此模式可以查看四项内容：
　　（1）04PT、04DA、06XA的运行状态。
　　（2）润滑泵、冷却水泵的工作状态。
　　（3）1#、2#以及3#液压泵的工作状态。
　　（4）变频器的工作状态。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图8  报警模式
　　

5 应用总结
　　与传统的旋压机相比，基于台达自动化产品的多功能旋压机具有以下特点：
　　（1）进刀/退刀分三段进行
　　此系统的进刀/退刀均分为三段位置，每段位置的目标点可根据加工工件的尺寸任意调整。每段位置的压力和**可通过触摸屏任意调整。
　　（2）可靠性高
　　该系统通过PLC程序实现『提前通知』和『自动补偿』功能。由于采用油压/液压控制，所以设备的运行惯性较大，容易冲过目标位置，这里采用『提前通知』功能，可以有效避免左侧缸和右侧缸过冲的现象；当左侧缸或右侧缸冲过目标位置时，执行『自动补偿』功能，使左侧缸以及右侧缸能够返回其目标位置。
　　（3）人性化
　　该系统采用直观的画面实时显示旋压机的运行状态，便于工作人员迅速查看旋压机的状态以及警报信息。并提供『原点校正』功能，当设备硬件发生故障时，可以通过触摸屏实现原点的校正功能，大大节省了设备的维护时间。
　　

6 结语
　　根据客户设备技术要求，本多功能旋压机控制系统结合台达HMI、PLC、变频器等自动化产品，为客户开发了一套稳定可靠的生产线系统，受到了客户和使用单位的充分认可，再次证明中达电通是客户的合作伙伴。运行实践表明，系统性能稳定，安全可靠，，值得业界同行借鉴和推广。

1  前言
当前我国经济的快速发展和现代化水平的不断**，木工行业的发展突飞猛进。尤其是近年来作为国民经济支柱行业的房地产迅速崛起，使得人们对于家具的要求越来越高，这就刺激了各种木工行业的快速发展。近十年来，木工加工制造业经历了许多加工控制和自动控制的技术改革。许多应用设备从原始的机械控制开始，逐渐发展到结合机械结构的继电器逻辑控制，但是传统的继电器控制存在控制效率低，抗干扰性差，设备故障率高等问题，随着当前自动化控制技术的发展，已经逐渐为PLC和变频器的控制所代替。随着木工行业的发展，相应的对于木工机械设备的要求越来越高，相应的控制难度也越来越高，控制系统自动化程度要求也愈来愈高，并且对于现场设备的远程控制要求也越来突出，相应的都需要采用针对性的控制方案来实现相应的控制要。
台达机电至今已经能为客户提供PLC控制器、温度控制器、计数器、人机界面、变频驱动器、伺服驱动器、数控系统等一系列产品，可以向客户提供完善可靠的机电一体化解决方案。本文基于台达产品构建了一套**的木工机械设备远程控制系统，实现了无线方式的远程操控且不受组网及距离的限制，值得业界借鉴并推广。

2  DTU功能特点：
DTU是指数据终端设备（Data Terminal unit）,可以理解为下位GPRS发射终端，在进行通信时，传输数据的链路两端肯定存在DTU，在它的作用下对所传信息进行格式转换和数据整理校验。其设备如图1所示。

GPRS DTU全称GPRS数据传输单元，在国内目前实际上对它具有更加明确的约定：GPRS DTU是专门用于将串口数据通过GPRS 网络进行传送的GPRS无线设备。　　
GPRS DTU的四个核心功能：
　　1）内部集成TCP/IP协议栈
　　GPRS DTU内部封装了PPP拨号协议以及TCP/IP协议栈并且具有嵌入式操作系统，从硬件上，它可看作是嵌入式PC与无线GPRS MODEM的结合；它具备GPRS拨号上网以及TCP/IP数据通信的功能。
　　2）提供串口数据双向转换功能
　　GPRS DTU提供了串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都属于常用的串行通信方式，而且GPRS DTU在设计上大都将串口数据设计成“透明转换”的方式，也就是说GPRS DTU可以将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送，而不需要改变原有的数据通信内容。因此，GPRS DTU可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动。我们做无线连接时PLC只需要设置好对应串口的波特率相关参数就可以了如：115200、8、0、1。远程只需要按MODBUS协议来访问PLC就可以了。
　　3）支持自动心跳，保持在线
　　GPRS通信网络的优点之一就是支持GPRS终端设备在线，因此典型的GPRS DTU在设计上都支持在线功能，这就要求DTU包含了上电自动拨号、采用心跳包保持在线（当长时间没有数据通信时，移动网关将断开DTU与中心的连接，心跳包就是DTU与数据中心在连接被断开之前发送一个小数据包，以保持连接不被断开）、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。
　　4）支持参数配置，保存
　　GPRS DTU作为一种通信设备，其应用场合十分广泛。在不同的应用中，数据中心的IP地址及端口号，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS DTU都应支持参数配置，并且将配置好的参数保存内部的存储器件内（一般为FLASH或EEPROM等）。一旦上电，就自动按照设置好的参数进行工作。
　　5）支持用户串口参数设置
　　不同用户设备的串口参数有所不同，DTU连接用户设备的串口时，要根据用户设备串口的实际参数对DTU端进行相应设置，保证用户设备的正常通信和可靠数据传输。
　　GPRS DTU的扩展功能：
较为的GPRS DTU还提供一些扩展功能，主要包括：支持数据中心域名解析、支持远程参数配置、远程固件升级、支持远程短信/唤醒、支持本地串口固件升级、提供短信通道、提供DTU在线、离线电平指示等。

图1 远程GPRS DTU 设备

3  系统设计：
系统由GPRS采集终端PLC、GPRS运行网、Internet Server、通信服务器、及企业内部网组成。 GPRS采集终端通过串口或模拟量采集通道，采集各点**计的瞬时**与累计**，保存在内存中。定时向Internet Server发送新的数据。为减少发送的数据次数，降低运行成本，采集终端具有智能判断功能，在数据不变时（比如无排放**时GPRS可一小时上报一次，无需频繁上，RTU控制示意图如图2 所示。
     GPRS按量计费：虽然可以保持永远在线，但不必担心费用问题；因为只有产生通信**时才计费。她是一种面向使用的计费，计费方式更加科学合理
高速传输：GPRS高理论传输速度为171.2kbps，目前使用GPRS可以支持40Kbps左右的传输速率。

图2  RTU远程控制示意图

本文以上海某品牌无线终端和台达DVP-10SX为例进行说明。该系列产品包括了：GPRS方式，CDMA方式，EDGE方式等产品。这里选择GPRS方式，232通讯口。该系列产品支持本地设置和远程设置。系统配置表如表1所示，系统框架如图3所示。

表1 控制系统配置表

图3 系统框架

4  系统安装调试流程
测试ZWDTU无线终端需要下列软件：
本地设置软件（zwdtuset.exe）、虚拟串口软件 VSPM.exe、服务器转串口软件 zwsvr2ck.exe、
网络调试助手。
安装调试前的准备步骤：
1）将设备的串口和计算机的串口使用串口线连接；
2）运行本地设置软件（zwdtuset.exe ），使用设备的波特率（设备初始波特率115200）
打开设备所连接的串口，如“COM1”等；
4.1 设置模式
进入设置模式如图 4所示：（注意：要上电半分钟之内，打开串口进入设置模式）

图4 设置模式主界面

 
a 打开串口：点 打开串口可以看到 串口已经打开
b 进入设置模式：点进入设置模式 可以看到提示操作成功：
c 基本设置界面如图5所示：

图5 基本设置界面

d 获取ip（获取你的外网ip） 

e 设置端口：（设置你路由器的端口）

f 设置终端编号：记得要写成

g 点退出设置模式：（不退出模式，终端上不了线）
 退出设置模式关闭软件。

4.2 SIM 卡安装
取放SIM 卡需要先断电，再进行，以免损坏SIM 卡或者设备。设备上有一个指示灯，提供下列状态信息。
熄灭：关机
常亮：未注册到GPRS网络，此时不通
慢闪（亮0.2秒，熄2 秒）：注册到网络，此时能通
快闪（亮0.2秒，熄0.6 秒）：通信进行中
急闪（亮0.1秒，熄0.2 秒）：设备故障

4.3 检查设备是否上线
打开网络调试助手，如图3选择“服务器模式”－－填上你设置DUT时写的端口（默认5005）－－监听，在发送区写11选择16进制发送，等几秒在接受区能接受到数据说明设备已经上线。如图6所示。
 

图6 网络调试助手示意

4.4 安装虚拟串口软件 VSPM.exe
新建两个虚拟串口如图：

图7 虚拟串口

串口1编辑—只需要编辑“通用页”注意端口和之前设置对应起来，如图8所示。

图8  编辑串口1

串口18编辑－－只需要编辑“通用页”。IP地址和端口对应好，如图9所示。

图9 编辑串口18

设置好后退出，让虚拟串口处于工作状态。

4.5 运行服务器转串口软件 zwsvr2ck.exe
按图7设置好IP、端口号、终端编号一定要是。启动服务器就好了，启动后会显示在线，如图10所示。

图10 启动服务器

4.6 DVP-10SX设置
主要是把PLC的232编程口波特率数设置和DTU设置的一样115200、8、0、1，都采用RTU模式的modbus.下载程序。

 图11 PLC程序

4.7 DVP-10SX通过无线通讯在线监测
PLC和DTU通过232串口线连接，请注意检查接线方式2-3-5，RX-TX交叉对接。
打开PLC编程软件WPLSOFT2.12选择“通讯设置”按图9设置后确定。然后选择在线模式就开始通讯。
PLC编程软件的数据通过虚拟串口发出去，然后服务器转发程序又把虚拟串口的数据转成TCP/IP发出去，DTU接受到数据又转换成232给PLC。因为我们PLC支持标准MODBUS协议，其它组态软件只要支持标准modbus协议就可以直接通过这样的方式来和我们的PLC实现无线通讯。如图12所示。

图12 通讯设置

5  应用情况
台达PLC使用标准modbus协议，能和多种设备相兼容，应用广泛。本案例中，木工设备上使用该方案后，用户可以很方便的实现监控室PC机与现场设备的无线通讯功能，达到了实时监控、远程操作、便捷可靠的目的。
6  结语
根据客户设备技术要求，本木工机械远程控制系统结合台达PLC、DTU等自动化控制产品，为客户开发了一套稳定可靠的远程监控系统，受到了客户和使用单位的充分认可，再次证明中达电通是客户的合作伙伴。运行实践表明，系统性能稳定，安全可靠，，值得业界同行借鉴和推广。