西门子PLC模块6ES7516-3FN02-0AB0

1 前言
　　熔体流动速率仪属于测试仪器的一种，主要用于测定热塑性高聚物如聚乙烯，聚丙烯，聚甲醛，ABS树脂、聚碳酸脂等，在高温下的熔体质量流动速率（MFR）和体（MVR）积流动速率。测定熔体体积流动速率，采用手动取样，切段时间间隔由控制系统报警提示，天平称量的方式；测定熔体体积流动速率是通过位移传感器和自动计时系统先测量出活塞移动规定的距离所需的时间，然后根据公式计算出体积流动速率。两种测定方法的结果需要由微型打印机打印出来。该设备广泛应用与塑料生产、塑料制品、石油化工等行业以及大专院校、科研单位、商检部门。图1即为一熔体流动速率仪。
　　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HMI、PLC、温控模块和编码器等自动化产品构建了一套**的熔体流动速率仪自动控制系统，运行稳定，控制简单，值得业界借鉴并推广。

图1  熔体流动速率仪实物图

2 工艺介绍
熔体流动速率仪是塑料挤出仪器。它是在规定的温度下，用高温加热炉是被测物体达到熔融状态。在规定负荷下通过一定的直径的小孔经行挤出试验。熔体质量流动速率就是指挤出的各段试样的平均质量折算为10分钟的挤出量。
熔体质量流动速率公式：MFR= T * M/t
公式中：m 为切取多段的平均值，单位 g
        T 参比时间（10分钟）600s
        t 切样间隔时间 单位s
熔体体积流动速率公式：    MVR= 427L/t
公式中：L 活塞移动规定距离（0.625cm或2.54cm）
        t 切样间隔时间 单位s
熔体流动速率仪主要由六部分组成：1、基座部分 2、熔炉部分3、切断挤出部分4、控温，测温部分5、定位移，测时间部分6、结果输出部分
3 控制系统
控制系统框图如图2所示。

图2 控制系统框图

上图为其系统框图的示意图。在该设备控制系统中主要使用的产品有PLC,HMI,编码器，温控器，微型打印机，步进电机及步进控制器。
产品型号如下：
1、可编程控制器：DVP-14SS11T2
特点：Slim标准型主机，主机14点，4K Step程序存贮器，大238数位扩充点数，30KHz高速计数器、10KHz脉冲输出，内建RS-232与RS-485双通讯口，可连接8台模拟量、温度扩充模块，小体积 多机能 更佳扩充性丰富的扩充模块，包括标准信号的输入输出，热电阻，热电偶。
2、人机界面：DOP-AS38BSTD
特点：16色灰阶蓝白色显示(320*240)，支援3个 COM (RS232/422/485)，利用 USB 快速画面上下载，USB Host功能，支持打印机、U盘，台达 PLC 编程软件可透过人机的，COM 或 USB 下载程序或监控 PLC，支持 U 盘刷新画面程序及韧体,对编程画面更提供了的版权保护,可以限制终端用户的刷新台数。
3、温控器：DTC1000
特点：模块式结构，多种输入传感器，支持PID过程控制功能，提供十二种输入警报模式，可自行规划输出功能，可选择控制输出(加热,冷却)、警报输出或输入比例输出，RS-485数字通讯，支持2400bps~38400bps传输速度。
4、编码器：ES3-20CG8941
5、微型打印机：
微达面板式微型打印机，该机型采用标准字库，5伏电源供电，串行接口与RS-232C标准兼容。
6、步进系统：采用的是深圳研控的步进系统。
4  应用规划及效果
4.1 PLC程序规划
根据控制工艺要求，选用台达DVP14SS11T2型PLC完成主要控制功能。系统PLC程序分为以下三个部分：
（1）通讯设置部分
主要完成PLC与DTC的通讯；
（2）控制方式选择
根据工艺主要涉计了2中工作模式：MFR,MVR.2种工作状态,自动和手动。这两种工作模式和工作状态可以互相单配。其选择方式主要是通过判断两个寄存器M520,M521的状态完成。在选状态后，程序会跳转到对应的步进程序上（触摸屏也会调整到相应界面）；工艺参数设置（计算公式中，切刀等参数设定）；手动工作，MFR自动工作状态和MVR自动工作状态：手动和自动状态的动作控制部份使用步进指令完成；
（3）数据处理
计算测量数据等。
下面是部份程序实例，如图3所示：

图3  部分PLC程序实例

4.2人机界面规划
　　根据现场使用人员和设计人员的要求，主要完成了一下主要界面，并通过人机完成与打印机的连接。主要界面:准备测试，参数设定，手动测试，自动测试，PID调整，位移修正，温度修正，计算结果等等界面。通过宏指令完成对对微型打印机的控制。规划COMI为485（通过宏指令定义），用于和微型打印机的通讯，COM3为232 ,用于和DVP14SS的通讯。下面是部份人机接口的实例。
（1） 测试准备界面
测试准备界面如图4所示。

图4 测试准备界面

该界面主要用于测试人员在测试物料之前填写，目的是明却测试人员和所测物料的代号。此两个参数会在试验完毕后打印在测试报告中。
（2） 参数设定界面
参数设定界面如图5所示

图5 参数设定界面

该界面是手动的监控界面。主要是通过监控完成正式试验前的一些动作。其中左侧为控制部份，右侧为状态显示，中间为机器的简单示意图。
（3） 手动监控界面
手动监控界面如图6所示。

图6 手动监控界面

该界面同样用于测试人员在测试物料之前填写或核对测试数据。测试人员会跟据国家标准中规定的测试条件设置所需参数，并确定当次测试的工作模式。
（4） MFR自动监控界面
MFR自动监控界面如图7所示。

图7 MFR自动监控界面

该界面是MVR自动模式下的监控介面。可在手动界面完成准备后自动跳转该界面。主要用于监视测试的一些数据和状态。
（5） 计算结果界面
计算结果界面如图8所示。

图8 计算结果界面

该界面是MFR模式下的测试结果显示界面。并可以计算结果和打印结果。
相关重要设置如下：
（1）选择COM1端口，通过宏指令与微型打印机连接。台达人机界面的宏指令是一个非常强大的功能，通讯指令的存在更是与针式打印机一类的带通讯的设备提供了非常简便的连接方式。
（2）温控器型号为DTC1000V,通讯程序：通过设定RS-485的通讯协议、逾时时间，利用MODWR和MODRD指令将温控设定值，温度当前值，温控启动，温控自动调整，PID参数，误差调整值读取或写入DTC中，已完成工艺需要的控制要求。

   当前我国经济的快速发展和现代化水平的不断提高，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，根据设备不同会应用到不同种类的工业自动化产品，客户需要根据控制对象的不同选择相应的设备来进行控制系统的构建。

        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**的砂光机控制系统，实现砂光机的高效工作和电气控制，值得业界借鉴并推广。

2 工艺分析

        木工砂光机通常指利用砂带、砂布(纸)砂光工件表面的木工机床。带式木工砂光机把无端的环形砂带张紧在 2个或3个带轮上,驱动砂带作连续运动，一个张紧轮还作少量翘动使砂带产生横向窜动。用于平面加工的砂光机有固定的或移动的工作台。本文系统中的砂光机用于板材的抛光，根据设备的工位可分有八道工序，即：粗铣－精铣－摆动砂光－摆动砂光－第二次粗铣－第二次精铣－固定砂光－固定砂光。设备要求不管长短板都能自动砂光，而且可以任意调整砂光板的长短。

3 控制系统

3.1 系统组成

系统硬件配置如表1所示：

控制系统框图如图1所示：

    
图1  控制系统框图

3.2 设备分析

（1）可编程控制器

        系统中采用台达DVP60ES00R2 PLC，保证了系统具备较高的动态响应能力,又满足了木工行业对成本控制的要求。通过RS485和变频器进行通讯,通过网络给定控制频率和读取各个工序的输出频率，电流及相应的报警信息。

（2）台达变频器

        系统选用台达VFD-EL系列变频器。八道工序每道工序配置一台1.5Kw的变频器，再加上一台2.2Kw的输送带变频器，共配备了九台变频器。

（3）触摸屏操作面板

        本系统人机对话友好，配置了一台DOP-B05S100触摸屏用于显示运行状况和修改工序的电气参数，方便了工艺操作和系统维护，提高了设备的档次。

4 上位机画面及功能

（1）功能菜单画面如图2所示。

        功能菜单包含了参数，状态监控，手动操作，故障检查功能。

（2） 参数设置画面。

        各个工位的变频器频率通过人机输入，经PLC通过RS485传送道变频器中；通过各个工位时间的设置，可以调整木板砂光的位置。参数设置画面如图3所示。

 （3）手动画面，可以通过手动操作控制各个工位，便于维护，如图4所示。

        （4）状态监控画面，可以监控设备的运行状态，通过RS485及时读取变频器的输出频率及工作电流。如图5所示。

（5）系统报警画面，监控各个工位是否正常，如图6所示。

5 结语

        木工是一个环境非常恶劣的行业，工作环境对工人的身心健康影响很大，越来越多的木材加工厂开始引进自动化加工设备。本次合作的设备厂家是广东地区生产该类设备的大厂，在本行业具有很强的影响力。系统运行实践证明：台达机电产品组成的强大的整合能力及高性价比的变频器运行稳定，安全可靠，效率极高，完全能满足行业各种运行环境的要求，必将在木工行业得到广泛的推广和应用。