西门子PLC模块6ES7318-3FL01-0AB0

一，应用背景
        本文讲述了DVP-EH2型PLC在我公司的双工位深孔钻机床上的应用。双工位深孔钻机床为我公司开发生产的重点产品，机床主要用于汽车刹车泵缸体的钻孔加工，在市场上具有很大的应用潜力。

        机床加工的基本原理是：枪钻钻头动力头平置于机床工作台，加工件安放于竖直的滑台上的工件夹具内。滑台沿枪钻钻头旋转的垂直线上下运行。加工时，钻头高速旋转，滑台带动工件往下运行，对产品进行钻孔加工，加工尺寸到位后，滑台再往上运行，退出工件，关闭动力头。

        传统的机床采用液压油缸驱动。当液压油缸行程到位后，利用行程开关控制液压电磁阀动作，使油缸返回。液压驱动的大问题是加工孔深精度很难控制。运行速度调节也不是很方便。

        机床采用伺服电机控制丝杆滑台上下运行定位，滑台往下运行时，对产品进行钻孔加工，加工完成后，滑台再住上运行，退出。与传统的液压油缸驱动相比较，由于利用伺服电机定位控制，可以很方便的进行加工速度设置，高**地达到钻孔深度的控制。

        双工位深孔钻机床是两个工位同时加工，互不干涉。一个机床操作员控制，可以同时进行两件工件的加工。是提高加工效益，减少投资的之举。

        机床控制方案可以选用简易型数控控制系统（CNC）。当前市面上也有很多两轴的数控产品。数控系统有着标准的G代码编程，也能够很方便的进行伺服的定位控制。但是须要完成两轴相互独立，互不干扰的定位时，CNC在编程时遇到了制约。CNC的两轴或多轴G代码在编程时，不能做到同时执行两段独立的定位指令。当然，也可以采用两台单轴的CNC控制系统。但是，这样的控制过于冗杂，成本也过高，应用价值不高。

        鉴于以上原因 ，实现此机床控制要求可以选用PLC进行控制。机床的定位动作并不复杂，只需要正向加工定位、反向退出定位两段位置控制指令。很多型式的PLC都带有高速脉冲输出功能，具有很方便的相对定位，定位指令。不需要另加扩展模块，能够很方便的实现机床的运动控制。

二，控制概要
        1，机床需要两轴脉冲输出，以分别控制两个工位的丝杆滑台运行。滑台的定位速度不小于6m/min。定位精度小于0.01mm。在电气控制设计上，一般都设计为0.001mm/P，即0.001mm每脉冲当量。 这样，方便进行运算，电子齿轮比也容易计算。机械制造上采用精密丝杆传动（双螺母滚珠丝杆），也比较容易就能达到0.01的定位精度。

        2， 机床人机对话采用控制面板的开关按钮与触摸屏接合。工件的加工速度，加工尺寸在触摸屏上利用参数的形式进行设置。

        触摸屏与PLC组态后，可以对PLC的一些关键内部数据时行监控，包括实时显示工件坐标、动力头电机电流。显示加工状态、关键的PLC内部数据或一些故障码、异常信号，方便进行机床的状态分析、故障疹断。

        触摸屏与PLC可以很方便的实现通信。两者组态时，只要设置好两者之间的通信协议，触摸屏即可以读写PLC的D、M数据了。

        3，枪钻的加工因为工件的材质不同、加工孔径的大小不一，枪钻钻头的转速也要求能够很方便的进行调节。因此，机床的动力头转速采用变频器进行调速控制。

        机床控制系统，可以监视变频器的相应状态，包括输出频率，输出电压，负载电流。因此，可以将PLC与变频器进行RS485通信读取读据。同时，PLC对变频器的速度、运行、停机等可以通过RS485通信进行控制，方便变频器的控制接线。

        4，机床加工还须要一定的外部辅助功能。如加工过程中的冷却液，工件装夹，防护门开关等等。

        5，机床具有手动控制和自动控制两种工作方式。手动控制主要用于机床的调试和首件产品的试制，可以分别对辅助功能进行开关，手动控制工件滑台的上下运行。自动控制为自动进行一个工件的加工周期，人工装夹好工件后，操作人员按下起动按钮，机床即进行工件的钻孔加工，钻孔完成后，即行自动退出工件，加工过程中，自动注入冷却液，开关防护门等相关辅助动作。加工完成后，自动工件松开。完成一个工件的加工过程。

三，PLC在专用机床上的控制实现
        根据机床控制要求，电气控制系统以PLC为控制核心、以触摸屏与控制面板按钮为人机对话界面，控制机床的各项辅助功能输出、控制双轴伺服定位、变频器调速。其中，PLC与触摸屏的通信为RS232通信；PLC与变频器的通信采用RS485；PLC对伺服驱动的定位控制采用脉冲+方向形式的脉冲输出方式。机床总体控制框架如下图所示：                       

机床电气控制总框图

1，PLC 在机床上的定位控制。
 
        PLC的脉冲输出高频率直接影响运动定位控制的速度和精度，是一项非常关键的技术指标。一般PLC都会带两路脉冲输出或四路脉冲输出。并且脉冲输出频率并不低，甚至比一般的CNC数控还要高，如台达的DVP-EH2系统的PLC高输出达200KHz，有些甚至更高，如Omron公司的CP1H-Y系列的PLC还达到了1MHz。

脉冲定位速度为：
V=Fmax×δ×60             (式1)

        其中，V为速度，单位：m/min（米/分钟）；Fmax为高脉冲频率，单位：Hz（赫兹）；δ为脉冲当量，单位：mm/P 。

        台达DVP-EH2型PLC共有四路高速脉冲输出，其中两组为AB相脉冲，两点为单脉冲输出端。四路脉冲输出端口分别为：CH0（Y0，Y1），CH1（Y2，Y3），CH2（Y4），CH3（Y6），输出频率都达到200KHz。如果采用0.001mm/P脉冲当量进行控制，那么，根据式1，PLC的定位速度快为：
200000×0.001×60=12000mm/min=12m/min

        即定位的高速度为12米每分钟。完全可以达到机床的控制要求。

        现在很多的微型机，或小型机都有内置高速脉冲输出功能。可以运用脉冲定位指令实现相对定位、定位。台达PLC的相对定位指令[D]DRVI或定位指令[D]DRVA。(指令前缀D为双字控制指令，高定位区间可以达到232，即定位范围为-~+)。在机床控制中，当电气精度做到0.001mm时，则机床的定位范围在-2mm~+214748.367mm之间，完全可以满足机床的控制要求。

        机床在定位控制中，需要用到单步方式、连续方式、自动加工定位

1 引言

隧道式灭菌干燥箱是制药行业用于玻璃容器进行灭菌干燥工艺的配套设备。在设计上吸取了国内外同类产品的**经验与技术，克服了我国目前生产的同类设备体积大、生产能力低、保温性能差、净化效果不良等缺点，适用于制药厂经清洗后的抗生素玻璃瓶、安瓿、黄圆瓶等玻璃容器的灭菌干燥箱的工艺过程。

2 工艺自动化设计

2.1 工艺描述

隧道式灭菌干燥箱主要由输送网带、加热箱体、净化装置、冷却排风装置、冷却箱体、电加热器、机械传动机构和电气控制系统等组成。

经超声波清洗设备清洗后的抗生素玻璃瓶、安瓿、黄圆瓶等玻璃容器通过传送装置运送至隧道式灭菌干燥箱的入口，通过输送网带的循环带动，将玻璃容器在经过预热、灭菌、保温三段加热区进行杀毒灭菌后，运送至下一级设备。

2.2 控制内容及功能要求

（1）手动启动。在自动启动按钮没有按下时为手动状态，此时，排风、冷却、进瓶、网带、保温、灭菌、预热按钮均可单独启动停止。超声清洗按钮在有水状态下即可启动，与自动/手动状态无关。无水状态下启动，会提示系统缺水故障。

（2）自动启动。按下自动启动按钮后为自动状态，冷却风机启动，延时设定时间后，进瓶风机启动，延时设定时间后，排风风机启动，延时设定时间后，预热加热启动，延时设定时间后，灭菌加热启动，延时设定时间后，保温加热启动，当预热、灭菌、保温三个温度同时大于三个温度设定下限时，网带电机启动，频率按网带电机速度下限设定频率运行，当三个温度均达到设定温度 + -15度时，网带电机按设定频率运行。

（3）急停控制。在运行过程中，当按下急停时，仅停止网带电机，松开急停时，网带电机继续运行。急停为常开点。

（4）自动停止。运行过程中，按下自动停止按钮后，仅停止网带电机，预热、灭菌、保温需手动停止，当三个温度都小于自动停止温度下限时，可手动停止排风、冷却、进瓶电机，否则不能停止。需再次自动启动时，按下自动启动按钮，系统按第3步自动运行。

（5）自动诊断报警。当自动运行启动后，如果三个加热在经过加热温度判断时间后，仍不能达到设定温度下限时，系统会提示报警；当排风温度一直大于排风温度上限，经过排风温度判断时间后，系统会提示报警；温度补偿为环境温度与传感器检测温度不一致时对温度传感器的补偿。补偿温度为-50度――50度之间。触摸屏上显示温度低显示温度为-50度，小于-50度时，显示会出现大于500的数据，同时温度控制器DTC提示出错，ERROR红灯亮。

（6）自动记录。温度曲线5分钟记录一次温度变化值，大记录为15000次，当大于15000次后，新的记录会覆盖早产生的数据，依次类推，数据曲线断电保持。

2.2.10 预热、灭菌、保温三个温度显示的当前值小于设定温度下限或大于设定温度上限时，系统会提示超限错误，同时在启动按钮的上面会显示桔红色的指示灯，提示超限。

3 台达自动化产品解决方案

基于台达台达机电自动化平台的控制方案如图1所示。

图1 控制方案简图

3.1 触摸屏工艺过程管理

HMI采用精致细腻的AE系列触摸屏，多种语言自由切换，大量图元图库，功能强大的在线、离线仿真功能，配方趋势及数据存储、打印功能可满足各种工艺需求，参见图2。

图2 主要控制画面

3.2 系统集成设计

ES系列PLC使用方便灵活，集成高速计数功能，扫描速度快，支持浮点运算，内置Modbus总线通讯方式。

M系列变频器，集成Modbus总线通讯口，简洁树型操作界面，迷你型外形；具有良好的转矩特性及速度调节精度。

DTC系列温度控制器，集成Modbus总线，高度的集成化，便于集成于控制柜内，设定简单，控制温度高。温度控制器自整定画面如图3所示。

快速的Modbus通讯，简化了PLC与变频器、温度控制器之间的繁琐接线，消除了常规控制方式所带来的种种不安全潜在因素，不需要改变任何接线的多模式自由切换方式使控制更为简单，信息的实时反馈确保系统可靠运行。

图3 温度控制器自整定画面

4 结束语

本系统采用了台达自动化集成解决方案。具有以下几大优点：

通过Modbus通讯控制方式，不但有效降低了成本、减少了客户工作量，而且为以后系统的扩展及更新提供了方便的条件。完善的故障检测功能，保证设备运行可靠。人性化的编程软件，给设备制造商软件开发工作带来了方便。新的控制系统不仅给OEM用户带来了成本优化，并且能更好的根据工艺的要求进行修改设计，进一步提高了设备商在行业中的竞争力。依靠台达大陆子公司中达电通强大的销售与售后支持网络，使用户的设备在任何地方均可享受快捷、便利、优质的售后服务