西门子模块6ES322-1FL00-0AA0
1 引言
近年来，随着我国自动化技术的提高，工厂自动化也上了一个新台阶。PLC作为一个新兴的工业控制器，以其体积小,功能齐全，价格低廉，可靠性高等方面具有的优点，在各个领域获得了广泛应用。
作为的印刷机生产厂家---北人集团公司，为了使产品性能稳定，易于维护，我们采用了以PLC为主控器的控制方案。由于双色印刷机要求易于操作，精度高，故其输入，输出点较多，因此采用了双机通讯。上位机采用三菱FX2N-80MR+32EX+4D/A，主要负责主传动的控制，各机组离合压的控制，以及气泵，气阀的控制等。下位机采用三菱 FX2N-64MR+4A/D,主要负责水辊电机的控制，主传动的调速输出，调版电机数据采集等。同时选用了一台三菱5.7寸触摸屏，主要负责水辊电机速度显示，调版显示，以及整机故障显示等。本系统运行可靠，维护方便，操作简便直观，大大提高了胶印机的档次，受到用户好评。
2 系统结构
本系统结构图如下：
其中，上位机与下位机采用了RS485通讯，通讯方便，可靠。对多色机而言，安全因素很重要。在设计中，每个机组既要考虑到安全控制，其中包括本位机组的急停，安全按钮；还要考虑方便操作，包括每个机组均应有正点，反点按钮。因此，一方面输入点增加很多；另一方面，走线也很不方便。采用双机通讯，可以很好地解决此问题，各机组的走线可以按照就近原则，进入离它较近的控制柜内，既节省了走线，也方便了控制。
由于印刷机是一个精度较高的机械，印刷品的好坏一方面在于机械加工以及安装的精度，另一方面，也取决于水路，墨路的平衡以及合压的准确性。双色机的每一色组，都有水路和墨路装置。为了便于水辊速度的调节，每根水辊都用一个变频器控制，同时，主电机速度也需要变频器调节。因此，为了实现多路速度调节，我们采用了三菱4D/A数模转换器，它将PLC方给出的数字量，根据相应的算法，转换成0~10V直流电压输出，很好地实现了多路速度调节要求。
在印刷过程中，调版是一个比较繁琐的过程。尤其对多色机来说，各组版对正的精度会对印品产生很大的影响。如果套印不准，印刷品就会出现字面重叠或影像不清。一般来说，印版轴向调节范围为-2mm~+2mm ,周向调节范围为-1mm~+1mm。如果使用手动调版，会浪费很多时间，而且精度不高。为了实现自动打版，我们在版辊上安装了电位器，通过电位器将模拟量传送给4A/D，经过PLC处理，可将版辊的转动精度很好地控制在打版范围内。
触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境。用户可以自由地组合文字，按钮，图形，数字等来处理或监控管理随时可能变化的信息。随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，无法提高效率。但使用人机界面，能明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动。使用触摸屏，还可以使机器配线标准化，简单化，同时也能减少PLC控制所需的I/O点数，降低生产成本，也相对提高整套设备的附加价值。三菱触摸屏和三菱PLC有很好的通用性，能在线监视并修改程序，不必很麻烦的重复插拔接口。
3 软件设计
3．1 给纸设计
印刷机整体的电气设计还是比较复杂的，对时间的要求也很严格。在机器的很多地方装有接近开关，用来检测不同的时间点。在印刷过程中，走纸的好坏是影响机器质量的一个重要环节。所谓纸走的好坏，指的是无歪张，双张等现象，如果有歪张，双张现象，在高速情况下，就会将走坏的纸，卷入机器内，从而破坏胶皮，给用户带来很大损失。此过程流程如下： 在实验中，我们发现，按照上述流程编制的程序，在低速没有问题，但速度增高至7000r/h后，就会出现歪张锁不住现象。究其原因，主要是因为光头反应时间和磁铁动作时间滞后造成。程序在执行过程中，采用循环扫描方式，为了让电磁铁输出提前，在设计中，我采用了中断和三菱编程指令的输入输出刷新指令，使电磁铁输出立即执行，提前了电磁铁动作时间，即使在12000r/h的速度下，也能很好的锁住有故障的纸张，解决了给纸的一大难题。
3．2离合压设计
离压，合压在印刷中具有很重要的作用。离合压的准确性，对印品质量的好坏有着直接的影响。合压过早，会弄脏压印辊筒，给操作带来很多不便；离压过早，会使后一张纸印不上完整的图案，造成纸张浪费。
在设计中，离压，合压的程序流程如图所示： 印刷时，版辊筒与胶皮辊筒先合压，胶皮辊筒与压印辊筒后合压。在我们的机器中，合压全部采用了气动装置，每个气缸都有一个动作时间。由于印刷速度是多段速，在3000~12000r/h之间，根据用户需要可选择不同的速度。但是，气缸动作时间是一定的，齿轮转过角度是一定的，因此，机器速度不同时，合压时间也不同。为了解决此问题，我们根据理论计算值，找出对于不同机器速度时，机器的延时时间。采用比较指令，当机器段速与理论值相等时，延时相应的时间，使压印辊筒与胶皮辊筒准确合压。经过多次试验，离压，合压都没有问题。
3．3 人机界面设计
在人机界面中，设计了7幅画面，包括整体图形，故障显示，机器速度和计数显示，水辊速度显示，调版监控等。故障显示使用指示器，给出位元件即可实现闪动效果，让操作者很方便的知道故障部位，整体感很好。在水辊速度显示中，设计了一个柱状图，可以显示水量增加大小，只需按下柱状图，就可增加水量，同时也可方便监控。如图所示：
4． 结束语
印刷机的一套电气设计属于系统设计，包括硬件，软件设计，涵盖范围较广。这里，我只简单介绍了其中比较重要的几部分，其它细节还有很多，这里不再一一列举。使用三菱的一套控制系统，感觉可靠，方便，在机器批量生产过程中，没有发现大问题。其PLC功能齐全，可靠耐用，指令简洁，与其他产品相比，感觉三菱整体软件系统界面都比较友好，给用户编程，维修都带来极大方便。其触摸屏与PLC有很好的通用性，可通过触摸屏]监视并修改程序，这是其它产品所不能匹及的。三菱的工控元件给设计人员和用户都带来了很多方便
6ES7312-5BF04-0AB0参数详细
三相异步电动机全压起动就是：起动时加在电动机定子绕组上的电压为额定电压，也称直接起动。
一、 单向旋转控制电路
1 、点动正转控制线路
点动正转控制线路是用按钮、接触器来控制电动机运转的的正转控制线路。如图 2.5 所示。
起动：按下起动按钮 SB →接触器 KM 线圈得电→ KM 主触头闭合→电动机 M 起动运行。
停止：松开按钮 SB →接触器 KM 线圈失电→ KM 主触头断开→电动机 M 失电停转。
停止使用时：断开电源开关 QS 。
2 、接触器自锁正转控制线路
在要求电动机起动后能连续运行时，采用上述点动控制线路就不行了。因为要使电动机 M 连续运行，起动按钮 SB 就不能断开，这是不符合生产实际要求的。为实现电动机的连续运行，可采用图 2.6 所示的接触器自锁正转控制线路。
图 2.5 点动正转控制电路图 2.6 接触器自锁正转控制线路
线路的工作原理如下：先合上电源开关 Q 。
起动：按下起动按钮SB1→
当松开 SB1 常开触头恢复分断后，因为接触器 KM 的常开辅助触头闭合时已将 SB1 短接，控制电路仍保持接通，所以接触器 KM 继续得电，电动机 M 实现连续运转。像这种当松开起动按钮 SB1 后，接触器 KM 通过自身常开触头而使线圈保持得电的作用叫做自锁（或自保）。与起动按钮 SB1 并联起自锁作用的常开触头叫自锁触头（也称自保触头）。
停止：按下停止按钮SB2
当松开 SB2 其常闭触头恢复闭合后，因接触器 KM 的自锁触头在切断控制电路时已分断，解除了自锁， SB1 也是分断的，所以接触器 KM 不能得电，电动机 M 也不会转动。
电路的保护环节：
（1）短路保护
（2）过载保护
（3）失压和欠压保护
3 、连续与点动混合控制的正转控制电路
机床设备在正常运行时，一般电动机都处于连续运行状态。但在试车或调整刀具与工件的相对位置时，又需要电动机能点动控制，实现这种控制要求的线路是连续与点动混合控制的正转控制线路。
（1）连续控制：
（2）点动控制
二、 可逆旋转控制电路
1．倒顺开关控制的正反转控制电路
2．按钮控制的正反转控制电路
（ 1 ）正转控制
（ 2 ）反转控制
（ 3 ）停止
3．自动往复控制电路
有些生产机械，如铣床，要求工作台在一定距离内能自动往返，而自动往返通常是利用行程开关控制电动机的正反转来实现工作台的自动往返运动。
图 2.10 （ b ）为工作台自动往返行程控制线路，工作过程如下：按下起动按钮 SB1 ， KM1 得电并自锁，电动机正转工作台向左移动，当到达左移预定位置后，挡铁 1 压下 SQ1 ， SQ1 常闭触头打开使 KM1 断电， SQ1 常开触头闭合使 KM2 得电，电动机由正转变为反转，工作台向右移动。当到达右移预定位置后，挡铁 2 压下 SQ2 ，使 KM2 断电， KM1 得电，电动机由反转变为正转，工作台向左移动。如此周而复始地自动往返工作。当按下停止按钮 SB3 时，电动机停转，工作台停止移动。若因行程开关 SQ1 、 SQ2 失灵，则由极限保护行程开关 SQ3 、 SQ4 实现保护，避免运动部件因超出极限位置而发生事故。
三、 顺序控制与多地控制线路
1．顺序控制线路
（1）主电路实现顺序控制
图 2.11 为主电路实现电动机顺序控制的线路，其特点是， M2 的主 电路接在 KM1 主触头的下面。电动机 M1 和 M2 分别通过接触器 KM1 和 KM2 来控制， KM2 的主触头接在 K M1 主触头的下面，这就保证了当 KM1 主触头闭合， M1 起动后， M2 才能起动。线路的工作原理为：按下 SB1 ， KM1 线圈得电吸合并自锁， M1 起动，此后，按下 SB2 ， KM2 才能吸合并自锁， M2 起动。停止时，按下 SB3 ， KM1 、 KM2 断电， M1 、 M2 同时停转。
（ 2 ）控制电路实现顺序控制
图 2.12 为几种在控制电路实现电动机顺序控制的电路。图 2.12 （ a ）所示控制线路的特点是： KM2 的线圈接在 KM1 自锁触头后面，这就保证了 M1 起动后， M2 才能起动的顺序控制要求。图 2.12 （ b ）所示控制电路的特点是：在 KM2 的线圈回路中串接了 KM1 的常开触头。显然， KM1 不吸合，即使按下 SB2 ， KM2 也不能吸合，这就保证了只有 M1 电机起动后， M2 电机才能起动。停止按钮 SB3 控制两台电动机同时停止，停止按钮 SB4 控制 M2 电动机的单独停止。图 2.12 （ c ）所示控制电路的特点是：在图 2.12 （ b ）中的 SB3 按钮两端并联了 KM2 的常开触头，从而实现了 M1 起动后， M2 才能起动，而 M2 停止后， M1 才能停止的控制要求，即 M1 、 M2 是顺序起动，逆序停止。
2．多地控制线路
能在两地或多地控制同一台电动机的控制方式叫电动机的多地控制。
图 2-13 为两地控制的控制线路。其中 SB1 、 SB3 为安装在甲地的起动按钮和停止按钮， SB2 、 SB4 为安装在乙地的起动按钮和停止按钮。线路的特点是：起动按钮应并联接在一起，停止按钮应串联接在一起。这样就可以分别在甲、乙两地控制同一台电动机，达到操作方便的目的。对于三地或多地控制，只要将各地的起动按钮并联、停止按钮串联即可实现
plc编程语言标准（IEC 61131-3）中有5种编程语言，即顺序功能图(Se Function chart)，梯形图（Ladder diagram），功能块图（Function block diagram）和指令表(Instruction list)和结构文本(Structured text)。其中的顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能块图(FBD)是图形编程语言，指令表(IL)、结构文本(ST)是文字语言。
1．顺序功能图( SFC)
顺序功能图用来描述开关量控制系统的功能，是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用于编制顺序控制程序。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，根据它可以很容易地画出顺序控制梯形图程序，本书将在项目三中做详细介绍。
2．梯形图( LD)
梯形图是一种以图形符号及其在图中的相互关系来表示控制关系的编程语言，是从继电器电路图演变过来的，是使用得多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，直观易懂，很容易被熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图由触点、线圈和应用指令等组成，触点代表逻辑输入条件，如外部的开关、按钮和内部条件等；线圈通常代表逻辑输出结果，用来控制外部的指示灯、交流接触器等。
梯形图通常有左右两条母线（有的时候只画左母线），两母线之间是内部继电器常开、常闭的触点及继电器线圈组成的一条条平行的逻辑行（或称梯级），每个逻辑行必须以触点与左母线连接开始，以线圈与右母线连接结束。
3．功能块图( FBD)
这是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动，国内很少有人使用功能块图语言。
4．指令表(IL)
PLC的指令是一种与微型计算机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成的程序叫做指令表程序。指令表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时一般使用梯形图语言。如果使用手持式编程器，必须将梯形图转换成指令表后再写入PLC。在用户程序存储器中，指令按步序号顺序排列。
5．结构文本( ST)
结构文本(ST)是为IEC 61131-3标准创建的一种专用的编程语言。与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简捷和紧凑。IEC标准除了提供几种编程语言供用户选择外，还允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程者能选择不同的语言来适应特殊的工作。