西门子6ES7223-1HF22-0XA8正规授权

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1引言
由于干出灰控制系统控制点数多、工况恶劣，在传统的控制技术下，系统效率较低、可靠性差、达不到期望的控制效果;而可编程逻辑控制器(plc)结构紧凑、扩展性能良好、价格低廉、运算指令丰富，抗干扰能力强、可靠性高，非常适合在恶劣条件下工作的工程机械使用。本文针对干出灰控制系统的要求，设计了一种基于plc的干出灰控制系统。
2 工艺流程
现场共有三台炉子(1#，2#，4#)、两个灰库、三台空压机、两台风机。1#炉、2#炉各自包括两个电场，4#炉包括三个电场，每个电场包括一组(两个)仓泵，每组仓泵附近配置一个电磁阀箱(共7个)。七个电磁阀箱的内部结构完全相同，功能一样。
(1)电磁阀箱内有七个电磁阀，远程/就地转换开关、复位按钮、报警指示灯各一个，每个电磁阀配有一个手/自动转换开关。自动输灰时，七个手/自动开关都应打到自动位置，远程/就地开关打到远程位置，如果二者设置不一致，控制室内连锁报警灯亮，上位机也会出现报警。当远程/就地开关打到“就地”位置时，自动输灰停止。
(2)任一仓泵由就地控制切换到远程控制时，该仓泵都要升压流化出灰一次，然后进行正常的自动出灰过程;由控制远程切换到就地控制时，该仓泵停止出灰。
(3)当仓泵料位计故障后，进灰阶段自动转为时间控制，故障消除后进灰阶段转为料位和时间双重控制。吹堵或人工清堵时出现报警，堵管消除后，按下复位按钮可恢复自动输灰。
(4) 同一输灰管线上只能有一个仓泵输灰。1#、2#炉一、二电场共用一根输灰管，优先级别为:先满足出灰条件的一组仓泵优先出灰。4#炉一、二、三电场共用一根输灰管，出灰优先级别为:三电场的的仓泵出灰等待时间超过40min时级别高，二电场的仓泵出灰等待时间超过20min时级别较高，一电场仓泵出灰级别高，二电场仓泵出灰级别较一电场次之，三电场出灰级别低。
(5) 输灰时间过长报警后，输灰管道上的压力值小于30kpa，该仓泵出灰阶段结束，转入吹扫阶段。
3 硬件系统设计
根据上述的工艺流程要求以及系统本身还要实现数据处理、画面显示、文档存储等功能，本系统采用了上位机与下位机结合的双级结构。控制系统的检测和控制点数共有202点，其中ai:22点，di:91点，do:89点。控制系统硬件框图如图1所示。

(1) 上位机选型
本系统上位机采用advantech工控机，硬盘容量为30g，内存为128m，显示器为philips 109g，操作系统为win2000professional。
(2) 下位机硬件配置
cpu模块:fx2n-128mf;输入/输出模块:fx2n-4ad;通讯模块:rs485bd和rs232c。
4 软件系统设计
(1) 上位机软件设计
监控系统软件采用的是北京“亚控公司”的《组态王5.1》。整个监控画面由首页、系统图、历史趋势图、模拟量棒图、报警图，报警表、参数设定、吹堵阀图、报表几部分组成。
l首页:按正常方式打开工控机，提示输入登录密码，密码正确后进入win2000操作系统，进入《组态王》“运行系统”输灰监控系统首页后等待10s，自动进入系统总貌图。
l 系统图:系统图共5幅:总貌、1#炉系统图、2#炉系统图、4#炉系统图、灰库及电气设备系统图。
l历史趋势图:历史趋势图上有数字显示出左、右两指示器值并有大值、小值、平均值显示。屏幕下方设有四个设定步长的按钮可供选择，另外还设有一个“参数设定”按钮。
l 模拟量棒图:棒图可直接显示出仓泵压力值，储气罐压力值，空压机、风机、电加热器的电流值。
l报警图:报警时显示红色，按下确认后，未恢复的报警则变成黄色，否则变成绿色，在屏幕右上角的粉色框内显示新出现的报警。屏幕上的复位按钮用于复位堵管联锁使输灰恢复正常。
l 报警表:以表格的形式出现，能够显示出数字量输入点的状态。在仪表调试和维护时使用比较方便。
l参数设定:在进行参数设定之前，必须先登录，在系统提示下选择“系统监察员”级别，输入正确的密码后，则可进行参数设定，设定完成后，要按下注销按钮，以保证系统安全。
l 吹堵阀:显示七个吹堵阀的开关状况，同样遵循“开阀”显示绿色，“关阀”显示红色的原则。
l 报表:该画面包括实时报表和历史报表的显示、编辑、保存、和打印的功能。
(2) 下位机软件设计
下位机程序主要采用梯形图编制，利用装在上位机的编程软件fxwin-c编写调试，后将调试的控制程序下装到下位机，控制程序流程图如图2所示。

5 结束语
高压燃煤锅炉干出灰控制系统采用plc，替代传统的继电器;所有参数采用计算机集中显示，替代传统的二次仪表显示。本设计系统已投入实际运行，系统性能稳定可靠，满足工艺要求，并在人-机界面的防护性和友好性都有出色的表现，各项技术指标达到了设计要求

1引言
机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工作或操纵工具的自动化装置。而可编程逻辑控制器(plc)由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改、易于扩展和维护、环境要求低、体积小巧、安装测试方便等性能在工业控制中有着广泛的应用。根据我们所设计的机械手的驱动部件为步进电机驱动器的特点，我们采用了日本omron公司生产的位置控制单元模块nc111，用来产生脉冲和方向电平，来控制机械手的运行。

2四自由度机械手的结构及运动
四自由度机械手为圆柱坐标型，可实现x轴伸缩、z轴升降、底盘、腕回转功能。驱动全部采用步进电机控制，夹爪采用气动方式控制。机械手主要完成从3台辊道输送带到立体仓库出货台之间的货物传递。
(1) 四自由度机械手主要性能指标
x轴:大移动距离420mm
z轴:大移动距离420mm
底盘回转:小控制转角0.09°，大回转角小于等于300°
腕回转:小控制角0.9°，大回转角小于等于300°

图1 四自由度机械手限位开关示意图

图1为四自由度机械手的限位开关示意图，其中sq1~sq7为限位开关。其作用是保护运行时不会因为过限而造成机械上的损坏。
(2) 运动流程根据实际需要而定，如上升嘧笮朽逆时针旋转嘧ナ肿ソ羿下降嘤倚朽顺时针旋转嘧ナ址潘舌返回，还可以有其他工作流程。

3机械手的工作原理
机械手的伸缩、升降、转盘、抓手的运动是由步进电机驱动器来控制的，型号为sh-2h057。其步进电机驱动器的输入脉冲和电平信号是由plc上的nc111模块来提供的。其电路原理图如图2所示。

图2 机械手工作的电路原理图

(1) 步进电机驱动器
本驱动器的输入信号共有3路，分别是:步进脉冲信号cp、方向电平信号dir、脱机信号free。它们在驱动器内部分别通过270Ω的限流电阻接入负输入端，且电路形式完全相同。opto端为3路信号的公共正端(3路光耦的正端输入)，3路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，所以opto端须接外部系统的vcc，如果vcc是+5v则可以直接接入;如果vcc不是+5v则需外部另加限流电阻r，保证给驱动器内部光耦提供8-15ma的驱动电流。
a) 步进脉冲信号cp
步进脉冲信号cp用于控制步进电机的位置和速度，也就是说,驱动器每接受一个cp脉冲就驱动步进电机旋转一个步距角，改变cp脉冲的频率,能改变步进电机的转速，控制cp脉冲的个数，则可以使步进电机jingque定位。这样就可以很方便的达到步进电机调速和定位的目的，本驱动器的cp信号为低电平有效，要求cp信号的驱动电流为8-15ma，对cp的脉冲宽度也有一定的要求，一般不小于5μs，如图3所示。
b) 方向信号dir
方向电平信号dir用于控制步进电机的旋转方向。此信号为高电平时，电机正转;为低电平时，电机反转。电机要转向，必须在电机停止以后进行，如图4所示。

图3 cp的脉冲宽度以及高低电平方式

图4 方向信号dir

c) 脱机电平信号free
当驱动器上电以后，步进电机处于锁定状态(未施加cp脉冲时)或运行状态(施加cp脉冲时)，可以用free信号,手动调整电机而不关闭驱动器。
(2) nc111模块的工作原理
c200-nc111是c200pc用于位置控制的智能单元。它可以为步进电机驱动器或伺服电机驱动器输出脉冲，以控制运动部件的位置和速度。
a) 性能指标
l 每个单元可以控制一个轴;
l 输出控制脉冲:-8388607~+8388606;
l 脉冲速率:1~99990个/s;
l 脉冲速率得变化:控制系统可实现阶梯式自动加减速,加速度为每毫秒1~999每秒脉冲;
l 原点搜索:可监测原点或原点信号;也可进行原点补偿0~9999个脉冲;也可高速或接近现有速度搜索原点;
l 间隙补偿:0~9999个脉冲;
l 手动操作:可高速点动，低速点动和微动;
l 多点定位:可一次定位20点，以15种速度变化;
b) 系统配置
图5为nc111的结构框图。
位控单元有自己的微处理器和存储器，还有脉冲发生器和i/o接口。位控单元既可以被pc主cpu单元控制，也可以直接由控制台的外部输入信号控制。一方面它通过总路线及接口电路与c200hpc相连，与主cpu频繁交换信息;另一方面又通过i/o连接器接收外部开关量输入及输出脉冲。位控单元根据pc发出的控制指令和接收到的

图5 nc111的结构框图

外部输入信号，由自身的cpu执行具体的定位算法，并依执行的结果控制脉冲发生器输出脉冲数及频率。位控单元减轻了主cpu的负担，它终还是作为c200hpc的一个智能接口单元，占用相应的i/o地址。nc111插入c200hpc的底板槽中，通过一条40芯插头与外部i/o连接。nc111接收外部的操作按钮、限位开关的信号，输出脉冲信号，用户通过pc向nc111设置参数及发出命令，nc111即可自动根据现场的检测信号和pc的命令来调整控制输出，达到准确定位。

4机械手流程图及nc111模块的数据区设置
4.1 启动后机械手的流程
(1) 首先进行机械手的伸缩、升降、转盘和抓手的重启动和原点搜索;
(2) 机械手的伸缩臂向前，同时转盘顺时针旋转，一直分别运行到nc111模块bbbbbbbbing bbbbbb#0中设置的输出脉冲个数时停止;
(3) 机械手下降，一直到下降到nc111模块bbbbbbbbing bbbbbb #0中设置的输出脉冲个数时停止;
(4) 抓手电磁闸启动，抓手抓紧，抓起货物a;
(5) 机械手的升降进行原点搜索;
(6) 机械手的伸缩臂向后，同时转盘逆时针旋转，一直分别运行到nc111模块bbbbbbbbing bbbbbb#1中设置的输出脉冲个数时停止;
(7) 机械手下降，一直到下降到nc111模块bbbbbbbbing bbbbbb #1中设置的输出脉冲个数时停止;
(8) 抓手电磁闸再次启动，抓手放松，货物a放下;
(9) 再次对机械手的升降进行原点搜索;
(10) 机械手的伸缩臂、转盘进行原点搜索，全部复位。
图6是完成用机械手把货物从辊道上运到堆垛机货台上的一个流程。其它流程与其大体相似，只是在脉冲个数上的设置有所不同。本程序已经投入使用，一切工作正常。

图6 机械手流程图

4.2 nc111模块在dm区的数据设置
nc111模块在dm区的数据设置如图7所示。

图7 nc111模块在dm区的数据设置

5结束语
本文以武汉大学物流控制系统实验装置为例，介绍了日本OMRON公司生产的nc111位置控制单元模块在机械手步进控制中的设计应用。说明了机械手的动作原理、设计要求、程序设计方法。本文介绍的程序已在实际生产中获得了成功的应用。