6ES7223-1BF22-0XA8参数选型

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一、前言

四连杆装箱包装机是一种一次可以装四箱（可以是纸箱）既4×4瓶或者三箱3×4瓶的连续装箱的包装机械设备。在啤酒等瓶装饮料行业中，四连杆装箱包装机主要完成瓶装产品的装箱、卸箱等工作。由于具有性能优良等特点，在包装行业中使用非常普及。

对于四连杆装箱包装机中电气部分的控制，是包装机使用安全、可靠性的重要保证。目前，老型号的四连杆包装机的电气装置大多采用继电器的控制方式。这种控制方式连线复杂、继电器使用数量多，造成电气控制部分可靠性差、故障率高，日常维护量大。同时，设备缺少操作的安全保障措施，容易发生事故。

随着可编程控制器（plc）技术的发展，把plc控制技术应用于四连杆包装机的控制中，取代原有的控制线路。是四连杆装箱包装机控制系统发展的必然趋势。

二、系统结构

四连杆装箱包装机控制系统由电气部分和气动执行部分组成。工作过程见流程图（图1）。

电气系统输出控制在电气控制部分的改造中，分析了包装机的工作过程和控制特点；对包装机的控制基本上都是光电开关、接近开关、电磁阀、电机等这类的开关量输入、输出设备。控制过程以连续的逻辑量控制为主的操作方式。plc的开关逻辑和顺序控制是plc应用广泛、基本的功能，基于plc的这一使用功能和特点，决定将原有继电器控制系统全部拆除，采用plc控制。因为该用户厂家其他自动化设备使用的基本都是日本omron公司的plc，再根据采集和控制点数，我们选用omron公司的sysmaccpm2a-60cdr-a的 plc作为系统控制器。

三、系统设计

1．四连杆装箱包装机的电机可以进行点动、正转和反转，以带动夹瓶装置做往复运动装箱。瓶电机和两个箱电机分别用作传输瓶和传输箱。七个电磁阀和与之对应的气缸，分别控制“夹头”，“定位器”，“出箱臂”及“进箱臂”“箱导向”。设“手动”和“自动”操作两个切换开关。

2．在包装机的操作前台和设备后台、侧面加装3只光电检测开关，在操作人员误入设备危险区域时，系统紧急停车，保证安全。

3．在传送带上安装omron的e6a2旋转编码器，测量传送带的速度。当传送带电机异常停车时，停止包装机工作。

4．系统输入回路中有光电开光和接近等开关，plc上的dc24v电源容量就不足了，各输入、输出元件均使用dc24v直流稳压电源。plc控制系统原理图见图（2）。

5．为了使plc系统安全可靠运行，采取了多种防护措施，如和系统中的强电设备分开接地，接地线的截面积大于2平方毫米。plc输入和输出的感性负载都并联续流二极管等，以消除输入触点在断开时，感性负载因储能作用而产生电弧高于电源电压数倍甚至于数十倍的反电势对系统产生的干扰。见图（3）

6．系统的输入部分36点，输出19点，一共占用plc 54点，系统冗余6点，符合自动化系统设计要求。

四、程序设计

plc程序采用梯形图编写，其自动控制操作流程图见图（4）。

其中，plc主程序参照原有继电器控制系统的电气控制原理图进行设计，这种程序设计方法简单，有现成的电气控制线路为依据，设计周期短，在旧设备电气系统改造中经常采用。

按照原有电气控制系统输入信号及输出信号做为plc的i/o点，原来由继电器硬件完成的逻辑控制功能由plc软件——梯形图替代完成。图（5）为四连杆装箱包装机进箱臂部分电气控制原理图。图（6）为转换后的四连杆装箱包装机进箱臂部分plc程序梯形图。进箱臂部分主要i/o对照表如下：

五、系统调试

1．调整光电开关sq1和反射板的安装距离，使光电开关处于工作状态时，调整到“挡光”，plc输入通道hr0003的指示灯亮。以同样方法调整好光电开关sq2、sq3、sq4……..sq10。

2．调整接近开关jq0，使“夹头”在运动轨迹的低点时接近“档块”，并使plc输入通道hr0012指示灯亮，以同样方法调整好接近开关jq2、jq3、jq4、jq5。

3．调试旋转编码器时，a、b、z相按说明书接线，在plc编程软件中对编码器的高速计数进行设置，使用z相加软件复位方法。见图（7）。按下按钮5sa，使传送带电机停车时，四连杆装箱包装机应停止工作。

4．按动相应的按钮，分别控制进箱电机、出箱电机、瓶电机的开、停。关机以后将开关位置置于“关”。1sa和2sa分别控制“出箱臂”和“瓶定位”，10sa，15sa控制“导向”和“变距”。

5．在上述“动作”都已正确时，将“手动”转为“自动”，按下“整机启动”按钮，调试plc逻辑程序。进行自动装箱包装操作。

六、结束语

经plc改造后的四连杆装箱包装机电气控制系统，外观上；物理接线量大大减少，控制柜体积缩小，柜内的原器件排列有序。运行效果上；经设备运行证明，自动化程度大大优于原系统控制效果。控制可靠性大大提高，减轻了现场操作人员的劳动强度。由于系统在整个包装流水线和包装机设备的危险位置安装了光电位置检测开关，提高了操作的安全性。总体上提高了企业的经济效益。

　1 液压摆式剪板机简介
　　当前我国机械制造业大量的通用设备在发展现代机械自动化技术时，可以有多种技术路线选择。用可编程序控制器改造通用机床、专用机床、组合机床及自动设备与半自动设备组成的生产线，是一条低成本、高效益，符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。
　　液压摆式剪板机是一种jingque控制板材加工尺寸，将大块金属板材进行自动循环剪切加工，并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备，其整个工艺过程很符合顺序控制的要求，所以，在控制过程中，采用可编程控制器对自动剪板机进行控制，它较好地解决了采用继电器-接触器控制，控制系统较复杂，大量的接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率这一问题。因此，将plc应用于该控制，具有操作简单、运行可靠、抗干扰能力强、编程简单，控制精度高的特点。在控制的过程中，剪板机剪板的个数可根据工艺参数方便的修改，而且利用光电接近开关检测板料状态非常准确。
　

　　2 设备结构
　　液压摆式剪板机是一种jingque控制板材加工尺寸，将大块金属板材进行自动循环剪切加工，并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备。　　

　　上电后，检测各工作机构的状态，控制各工作机构处于初始位置；进料，由控制系统控制进料机构将待剪板料自动输送到位；定剪切尺寸，采用伺服电机控制挡料器位置保证jingque的剪切尺寸，其尺寸可是定值也可以设置为循环变动值；压紧和剪切，待剪板料长度达到设定值后由主电动机带动压料器和剪切刀具，先压紧板料，然后剪断板料；送料车的运行，包括卸载后自动返回；剪切板料的尺寸设定、自动计数及每车板料数的预设定；具备断电保护和来电恢复功能；能实现加工过程自动控制，加工参数显示，系统检测。
　

　　3 液压摆式剪板机工作原理
　　液压摆式剪板机工作过程可进行点动、单次和连续三种动作选择。
　　点动：选择点动操作档位，踩下脚踏慢进，下压剪切机构自动下压，碰下行程开关停止下压；下压过程松脚踏慢进，停在当前运行位置；下压过程踩下脚踏回程，下压剪切机构自动回程，碰上行程停止回程；回程过程松开脚踏回程，停在当前回程位置。
　　单次：设定保压时间，卸压时间，水平挡料进退距离，调整好水平挡料位置；选择单次操作档位，下压剪切机构不在上行程开关位首先自动回上行程开关位；踩下脚踏慢进，下压剪切机构自动下压；碰下行程开关时，水平挡料机构后退设定距离，同时自动进行保压；保压时间到自动进行卸压，卸压时间到下压剪切机构自动回程，同时水平挡料机构自动前进设定距离；碰上行程开关，单次剪切动作结束。
　　连续（工步）：
　　1） 设定保压时间，卸压时间，水平挡料进退距离，调整好水平挡料位置；
　　2） 设定工步数以及每个工步的当料位置、剪板张数；
　　3）选择连续操作档位，下压剪切机构不在上行程开关位首先自动回上行程开关位；踩下脚踏慢进，下压剪切机构自动下压；碰下行程开关时，水平挡料机构后退设定距离，同时自动进行保压；保压时间到自动进行卸压，卸压时间到下压剪切机构自动回程，同时水平挡料机构自动前进设定距离；碰上行程开关，一次剪切动作结束，进行下一次剪板。
　　4）当前工步剪切次数完成，碰上行程开关，水平挡料位置自动进行调整，进入下一工步剪切动作。
　　5）所有工步动作完成，碰上行程开关，连续剪切动作结束。

　　4 控制系统介绍

图4控制系统结构图

　　液压摆式剪板机控制系统由控制部分、驱动部分和监控部分组成。控制系统结构见图4。

　　4.1控制部分
　　本系统采用lm系列专用高速运动控制模块lm3106a控制。lm3106a是专为实现高速运动控制而设计的模块，主要用于实现步进或伺服电机的定位控制。
　　

　　lm3106a本体集成 14通道24vdc输入，10通道晶体管输出，其输出有2个公共端，输出通道采用5-24vdc驱动电源供电，具有两路高速输出，可做pwm(100khz)或pto(50khz)使用，另外，还可以通过rs-232通讯口与和利时触摸屏进行通讯。

　　表1为控制系统的i/o配置。
　

　　表1系统i/o分配表

信号类型	设备名称	plc地址	信号类型	设备名称	plc地址
开关量输入信号（di）	上行程开关	%ix0.4	开关量输出信号（do）	电磁阀	%qx0.0
	连续选择按钮	%ix0.5		油泵	%qx0.1
	点动选择按钮	%ix0.6		空置	%qx0.2
	下行程开关	%ix0.7		挡料伺服方向	%qx0.3
	急停	%ix1.0		挡料伺服脉冲	%qx0.4
	油泵启动	%ix1.1
	油泵停止	%ix1.2

　　4.2驱动部分
　　液压摆式剪板机驱动部件主要包括横向伺服电机和竖直液压气动装置。
　　伺服电机及驱动器均采用和利时公司的产品，其中“蜂鸟（hummer）”系列低压无刷伺服电机驱动器是北京和利时电机公司新推出的适合低压直流供电的、小体积、高性能全数字伺服驱动器。硬件上采用32位高速risc专用控制芯片,高效功率变换技术，以及创新编码器反馈技术；软件上采用先进的电机控制策略，完全以软件方式实现了电流环、速度环、位置环的闭环伺服控制；驱动器嵌入了运动控制功能，通过通讯接口即可完成如多段点到点、直线插补、圆弧插补等功能。挡料采用伺服电机进行定位，达到了jingque定位，保证了设备控制要求及运行效果。
　　往复下压剪切动作由油泵和气动装置完成，通过plc控制电磁阀的的得失电进行。
　

　　4.3监控部分
　　上位监控部份由一台和利时触摸屏，配以监控软件来完成，触摸屏上可以进行动作操作，运行参数设定，工作状态选择以及显示plc的输入输出点工作状态。

　　5总结
　　基于和利时公司plc和伺服自动控制系统的液压摆式剪板机有以下特点：
　　(1) 采用电液伺服全闭环控制系统，剪板厚度精度、重复定位精度达到很高的水准。
　　(2)每步程序可设定挡料位置（后档料x，相当于伺服的位置）、凸模具下压位置（y值，相当于凸模具下降的距离）、剪切次数、保压时间4个参数。
　　(3)具有多工步编程功能，可实现多自动运行，每一步执行完后，触摸屏都要自动把下一步参数输入plc和伺服，实现多工步零件一次性加工，提高生产效率。