西门子6ES7338-4BC01-0AB0库存现货

1 引言

　　机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线［1］。笔者开发的用于热处理淬火加工的物料搬运机械手，采用plc控制，是一种按预先设定的程序进行工件分拣、搬运和淬火加工的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并可根据工件的变化以及淬火工艺的要求随时更改相关控制参数。

2 物料搬运机械手结构

　　如图1所示，物料搬运机械手为三自由度气压式圆柱坐标型机械手，主要由机座、腰部、水平手臂、垂直手臂、气爪等部分组成。其中，腰部采用步进电机驱动旋转，手臂及气爪采用气缸等气动元件。对应的物料分拣装置由4个普通气缸构成，用以将不同长度的工件经分拣后送至各自的轨道中，并在轨道终端进行淬火加工，加工完毕后再由机械手抓取、搬运和分类堆放。机械手抓取长、短工件的顺序不是固定的，要视物料分拣装置的分拣结果以及长、短工件哪一个先到达轨道终端来定。但机械手对工件的堆放顺序却是固定的，要按照一定的规律堆放，并且堆放工件的位置精度也是有要求的。

3 机械手控制系统组成

　　由于取工件和堆放工件都有定位精度要求，所以在机械手控制中，除了要对垂直手臂滑块气缸、气爪等普通气缸进行控制外，还要涉及到对水平手臂气缸以及机械手腰部回转的伺服控制。其中，机械手水平手臂气缸的伺服控制采用气动比例伺服控制系统;机械手的回转控制则采用三相混和式步进电机及其控制系统。考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，对这种混合驱动机械手采用plc作为核心控制器，上述各控制对象都必须在plc的统一控制下协同工作，plc采用日本三菱公司的fx2n-32mr型plc（16点输入、16点输出）。

　　步进电机选用深圳白山机电公司的bs110hb3l142-04型三相混合式步进电机，大扭矩：12nm;保持转矩：13.5nm;额定电流4.2a。步进电机驱动器性能的优劣，直接关系到步进电机的正常运行，必须合理选配。为此，我们仍选择白山公司与bs110三相混合式步进电机配套的等角度恒力矩细分型驱动器，定位精度可达30000步/转。为了确保步进电机控制的稳定性、可靠性以及便于日后维护，我们选择与fx2n系列plc配套的脉冲发生单元fx2n-1pg作为步进电机驱动器的控制单元［2］。plc通过扩展电缆、控制信号以及from/to指令对1pg进行控制，向1pg发出定位命令，然后由1pg通过向步进电机驱动器输出指定数量的脉冲（大100kpps）来具体执行这个定位命令，从而终实现plc对步进电机的伺服定位控制，既提高了控制的灵活性和可靠性，又便于控制程序的编写。

fx2n-1pg的fp和rp分别与步进电机的dr-和pu-端子相连，表示输出脉冲类型分别为前向脉冲和反向脉冲。1pg的dog端为确定步进电机原点位置时所用。在调试时，当步进电机接近原点位置时，应通过此端对应的按钮接通24v电源，从而使步进电机开始以原点返回速度（爬行速度）转动，以便在到达设定的原点位置时方便于pg0端的控制。pg0+和pg0-为步进电机到达原点位置时的停转控制信号，需外加一个5v电源，正端接pg0+，负端通过开关k与pg0-相连。当步进电机在dog信号的控制下缓慢转动到达设定的原点位置时，可通过手动或行程开关触发pg0+和pg0-，使两端接通5v电源，于是电机停转，并将原点位置记录下来，存贮在1pg的bfm#26和#27这2个寄存器中，作为plc对步进电机进一步控制的基准和重要参数。

　　气动比例伺服控制系统采用德国festo公司的相关产品，主要由hmp坐标气缸、伺服定位控制器spc200以及与之配套的内置位移传感器mlo-pot-0225、气动伺服阀mpye-5-1/8-lf-010-b和伺服定位控制连接器spc-aif-pot等装置组成。在图2的控制系统硬件接线中，主要涉及其中spc200的dio数字量i/o模块的接线［3］。从该图中可见，一方面plc通过输出端y0-y3控制spc200的定位指令（record select工作方式）记录号选取，并通过y6启动伺服定位;另一方面spc200又通过定位任务完成信号q0.4（mc-a）将定位执行情况反馈到plc的输入端x12，以便于plc的程序控制。

　　在滑块气缸和气爪上都安装有磁性开关传感器，用于检测气缸活塞的位置。通过这些传感器的信号，并结合步进电机和气动伺服的启停信号，在plc的控制下，就能够对滑块气缸和气爪对应的电磁阀进行控制，进而实现气缸的动作。

4 控制系统plc程序设计

　　4.1 步进电机初始化控制程序

　　plc与1pg间通过from/to指令进行联系。通过to指令，plc将控制命令及参数写入1pg的缓存，而在1pg控制下，步进电机的运行状态则由plc通过from指令读入，以便程序处理。在图3所示的部分步进电机初始化程序中，plc一旦通电运行，便在每一个循环执行周期中将其m0～m15寄存器的内容写入1pg的操作命令缓存“bfm#25”中，控制1pg的工作。同时，plc还不断从1pg的“bfm#28”、“bfm#27”和“bfm#26”缓存中读入步进电机的运行状态和当前位置值，以便在逻辑控制中通过对这些输入值的处理来进一步控制机械手的动作。

　按设计要求，同类型工件每4个为一组放置，两种工件各自的堆放顺序不能互相干扰。因此，同类型的4个工件搬运为一个基本循环，在各自的工件循环中分别设置了相应的工件计数标志位。

　　4.2 机械手综合控制程序

　　综合前述的步进电机和气动伺服控制技术，同时结合对垂直手臂滑块气缸、气爪的控制要求，下面给出机械手完成一次定位并抓取工件的部分plc程序

该程序表明：当工件分拣加工完毕后，机械手首先转动一定的角度指向取工件位置，待步进电机定位结束后，垂直手臂滑块气缸活塞落下，然后水平手臂气缸在气动伺服控制下伸出设定的定位位移。定位位移是由plc的输出端子（y2～y0）控制spc200输入端子（i0.2～i0.0）的状态来决定的，如附表所示，从而实现了plc对气动伺服定位的控制。当气动伺服定位结束后，气爪动作，夹紧工件。后续的搬运和放置工件的控制程序原理与之类似。

5 结束语

　　上述针对机械手的控制方法充分利用了plc和其它控制装置的特性，结构紧凑、控制可靠，目前在现场运行良好。作为一个相对独立的plc控制系统，它还可以通过rs-485总线或cc-bbbb总线与生产线上的其它plc及控制器组成工业控制网络，实现更进一步的自动化生产控制。

1 引言

　　汽轮机危急跳闸系统（ets）是汽轮机保护重要的一环，它是汽轮机电跳闸的出口，其运行安全与否直接影响到汽轮机的安全运行。ets监测汽轮机的一些重要参数，如：润滑油压力、凝汽器真空、汽机转速、转子振动、轴向位移等，当这些参数越限时，输出跳闸信号到跳闸电磁阀，跳闸电磁阀卸掉保安系统的保安油，使汽轮机的主汽阀和调节阀迅速关闭，完成汽轮机跳闸的功能，使汽轮机紧急停机，处于安全状态，以避免发生严重的后果。

　　过去的汽轮机危急跳闸系统是由继电器、触发器等独立电气元件组成简单的逻辑回路，由分离电子元件组成电子线路板接收模拟量输入（转速）等来实现系统控制功能，其特点是：线路复杂、体积庞大，功能有限;可靠性低，常出现“拒动”或“误动”;稳定性和灵活性差，极不利于系统维护工作。因此，必须对其进行改造。

　　以耒阳电厂为例， 在2号机组（200 mw）dcs改造过程中，对的汽轮机危急跳闸系统也进行了改造，淘汰了以往的危急跳闸联锁保护柜，采用了以可编程逻辑控制器（plc）为核心的ets。此次ets改造是由笔者负责安装、编程、调试的，现在介绍plc在汽轮机ets中的应用情况。

2 系统组成

　　耒阳电厂的2号机组（200mw）的ets系统是以可编程逻辑控制器plc为核心的控制柜、执行机构、声光报警和一次、二次外围元件组成，系统装置如图1所示。ets控制柜里主要有双plc、报警继电器、跳闸继电器、保护投切盘等。每一路输入、输出通道都有与之相对应的指示灯，可以检查某一通道的动作情况。且系统具有在线试验功能。

　　　　借助dcs系统的强大功能，使ets系统的人机界面成为dcs系统的一个子系统。可以方便地对整个ets系统进行直观的状态监视分析，对系统状态和众多过程量设置声光报警。并且把汽轮机跳闸的首出原因送进了事故追忆系统（soe），可以方便的查找汽轮机跳闸原因。这样丰富和完善了对ets系统的检修、维护手段，提高了自动化水平。

　　ets选用了西门子公司的s7系列plc，选用了电源模块、cpu模块、di模块和do模块。由plc的中央处理单元cpu完成所有输入信号的逻辑处理和输出信号的逻辑控制。由于系统对该装置的可靠性要求特别高，即保证在任何可能发生的紧急情况下，都能准确无误地使汽轮机组停机，所以该套装置设置为双plc运行方式。由于双plc是并列运行，互不干扰，并具有“或”的关系，不需要在线热切换，所以不存在切换扰动的问题。若其中任意一套发生故障，另一套可编程控制器还是正常运行，此时，汽机运行的保护功能仍是完整的。这种双plc控制方案比通常所讲的双冗余控制方案的可靠性更高一些。

3 程序设计

　　输入信号要求设定并组合，如三选二（确保消除误停机现象）、四选二（适用于需要在线试验的情况），编程过程中可编程逻辑控制器的特点尽大可能的发挥。通过编写功能“子程序”、“中断”程序等，达到控制功能完整，运行快捷的目的。传统控制方式中某一功能的触点的可靠性受器件的限制，而改用可编程控制器后，该功能的触点就变成控制器的一个内在虚拟的地址，它的使用完全可以根据需求来确定。

　　输出信号选用带隔离、独立回路的do输出卡件，输出触点的带负载的能力完全满足系统中执行元件的要求。

4 系统性能特点

　　应用plc的ets系统具有如下性能特点：

　　（1） 正确性、可靠性高

　　正确性、可靠性是汽轮机ets系统的关键，本系统采用了双plc运行方式，确保整套装置在任何情况下，都能正确可靠地实现汽轮机跳闸功能。以往装置中重点关注的汽机“拒跳”或“误跳”的情况，在设计过程中得到充分合理的处理，这在技术上保证了系统的高可靠性。在plc选型方面，充分利用的产品，选用了具有实力的西门子公司的s7系列plc，这在硬件上保证了系统的高可靠性。

　　（2） 系统功能强

　　由于可编程逻辑控制器体积小，集成化程度高，运算速度快，逻辑控制容量大，所以整套程序中除了状态报警、遮断停机等常规功能外，还添加了在线试验功能。该功能的作用在于：在机组正常运行时，检查压力开关、电磁阀等外围元器件的状态， 提高整套装置的自身安全系数。

　　由于原控制系统具有jingque、灵敏，但抗干扰性差的特性，部分强电输出的控制部分无法直接完成，而可编程逻辑控制器在器件的选配方面已充分考虑到这一点，所以在ets系统中增加了这部分功能。

　　增加汽机跳闸首出原因记忆功能，帮助运行人员在时间知道停机的起因，避免了以往或者显示面板上有多项报警指示，分析不出起因，或者随着现场情况的瞬息变换，指示灯的熄灭，也找不到起因。同时，该功能的存在也为事故追忆系统（soe）的记录提供了验证手段。该功能完全通过程序编写完成，不需要增加任何硬件设备，而且完全应用编程技巧。在没有发生停机条件时，该功能不需要执行，不占用系统监测的时间，使系统的监测、停机功能得到大程度的实现。

　　（3） 自动化程度高

　　对于信号处理，如“延时”等功能，原来要求运行人员一直“按着”的按钮，现变成“按一下”软按钮，蜂鸣器一响即可，原来需要持续若干秒的要求可在程序中通过“秒脉冲”逻辑完成。该功能可多处使用，编程时不存在“资源紧张”的问题。同样的还有“定时器”、“rs触发器”、“pid调节器”等分离元件所具有的器件功能。这些器件在plc中均成为虚拟器件，能充分完成这些功能的要求。对该系统而言它们的使用数量是微不足道的，完全可以尽情使用。编程逻辑控制器中di、do卡件面板上的状态指示灯上，各种状态一目了然，故障排查简便易行。

　　（4） 制作程序化

　　整套装置的硬接线部分只涉及到确定所需输入和输出可编程控制器的信号，而控制逻辑部分完全固化在eprom中。对于功能增减的要求，通过修改程序后，下载程序，完成在eprom中的内容修改即可。监视整个装置的工作情况，包括信号的状态模拟、控制逻辑功能的“脱机”或在线调试等，均可在pc机上完成。

5 结束语

　　经过改造之后，耒阳电厂的2号机组（200mw）的ets系统的设计完全性可以达到大机组（300mw以上）的安全水平，应当说是很完善的安全系统设计。现在该系统已经安全运行一年半了，从未出现过任何问题，效果非常好。