6ES7321-7BH01-0AB0使用手册
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- 2026-05-31 08:04
矿用的自动装置，它采用了旋转编码器作为测距传感器，PLC作为控制核心，绞车房信号控制采用了日本三菱公司的FX2N-80MR先进技术。另外，本体采用了液压马达、三位四通电磁换向阀等液压元件来实现“松轨”（或“抱轨”）的机能工作。
1 自动装置的工作原理
在绞车启动时，绞车房主控PLC（可编程逻辑控制器）对编码器发生脉冲进行计数，PLC根据计数的结果转换为绞车的旋转角度和旋转方向，从而判断出矿车现在的位置和运行方向。
当检测出矿车的位置在某一轨道预定“松轨”点时，主控发出松开轨道指令同时送给该自动装置的液压马达和电磁换向阀的（Y1）电磁铁，从而被其控制的本体开始实现松开轨道动作；当检测矿车的位置运行到该道设定的“抱轨”点时，主控PLC发出抱紧轨道指令送给该装置的液压马达和电磁换向阀（Y2）电磁铁，从而被其控制的本体实现抱紧轨道动作。(分别见图1、图2所示)
2 工作过程
矿车下行时，本装置待命，PLC主控接通电源，绞车启动，当矿车运行到PLC内部计数器设定值时，发出“松轨”信号，装置液压马达开始启动，同时电磁换向器电磁铁（Y2）得电，于是电磁换向阀向左移动。此时，油液由液压缸右腔流入，左腔流出。那么，活塞杆驱动本体就实现“松轨”动作，从而使本体处于松开轨道状态，矿车放行；当矿车运行到达第二设定值时，发出抱轨信号，液压马达开始启动，同时电磁换向器电磁铁（Y1）得电，（Y2）断电，于是换向阀向右移动。此时，油液由液压缸左腔流入，右腔流出。那么，活塞杆驱动本体就实现“抱轨”动作，使本体处于抱紧轨道状态。
矿车上行时，与下行时恰恰相反。
当矿车运行速度大于或等于115%时(或出现飞车、溜车事故时)，限速继电器瞬时动作。相应地，安全回路中一组限速继电器常闭触点（GSJ2、GSJ1）就会断开，从而切断绞车安全回路，迫使绞车安全制动停车。
3 应用中必须考虑的几个问题
1）绞车传感器、旋转编码器(ASS)安装问题：
编码器：为了检测矿车运行现在距离，故编码器安装在绞车轮上。另外，要求编码器轴安装与传动轴误差不大于0.2mm。
传感器：为检测绞车开动后，旋转编码器是否能够正常投入工作，故需安装绞车传感器。传感器的磁钢也需安装在绞车轮上，传感器前端面与其磁钢平行距离不大于5mm。(见图3所示)
2）液压缸问题：
液压缸利用活塞杆来实现推动，使达到抱轨（或松轨）位置的有效行程（依实际工作情况可定出具体数据）。然后对液压缸正确选型，从而能够实现所需的机能动作。
3）联接问题：
与液压缸的活塞杆的联接方式。（是传递动力能量的关键处，需采用刚性联接或储能联接装置两种形式）
4)定性保护问题：
为保证使本体能够可靠地达到预定（抱紧、松开轨道）位置，需考虑在本体上安置两组限位继电器。另外，考虑到液压系统中油压、油温和油速能够有效的得以控制与保护以及能够实现其功能，液压系统需加安全阀、溢流阀和节流阀等保护元件。
5）需要注意的问题：
检修绞车设备时，本体必须置于闭合状态。即：“抱轨”状态。
矿用自动装置是基于PLC在绞车电控领域中的推广与应用，它结合绞车提升低频电控系统基本实现了自动化控制的目的。使它又一次体现于提升外围设备群中的一种技术改革道路上的创新型的延伸与拓展形态。显而易见，与原先传统的矿用装置（手动操纵式）相比，矿用自动装置的功能更齐全、性能更稳定、安全可靠性更高。
1 PLC中输出滞后输入现象导致的结果
在继电器控制线路中，个个并联电路是同时加电压，并行工作的，由于实际元件动作的机械惯性，可能会发生触点竞争现象。在梯形图中，各个编程元件的动作顺序是按扫描顺序依次执行的，或者说是按串行的方式工作的，在执行梯形图程序时，是自上而下，从左到右，串行扫描，不会发生触点竞争现象。
表面上看起来完全一样的继电器控制线路图与梯形图，它们产生的效果可能不完全一样，甚至某些作用完全相反。完全一样的继电器控制线路图与梯形图，控制目的都是为了实现“当X0动作后X1动作，使Y2自保持,使Y0复位”的功能。
当X0动作后，Y0得电并自保持，且为Y2接通、自保持创造了条件。接着X1动作，使Y1得电，Y1的动断点先切断Y0，结果使Y0 复位的目的实现了，但使Y2总不能得电。在图（b）中，当X0动作后，Y0“得电”并自保持，在X1动作后， Y1“得电”。所以，在当前扫描周期内，当程序扫描到下面的Y0 、Y1动合触点时，因其线圈此时均已“得电”，它们均处于接通状态。这样，Y2能“得电”且自保持。待到下个扫描周期时，Y0 被复位，达到了控制目的。
当X0,X1相继动作后，由于Y3,Y4的动作惯性，使Y0在Y2得电且自保持后被复位，达到了控制目的。在X1未动作时，Y1,Y3,Y4均“得电”.在X0动作后，Y0“得电”自保持，待扫描到Y2，Y2不能“得电”。即使X0动作后X1马上动作，顺序扫描又会使Y0复位。结果，Y2仍不能得电。
2 分析输出响应对输入响应的滞后现象的原因
2.1 PLC程序执行过程
PLC对用户程序的执行过程是以微处理器的周期性顺序循环扫描的工作方式进行的。PLC投入运行后，便进入程序执行过程，它分为三个阶段进行，即输入采样、程序执行、输出刷新。PLC开始运行时，首先清除输入输出状态寄存器原来的内容，然后进行自诊断，自检CPU及I/O组件，确认工作正常后开始循环扫描。PLC的每一个扫描过程可用图1表示。
PCB数控钻床是用于对PCB板进行加工的一种机床,其本质是通过对孔进行平面定位来控制微孔加工钻床。一般运动执行方式有两种:一种是采用伺服电机或者步进电机和滚珠丝杠作为运动执行部件,第二种是通过直线电机直接带动工作台运动。新的电气控制系统设计采用模块化的设计技术,从机床的机械部分、控制系统的硬件和软件方面进行全新的设计。可以实现高精度的闭环控制,高可靠的状态控制,高效率的加工方式以及友好的人机界面。
1电气控制总体设计
1.1机械设计
总体布局采用X、Y轴分立式结构,装配简单,两方向运动质量基本相同。X、Y轴的电机带动滚珠丝杠旋转,通过螺母副带动工作台在X、Y方向上移动。Z轴结构对于高速钻孔极其重要,设计和制造严格保证驱动电机主轴和钻孔主轴共线。采用上端固定下端悬臂丝杠结构,采用弹性联轴器。滚珠丝杠和导轨采用。机床底座,横梁,工作台采用全花岗石,保证高精度稳定性和温度稳定性。
1.2电气控制原理
机床基本工作原理如下图1所示:
这个系统的工作原理是,机读取文件信息,把数据传递给SIMOTION D,再根据这些收到的数据控制电机模块驱动电机带动工作台进行位置控制,光栅尺实时检测工作台的位置信息并传递给SIMOTION D,实现对工作台进行位置调整满足对位置的精度要求。由于光栅尺信号不能直接识别,所以通过传感器模块转换为标准的信号传递给SIMOTION D。被接收到主轴的转速信息通过模拟量模块输出一个相应的电压控制变频器驱动主轴转动。工作台的工作状态可以通过多个传感器如接近开关、断刀检测传感器、深度检测传感器等检测到并传入系统。这些传感器的信号先送到扩展模块中,再送入SIMOTION D中,运用强大的工艺处理、逻辑处理能力,对这些信号进行处理,从而完成整个的加工任务。
2PCB数控机床电气控制
为了实现较高的控制精度,采用变频器、电机、光栅尺构成全闭环控制系统。同时为了提高生产率,数控机床具有工件自动夹紧、机械手自动换刀、断刀检测、通信检测自动建立通信连接以及刀位检测等多种功能,实现机床监控的自动化。
2.1硬件结构
数控机床是由上位机软件、下位机软件、硬件电路和机械部分组成。硬件电路负责机床的驱动、各部分之间信息的传递以及系统的保护等。
(1)机械手换刀。
机械手为气动型有两个自由度,向上伸出机械臂和刀具加紧。分别通过对电磁阀的开关控制实现对机械手气缸进气控制使机械手可以自由的伸出、收回、加紧刀具和松开刀具。为了刀具被正确的放回刀库,机械手的伸出长度可以由SIMOTION D控制,实现方式为机械手的运动活塞带有磁性,在气缸外壁安装磁性感应开关,当机械手运动到某一位置时感应开关接通,SIMOTION D收到信号后立即关闭机械手的进气路达到机械手限位目的。
(2)断刀检测。
短刀检测采用光纤传感器,为OC门形式,三根接入线可以直接接24V电源,信号线可以通过电阻介入24V构成电平输出。传感器的一根光纤输出一束红外线,另一根光纤接受这束红外线,这样可以通过是否被遮挡判断道具是否失效。其原理图如图2所示。
2.2系统功能模块
软件的设计是整个系统的组成部分,是硬件按照要求工作的指挥者。下位机软件是运行在序,负责从上位机接收数据并控制执行部件工作和检测机床状态的任务。已经组态好轴以后就可以通过程序对轴进行操作。SIMOTION D内部程序是由操作系统调用的,SCOUT为我们提供了大量的功能块方便调用。
(1)轴使能功能块。
此功能块主要是对即将启动的轴进行初始化。在启动一根轴之前必须先对此轴进行使能。步骤为在中选择要使能的轴,选择使能方式。
(2)轴的位置控制功能块。
轴的位置控制功能块是驱动一根轴运动到指定的位置。
(3)轴的回零功能块。
对于非值编码器,每次系统上电轴必须回零以确定轴的当前位置。
(4)关闭轴功能块。
在轴不再启动时可以关闭轴。在关闭轴后如果在操作轴运动是非法的会造成停机。
2.3调试结论
本系统具有6根轴,使用了接近开关、深度检测传感器、机械手、压力传感器和变频器等多种输入输出器件,各器件之间的相互融合性对系统的性能具有决定性作用。所以本系统的调试工作极为重要。经过空载调试、主轴调试、传感器工作参数调试、自动换刀和上位机控制调试,可以知道,高精度PCB数控机床的电气控制系统是成功的,具有高的可靠性和抗干扰能力,具备较高的动态特性与快速反应能力。其中电机调试中的低速鸣叫与其载波频率相关,而一般鸣叫则与其电流增益相关,严重的振动则是伺服增益参数需要较大调整,也就还需要进一步努力。
西门子PLC模块，变频器，触摸屏，交换机
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