泰州西门子一级代理

一、引言：

在当今制造业，随着产品种类的增多及对产品质量要求的不断提高，对焊接工艺要求起来越高，所以许多原来有人工焊接的产品对焊接自动化设备的需求及要求也越来越多。现就对国产易控王板式PLC在这一方面的系统应用作一介绍。

工作原理：利用易控王PLC的易用的通信功能：标准配置2个通信口，1个RS422通信口，1个RS485通信口。用PLC的RS485口与变频器通信(MODBUS-RTU)，控制变频器运行、停止、速度并读取变频器运行状态及输出频率。再通过HaiwellPLC的RS422口与文本显示器通信，对焊接工艺参数进行设定。

系统优点：

1、利用易控王PLC的MODBUS-RTU通信协议指令实现与变频器的运行控制与状态读取。所有易控王PLC的通信功能均为标准MODBUS-RTU协议，支持位读写和字节读写

2、易控王PLC标准配置1个RS422口和1个RS485口。

3、利用通信实现变频器的速度调节及运行控制，大大增强系统的抗干扰能力，大大提高系统在强干扰的焊接场合的可靠性与稳定性。

4、利用通信实现变频器的通信，节省了PLCDA模块，大大节约系统成本，并轻易实现应对不同产品需要不同工艺控制参数(焊接速度、焊接时间)的要求。

　　主要硬件配置：

　　1、可编程控制器：易控王FX2N-40MR1台

　　2、变频器：1台

　　3、文本显示器MT3061台

三、程序设计亮点：

1、利用MODBUS-RTU指令非常容易的实现与变频器通信。；

2、利用通信功能控制变频器，大大提高速度控制的jingque性，并简化了许多原来

D/A转换时的数字量——工程量——显示值间转换程序。

四、总结：

利用易控王板式可编程控制器(EASYKINGPLC)便利的通信功能及便利的指令集，满足了焊接自动化设备厂商对设备广泛适应性要求。可广泛应用于焊接自动化行业设备配套场合。 

随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域已有翻天覆地的变化，PLC亦在不断的发展，正朝着新的技术发展，PLC未来发展方向主要有以下几点：

　  一是PLC网络化技术的发展，其中有两个趋势：一方面，PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各dapinpaiPLC除形成自己各具特色的PLC网络系统、完成设备控制任务之外，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息管理系统的一部分；另一方面，现场总线技术得到广泛的采用，PLC与其他安装在现场的智能化设备，比如智能仪表、传感器、智能型电磁阀、智能型驱动执行机构等，通过一根传输介质(比如双绞线、同轴电缆、光缆)链接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场网络，这种网络与单纯的PLC远程网络相比，配置更灵活，扩展更方便，造价更低，性能价格比更好，也更具开放意义。

　　二是PLC向高性能小型化方向发展，PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。比如三菱的FX-1S系列PLC，小的机种，体积仅为60×90×75mm，相当于一个继电器，但却具有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的处理能力，如浮点数运算、PID调节、温度控制、jingque定位、步进驱动、报表统计等。从这种意义上说，PLC系统与DCS(集散控制系统)的差别越来越小了，用PLC同样可以构成一个过程控制系统。

　　三是PLC操作向简易化方向发展。目前PLC推广的难度之一就是复杂的编程使得用户望而却步，而且不同厂商PLC所有编程的语言也不尽相同，用户往往需要掌握更多种编程语言，难度较大。PID控制、网络通信、高速计数器、位置控制、数据记录、配方和文本显示器等编程和应用也是PLC程序设计中的难点，用普通的方法对它们编程时，需要熟悉有关的特殊存储器的意义，在编程时对它们赋值，运行时通过访问它们来实现对应的功能。这些程序往往还与中断有关，编程的过程既繁琐又容易出错，阻碍了PLC的进一步推广应用。PLC的发展必然朝着操作简化对复杂任务的编程，在这一点上西门子就充当了先行者，西门子S7-200的编程软件设计了大量的编程向导，只需要在对话框中输入一些参数，就可以自动生成包括中断程序在内的用户程序，大大方便了用户的使用.

　　四是嵌入式PLC具有很大的发展空间。嵌入式PLC的发展也呈现多元化，国内外均有良好表现：德国赫优讯推出的将现场总线技术和PLC技术结合的netPLC很有特色；国内几年前就有华中科技大学在EASYCORE1.00核心芯片组中加载了嵌入式PLC系统软件，作为硬件平台，开发了多模人通道的嵌入式PLC；还有一种发展路径是以开发PLC与人机界面相结合的硬件/软件一体化为目标的平台，充分利用了CASE工具，结合各类嵌入式芯片的开发平台和各种输入/输出通道的硬件电路库，专为机电设备开发客制化、具有ODM性质的专用PLC。

　　而在我国嵌入式PLC的发展空间，首先在于它十分有利于发挥我国自动化行业发展的两大特点：有相当雄厚的为机电设备配套的市场基础，并拥有足够的、性价比全球优的设计开发队伍。我们完全可以以低的成本、较高的质量，并按客制化的要求设计、生产为机电设备配套的嵌入式PLC，来代替通用PLC。

　　同时，嵌入式PLC的硬件、软件、人机界面、通信等各方面的功能设计灵活，易于剪裁，更贴近各种档次的机电设备的要求。嵌入式PLC完全基于嵌入式系统的技术基础，拿来就可用。SOC芯片、嵌入式操作系统与符合工EC61131-3编程语言标准的编程环境等优势，使得其在市场上很容易找到。

引言

    剪切机是钢板连续生产线上不可缺少的重要设备，其用途是用来剪切定尺寸、切边、切试样及切除钢板的局部缺陷等。目前，对剪切机的功能需求在不断的扩展，同时也对剪切机的生产效率和加工精度提出更高的要求。通过将PLC控制技术应用于剪板机，极大地改善了设备的电气性能，提高了设备的自动化水平，实现连续方式的生产，大大提高生产效率，减轻了工作人员的劳动强度。

　　1 自动剪板机结构设计

    自动化剪切机应能根据被剪板料的材质、厚度和剪切长度，自动完成剪切行程、刀片间隙的调整，可配备前送料系统或后托料装置，集送料、卸料于一体，有效地提高设备的自动化程度，并能够根据需要进行单步执行或连续循环操作。

据此，设计完成的自动剪板机分为取料模块、校平模块、定长模块、剪切模块五个部分，几个模块联合工作，从而实现自动剪板，并达到精度要求。在取料、校平、定长模块中均采用辊轴来实现，用电动机作为动力源。对于剪切模块，因工作时的振动较大，并且是直线往复动作，故考虑采用气压传动方式。在工作中要注意电动机即辊轴传动系统的同步性问题。

    取料模块由开卷模块和夹送模块组成。其中开卷模块中发料机构的原料装夹部分可以左右平移，以调节出料的大宽度。夹送模块主要是将要剪切的钢板往前传送，该模块有两个转动轴，上面的为从动轴，下面的为主动轴，主动轴直接由电动机传动，从动轴可以上下移动以适应不同厚度的钢板的夹紧和传送。由于剪切的对象是钢板，所以在夹送机构的钢板输出部分必须安装支撑。

    校平装置采用上下压力辊挤压待加工产品，使其达到预期的要求。该模块中压力辊轴与轴之间的位置要安排合理，上下轴的转向要相反，这样才能达到传输作用。通过齿轮传动系统，采用上辊单调节辊列平行式机构，通过在校直装置上安置的压力表来控制校平所需要的具体要求。

    定长模块主要由支架、上下辊轴、支撑杆以及滑块组成。自动剪板机要求应能满足不同宽度、不同厚度的钢板的剪切要求，因此，上下辊轴的间距应是能够调节的。对于定长模块的辊轴，为了确保高传动精度，上下辊轴应能够同步转动，因此在传动方式上选用同步齿形带来实现，具有传动精度高、传动效率高、运转平衡等优点，进一步改善了设备的性能。

    该自动剪切机的剪切模块选用平行刃剪切式结构。对于剪切模块，因为工作时的振动较大，并且是直线往复动作，故可考虑采用流体传动方式。因为气压传动具有清洁、安全、易于实现，且成本较液压式低等特点，一般情况下尽可能采用气压驱动方式。这里根据工作时的振动较大的特点，依据剪切力工作负荷进行计算，采用气压驱动方式实现钢板剪切，实践证明为行之有效的。

　　2 自动剪切机控制系统设计

　　2.1 控制系统硬件设计

    根据剪板机的工作要求，其控制系统的主控制器采用PLC。取料模块、校平模块、定长模块中的电动机通过变频器进行变频调速，满足加工中的速度要求。为了保证三个电动机的同步动作要求，仅仅凭借变频器调速还是不够的，会存在误差累积问题，当误差累积过大时会导致物料堆积过多而损害钢板，或者因钢板受到的拉应力过大而导致钢板变形，为此，在控制系统中采用同步控制器来实现电动机的同步控制。为了满足剪板机对剪板长度的高精度要求，在定长模块的辊轴上采用旋转编码器对辊轴的线速度和转动长度进行记数，实现钢板长度的jingque控制。。

　　2.1.1 PLC选型及应用

   工艺流程的特点和应用要求是选型的主要依据。控制系统中需要13个输入端口，8个输出端口。其中输出端中有6个分别输出给三个变频器用以控制电动机的正反转，为了保证输出端的COM端不会交叉连接，所以选择40点的I／O点数(本来按I／O点数来确定，24点的PLC就完全够用的了)。PLC的输出不仅要驱动变频器，而且要驱动电磁阀，属于是既有交流负载，又有直流负载，所以应选择继电器输出方式。经综合考虑，选择三菱PLC进行控制，型号为FX1N-40MR。

　　2.1.2 变频器选型及应用

    由于PLC选用FX1N-40MR，为达到更好的工作性能，变频器也选择三菱FR-E500型。FR-E500型变频器是一款小型高性能通用型变频器，采用磁通矢量控制可以实现1Hz运行150％转矩输出，内置RS-485通信接口，柔性PWM实现低噪音运行。

    变频器运行频率的设置方式有两种，种是固定变频器端口频率法，即选通不同端口输出不同频率的方式使用变频器，这样使用的好处是连线简单，无须使用复杂的软件，但缺点却是无法任意更改设置，灵活性差。第二种是应用FR-E500自带支持USS协议(通用串行接口协议)的通讯模块，使用USS协议，可以在上位机中通过软件设置变频器的输出频率，实时地在线更新设置，改变输出频率，其相应缺点是导致PLC程序十分复杂，而且通过USS协议设置频率的速度比种方法慢(种方法消耗时间少于10ms，第二种方法消耗时间在20-30之间)，考虑到在本文设计的系统中PLC的输出点相对较少，连线数目不多，从系统稳定性和实时性的角度考虑，采用种方式更合理。

    根据变频器(FR—E500)的技术规格，以定长模块为例，其端口分配如表3所示。

表3 定长模块用变频器端口分配表

　　2.1.3 同步控制器选型及应用

    市面上供应同步控制器的厂商较少，在这其中，以台湾台达的同步控制器性价比较高。因此，在本设备中选用台达同步控制器SCD-B系列的产品，型号为SCD0882lA：每台同步控制器可对8个单元的速度链进行控翩，每组速度链由反馈信号和单元输出两部分构成。在反馈信号端应输入传感器测量的钢板松紧情况的信号，以模拟量的形式输入给同步控制器，单元输出端口接变频器的频率设定器端口。

    同步控制器工作时以一个模块电动机的转速为基准(主电机)，将其它电动机的转速与之匹配(从电机)。在本剪板机中以定长模块的电动机为基准，故在反馈信号输入端应对应的在单元二和单元三接入反馈信号。三个变频器的频率设定器端口均要连接到同步控制器的单元输出端口，通过控制器内部运算，达到同步控制的目的。根据同步控制器(SCD08821A)的技术规格。

　　由于PLC内部能产生24V的直流电，所以可以直接对外部编码器和位移传感器进行供电。编码器采用OMRON公司的产品，型号为E6A2-CWZ5B1000P／R 0.5M。编码器的输出A、B两相分别接到PLC的X0、X1两端(PLC内部高速记数端)，通过内部2相输入(A-B相)计数器进行计数。同步控制器的输入端分别为单元二(校平模块)和单元三(送料模块)接入的两只非接触式位移传感器，为GEFRAN公司的IKlA型号的产品(模拟输出)，它们是同步控制器用来检测钢板松紧情况输入的信号。

2.2 控制系统软件设计

    针对典型剪板工艺过程，编写了相对应的PLC控制程序，具有手动操作、自动运行等功能。

2.2.1 所谓程序初始化

   所谓程序初始化就是设置控制程序的初始化参数。初始化程序是在开始时执行一次，其结果存在元件映象寄存器中，这些元件的状态在程序执行过程中大部分都不再变化。图4为控制系统初始化梯形图程序，M8044作为原点条件，初始状态检测原点条件，并作为自动运行的开始条件；M8000为运行监控用，PLC运行时M8000接通；RUN监视M8000驱动状态初始化指令IST执行后，下列元件被自动切换控制：S0，手动操作的初始状态；S1，原点复位的初始状态；S2，自动运行的初始状态。

2.2.2 手动操作

  　状态转移的大特点是由某一状态转移到下一状态后，前一状态自动复位。将两位旋钮开关选择到手动操作功能位置(X20)，则可进行剪板机的手动操作，可以实现电动机的点动(正转与反转)、闸门的点动(点动升与点动降)等手动操作。

2.2.3 自动运行程序。

　　自动运行程序可执行循环和单周期命令，以达到不同的控制要求。自动模式中又分为循环方式和单周期方式。循环方式是在生产中使用多的一种方式，按下自动启动按钮后，剪板机应能够实现连续的自动送料、剪切。单周期方式是剪板机实现自动送料、剪切，每次仅循环一次，即一个周期。这种方式较自动循环方式效率低，主要是用于调试时使用，以便操作者能够方便调试出满意的剪切效果。