西门子PLC(一级)代理商

1 引言

　　在电机的生产制造业中，电机产品的出厂试验与性能测试是非常重要的一个环节。在电机型式试验过程中，各机组的运行与控制较为复杂，若采用人工单机控制，很难满足试验测试的要求。本文介绍的双机组拖动控制系统是某中型电机试验站计算机自动测试系统的一部分，为了在电机进行型式试验时对机组各种运行工况和运行状态进行自动的转换和控制，我们将西门子6RA70全数字调速装置应用于试验站双机组拖动控制系统中，并采用触摸屏与PLC组成上位机监视管理系统，可方便的实现对机组各种运行工况和运行状态进行自动的转换和控制。

2 机组自动控制系统的构成与原理

　　2.1 系统的总体结构

　　机组拖动控制系统主要包括一个西门子全数字双机组拖动闭环调速系统和5个单片机控制的励磁电源实时控制系统。试验有4种不同的项目，不同的项目下各电机的运行情况不同，反馈信号也有所不同。机组运行控制原理如图（1）所示。由于机组的控制较复杂，并且在试验过程中还要进行多种工况的调整与变换，因此我们在对机组控制系统设计时，引入了集散控制的概念，整个拖动控制系统由触摸屏、PLC、及各励磁控制柜和调速系统构成，上位机将试验站的5套直流电源和一套双机组调速系统统一管理起来，通过PLC的模拟量模块对下位机输出控制的给定信号（远程控制时），也可根据需要由下位机对各电源子系统进行单机控制（当地控制时）。子系统的各运行参数可通过检测接口送回，并在触摸屏上显示。由此构成的集散型控制系统操作方便，安全可靠，提高了使整个测试系统的自动化程度和工作效率。控制系统结构框图如图（2）所示。

　　2.2双机组拖动控制系统组成原理

　　在试验中直流电机1ZF和2ZF由西门子全数字直流调速系统（6RA70）拖动控制，根据不同的试验项目，调速系统可选择两种不同的工作方式：一是稳压方式，其输出供给两台电机的电枢电压，即双机拖动;二是调速方式，要求对1ZF的转速进行稳定控制，即转速负反馈单机拖动控制。虽然两种工作方式下控制系统对象的结构的参数发生了变化，但可按不同的运行方式整定相应的控制参数，工作方式的选择只需要通过上位机给出变址参数即可实现。

图1 机组拖动控制原理

图2 控制系统结构框图

3 双机拖动控制系统参数设置与调试

　　西门子全数字直流调速系统功能强大，包括有控制单元，参数设定单元，功率单元，检测元件等及其他辅助部件。其自诊断能力强，安全保护措施全面，且现场调试与参数整定很方便。

　　3.1 变址选择与参数设置

　　为适应不同控制对象和运行工况的需要，可通过开关量（bit17、bit16）状态的设置选择4个不同变址号（1～4），并对应着一组不同的参数，包括对象的固有参数、调节器的控制参数以及控制量的指标参数等等。由于试验要求不同，双机组控制系统有两种运行方式，我们通过X171的端子39进行切换。当端子39为“0”（0V），则bit17bit16=00B，变址为1，选择第一组参数，系统工作于双机组拖动调压方式;当端子39为“1”（24V），则bit17bit16=01B，变址为2，既选择第二组参数，系统工作于单机拖动调速方式。显然这两种运行方式下控制对象的结构、参数都发生了变化，为了使系统达到良好的控制性能，控制参数也应与相应改变。

　　3.1现场调试与参数整定

　　在现场调试时，将6RA70全数字调速装置自带的简易操作控制面板通过串行接口与PC机连接，并将授权键参数P051设为40，则调节器的PID参数和其他的控制指标参数可直观方便的进行在线修改和调试。但对象的固有参数（如绕组的电阻，电感等）不可在线修改。

　　控制系统调节器的参数整定有两种方法：一种是按“自动优化运行”模式，系统通过各种测试，对各调节器控制参数进行整定和优化。另一种是按“手动优化”模式，在这种方式下首先应将对象的参数设置好，如电枢回路电阻由参数P110设置，电感由参数P111设置。各调节器的参数整定可根据运行情况在线逐步优化，直到各性能指标达到要求为止。

　　若要监视系统中各检测量的变化和运行状态，可通过设置连接器号在对应的显示窗口显示。模拟量连接器号由参数P044选择，并在参数号r043的窗口显示，可同时选择、显示7个模拟量。开关量连接器号由参数P046选择，并在参数号r045的窗口显示，可同时选择、显示4个开关量。这些显示窗口给现场调试带来很大的方便，提高了工作效率。

4 系统的应用

　　双机组拖动控制系统已研制完成，并在某厂的中型电机试验站中投入使用。其中触摸屏与计算机数据测试系统安装在主控室，PLC及显示仪表安装于现场控制室中。如图3为触摸屏试验项目选择界面之一。当控制系统工作于远程控制模式时，可由上位机给出变址号选择指令（0、1），以选则双机组拖动控制系统工况;当控制系统工作于当地控制模式时，由人工操作给出变址号选择指令。这种当地控制方式不但为系统的调试和控制参数的整定带来方便，并且不会因为某一台设备出现故障而影响整个系统的工作与运行。

　　经过实际应用，该双机组拖动控制系统各性能指标达到了设计要求。在双机组拖动调压方式时，两台电机起动平稳，当负载发生突变时电压超调量小于3%。在单机组拖动调速方式时，当负载发生突变时转速超调量小于1%。

图3 试验项目选择界面

5 结束语

　　经过现场调试与实践应用，双机组拖动控制系统运行性能良好，方便可靠。与以前人工单机控制相比，改自动控制系统的运用，减轻了实验站工作人员的劳动强度，提高了工作效率。将其与计算机数据采集系统结合起来应用与电机的型试试验中，使测试数据更加客观准确，为进一步提高产品质量提供有利的条件，受到用户的好评。

1  引言
        威海华东数控股份有限公司是2002年3月在威海机床厂有限公司的基础上经过资产重组，与山东省高新技术投资有限公司共同投资创办的山东省高新技术企业。公司主导产品：龙门加工中心，龙门导轨磨床，立式、卧式加工中心，数控车床、平面磨床、外圆磨床、摇臂铣床、数控系统、磁电式编码器等产品。

        其中程控龙门导轨磨床是专门磨削中，大型工件，特别适合于机械加工厂、量磨具厂及汽车行业，在配置砂轮角度修整器后，特别适用于机床行业磨削各种导轨。工件可直接固定在工作台面上或电磁吸盘上。本机床采用龙门式布局，由双立柱、横梁及床身组成封闭刚性框架结构，工作台纵向运动由双出杆油缸驱动，适用比例流量阀远程无极调速；横梁上有两个横向拖板，可沿横梁作横向运动，它采用交流伺服电机经齿型带减速驱动滚珠丝杆，由plc控制实现横向定距磨削、间歇进给、进给调速等功能，并采用电子手轮实现对刀及微量进给功能。垂直滑板可沿横向滑板上的导轨作垂直运动，其采用交流伺服电机经行星齿轮减速驱动滚珠丝杆由plc控制实现横向定距磨削、间歇进给、进给调速等功能，并采用电子手轮实现对刀及微量进给功能。左右磨头采用变频驱动。磨头横向、垂直方向，工作台可利用面板操作任意设定行程距离，免除传统机型人工调整行程档铁的不便，提高生产效率。

2  简要工艺
        加工过程为：使用卧磨头磨削平面，在工作台上固定好工件以后，开动液压站，根据工件的长度（纵向）设定工作台往复运动的行程，然后再进行横向行程的设定，加工范围设定好后，即可对刀磨削。手动操作磨削：开液压站，工作台在液压缸的驱动下进行往复运动，面板上电位器控制其运动速度，垂直进给选用手动模式，横向进给选择进给模式，间歇进给时，在工作台换向的同时，磨头横向进给一定长度（进给量由波段开关控制），用手轮控制磨头上下进刀，简便安全。
      本机还配备自动定尺寸磨削功能，通过触摸屏设置粗磨进刀量，粗磨次数，精磨次数等参数，可进行全自动平面磨削达到所设定尺寸并实现零磨削后，工作台自动停止与左端，砂轮可上升至定点油压电机电源立即自动关闭，使磨削更趋于自动化。设备外观如图1所示。

3  控制系统构成
3.1 电气系统的布局
        电气控制系统包括：液压传动部分，伺服传动部分，数据检测部分，plc模块控制器部分，触摸屏部分。都集中在电气控制柜，其采用独立的控制柜，其内部将机床的程控系统，伺服驱动控制系统，断路器，接触器，继电器等控制元器件集中布置，电器柜全封闭防护，并配有空调时温度控制装置，使得系统在良好的工作环境运行，保证了系统运行的可靠性。
3.2 设计方案分析
        项目初考虑过3个技术设计方案。
        （1）  方案1
        cpu226 cn用通讯模式控制三菱伺服进给，但功能模式切换复杂，通讯处理时间长，反应缓慢，实效差，严重影响操作加工，不予考虑。
        （2）   方案2
        施耐德plc+驱动 此产品必须配合使用，但施耐德伺服电机惯量太低，造成机床震动，不予考虑。  
        （3） 方案3
         西门子cpu226 cn+安川伺服 即本系统，具体考虑如下文。
        plc是本机床控制功能的核心，必须具有4路高速计数器（左横向定距，右垂直定距，工作台定距，电子手轮ab相脉冲计数）；同时具备2路伺服驱动微量进给控制的高速脉冲功能；系统的人机界面采用西门子专为s7-200开发的带功能按键的触摸屏k-tp178micro
        支持s7-200系统的多主站连接友好的操作界面：触摸屏+按键。
        快速的系统启动时间和操作响应时间特别适合车间磨床的实际生产加工要求，机械加工现场的恶劣环境以及超大存储空间，触摸声音反馈，硬件设计全面更新，无与伦比的高可靠性，更高的鲁棒性，防冲击和震动，并能防水耐脏，采用32位arm7处理器，性能优异，集成的lcd控制器，消除了cpu和lcd控制器的之间的传输瓶颈。 
        配置软件：wincc flexible，编程灵活快捷与龙门磨床的控制工艺要求及环境要求完全吻合；而且符合中国用户使用习惯 。选定的西门子硬件配置见附表。

4  控制系统功能及要点
        程控龙门磨床与传统普通磨床比较，优势在于自动化程度大大的提高，很大程度上节省人力，提高了操作安全系数，而且成本不是很高，在价格上由很大优势。下面说明几个重要的功能：
4.1 定距设置
        进行磨削时，工作台的来回运动行程由安装在其底部的齿条带动编码器发ab相正交脉冲纪录。通过触摸屏k-tp178micro设置定距的起点与重点，由于液压传动存在缓冲，只有靠提前换向来“抵消”缓冲量，长度根据缓冲量在屏里设定。编程思路如图3示。左横向与右垂直定距原理与此相同。

4.2 手动进刀
        处理的重点在于手轮进给的随动性，性，根据手轮进给的功能特点，模式选择掰到手动时，摇动手轮相应的轴触发进给，有×1，×10两档，每格进给5μm，50μm；并且必须保证每次摇手轮磨头都能够进刀，而且随动性能要好，坚决不能有脉冲累计现象，以免撞碎砂轮发生故障。这就对控制程序提出了严格的要求：手轮脉冲输入——程序处理——高速脉冲输出。
        首先考虑输入环节，高速计数器的特性是用于对s7-200扫描速率无法控制的高速事件进行计数，完全符合我们的控制需要，很好的解决了摇手轮事件的突发性，而且准确的纪录；
        其次，把接收到的脉冲准确的反映到相应的高速脉冲输出。处理环节，首先考虑采用中断，但是中断程序要求是短小而简单，执行时对其他的处理也不要延时过长意外的条件可能会引起主程序控制的设备的操作异常，而本处理需要提前清空高速计数，再计数赋值给高速脉冲口，后还要再次清除高速计数器，过程相对复杂，处理时间较长所以不考虑。项目采用的是sm0.6扫描时钟“间歇”处理上述过程完全可以胜任。
4.3 自动磨削
        整个工序是以时间为基础，充分的利用了s7-200中子程序的模块功能，在各种检测输入与强大的功能指令结合严谨的控制逻辑，终完成所需的工艺与安全功能