河源西门子PLC总代理商

1 引言
由于干出灰控制系统控制点数多、工况恶劣，在传统的控制技术下，系统效率较低、可靠性差、达不到期望的控制效果;而可编程逻辑控制器(PLC)结构紧凑、扩展性能良好、价格低廉、运算指令丰富，抗干扰能力强、可靠性高，非常适合在恶劣条件下工作的工程机械使用。本文针对干出灰控制系统的要求，设计了一种基于PLC的干出灰控制系统。
2 工艺流程
现场共有三台炉子(1#，2#，4#)、两个灰库、三台空压机、两台风机。1#炉、2#炉各自包括两个电场，4#炉包括三个电场，每个电场包括一组(两个)仓泵，每组仓泵附近配置一个电磁阀箱(共7个)。七个电磁阀箱的内部结构完全相同，功能一样。
(1) 电磁阀箱内有七个电磁阀，远程/就地转换开关、复位按钮、报警指示灯各一个，每个电磁阀配有一个手/自动转换开关。自动输灰时，七个手/自动开关都应打到自动位置，远程/就地开关打到远程位置，如果二者设置不一致，控制室内连锁报亮，上位机也会出现报警。当远程/就地开关打到“就地”位置时，自动输灰停止。
(2) 任一仓泵由就地控制切换到远程控制时，该仓泵都要升压流化出灰一次，然后进行正常的自动出灰过程;由控制远程切换到就地控制时，该仓泵停止出灰。
(3) 当仓泵料位计故障后，进灰阶段自动转为时间控制，故障消除后进灰阶段转为料位和时间双重控制。吹堵或人工清堵时出现报警，堵管消除后，按下复位按钮可恢复自动输灰。
(4) 同一输灰管线上只能有一个仓泵输灰。1#、2#炉一、二 电场共用一根输灰管，优先级别为:先满足出灰条件的一组仓泵优先出灰。4#炉一、二、三电场共用一根输灰管，出灰优先级别为:三电场的的仓泵出灰等待时间超过40min时级别高，二电场的仓泵出灰等待时间超过20min时级别较高，一电场仓泵出灰级别高，二电场仓泵出灰级别较一电场次之，三电场出灰级别低。
(5) 输灰时间过长报警后，输灰管道上的压力值小于30Kpa，该仓泵出灰阶段结束，转入吹扫阶段。
3 硬件系统设计
根据上述的工艺流程要求以及系统本身还要实现数据处理、画面显示、文档存储等功能，本系统采用了上位机与下位机结合的双级结构。控制系统的检测和控制点数共有202点，其中AI:22点，DI:91点，DO:89点。控制系统硬件框图如图1所示。(1) 上位机选型
本系统上位机采用ADVANTECH工控机，硬盘容量为30G，内存为128M，显示器为PHILIPS 109G，操作系统为WIN2000 Professional。
(2) 下位机硬件配置
CPU模块:FX2N-128MF;输入/输出模块:FX2N-4AD;通讯模块:RS485BD和RS232C。
4 软件系统设计
(1) 上位机软件设计
监控系统软件采用的是北京“亚控公司”的《组态王5.1》。整个监控画面由首页、系统图、历史趋势图、模拟量棒图、报警图，报警表、参数设定、吹堵阀图、报表几部分组成。
l 首页:按正常方式打开工控机，提示输入登录密码，密码正确后进入WIN2000操作系统，进入《组态王》“运行系统”输灰监控系统首页后等待10s，自动进入系统总貌图。
l 系统图:系统图共5幅:总貌、1#炉系统图、2#炉系统图、4#炉系统图、灰库及电气设备系统图。
l 历史趋势图:历史趋势图上有数字显示出左、右两指示器值并有大值、小值、平均值显示。屏幕下方设有四个设定步长的按钮可供选择，另外还设有一个“参数设定”按钮。
l 模拟量棒图:棒图可直接显示出仓泵压力值，储气罐压力值，空压机、风机、电加热器的电流值。
l 报警图:报警时显示红色，按下确认后，未恢复的报警则变成黄色，否则变成绿色，在屏幕右上角的粉色框内显示新出现的报警。屏幕上的复位按钮用于复位堵管联锁使输灰恢复正常。
l 报警表:以表格的形式出现，能够显示出数字量输入点的状态。在仪表调试和维护时使用比较方便。
l 参数设定:在进行参数设定之前，必须先登录，在系统提示下选择“系统监察员”级别，输入正确的密码后，则可进行参数设定，设定完成后，要按下注销按钮，以保证系统安全。
l 吹堵阀:显示七个吹堵阀的开关状况，同样遵循“开阀”显示绿色，“关阀”显示红色的原则。
l 报表:该画面包括实时报表和历史报表的显示、编辑、保存、和打印的功能。
(2) 下位机软件设计
下位机程序主要采用梯形图编制，利用装在上位机的编程软件FXWIN-C编写调试，后将调试的控制程序下装到下位机，控制程序流程图如图2所示。

1  引言
      在电容器等分立式电子元器件生产过程中，套管烫印切断机是实现元器件外壳套管连续自动传送、热烫印商标、切断的设备。由于本公司在国内同行业中起步较早，国内无法找到这种专用设备。考虑进口设备价值太高，而且不一定能适合本司要求，公司与南通大学联合开发了这套套管自动烫印和切断设备。它能够适应各种规格批次，具有定长控制准确、生产效率高等特点。

2  工艺参数及调节范围及控制精度要求
2.1  工艺参数
(1) 套管折径宽度:30~170mm;
(2) 套管厚度:0.1~0.5mm;
(3) 烫金纸宽度:60±1mm。
2.2  调节范围及控制精度要求
(1) 进给长度:1~500mm连续可调，误差范围±0.5%;
(2) 进给速度:40~450mm/s连续可调;
(3) 烫金头温度:10℃~300℃连续可调;
(4) 烫金时间:0.00~2.00s连续可调;
(5) 进给长度:1~300mm连续可调，误差范围±2%;
(6) 进给速度:120~300mm/s连续可调。

3  系统硬件构成
      系统主控制采用FX1N PLC，它是三菱公司推出的超小型可编程序控制器。它具有紧凑的机身设计，电源、CPU、存储器、输出输入组成一个单元的可编程序控制器，同时在AC电源DC输入型中内置传感器用的DC24V供应电源。具有一定的扩展单元，可使用FX0N系列和FX2N系列的扩展模块和扩展单元，输入输出扩展设备大可扩展至128点。强大的指令功能，支持输入输出高速处理，如高速计数、脉冲输出功能。可进行各种链接，便于与人机介面链接以及较高的性价比。无疑能够满足我们控制的需要。
      烫金加热温控采用FX2N-2LC温控扩展模块，省去老式温控器，无须模拟量模块就可轻松将温度值传至人机介面，达到温度的控制。
      套管定长输送由三菱公司的MR-J2S-40A交流伺服放大器与HC-KFS43伺服电机构成。
烫金纸定长输送系统采用日本东方电机出品的UPK569AJW步进机构。
      三菱公司的F940GOT-SWD-C触摸屏构成人机的交换窗口。F940GOT-SWD-C为5.7英寸8彩色人机介面，具有许多特点:与外界链接方便，通过自带RS-422接口、RS-232C接口实现编程与PLC通信;阔视角的液晶显示，具有LCD背光照明功能，即使无光照也能看清显示内容;内置FX-10P功能使PLC顺序程序的调试及保养变得方便，在F940GOT轻松完成PLC程序的读出、写入、插入、删除、监控;通过菜单设定可以显示日文、英文、韩文、及中文汉字，提供丰富的图形编辑功能;通过定义触摸键替代普通控制按钮作为控制键;为保护PLC程序，可以设定密码，禁止读出与写入。

4  工作原理与控制方案
      整机工作原理示意图如图1所示。套管定长传送过程实现:PLC的Y1发出伺服脉冲，通过MR-J2S-40A交流伺服放大器驱动HC-KFS43伺服电机，再经过减速机带动主动辊1，带动套管定长传送。套管长度、传送速度、产品数量的检查、设定全部在人机介面完成。并且可以预设目标数量，到达自动停机。对于套管有无、位置偏移的检测全部有传感器接受，传至PLC与人机介面，完成准确报警内容

3.1　该系统的上位机系统功能如下：
　　1．实时反映工艺流程，形象再现生产过程（系统主画面图见图3）；
　　2．图表显示生产数据，方便操作工了解生产状况；
　　3．及时产生报警信息并予以打印，帮助操作工查找分析故障原因；
　　4．以曲线形式在线生产数据，方便查找历史数据，分析生产趋势；
　　5．以报表打印形式反映生产状况；
　　6．帮助操作工实现电机连锁开、停，并反映电机启动停车的有关信息；
　　7．给定控制工艺参数。
　　3.2　该系统的下位机功能如下：
　　1．数据采集：通过PLC AlS68AD转换模板对冷却水温度、糊料温度、糊料计量称、油箱油温、油箱油压、炭块高度、变频器电流进行模拟采集，并转换成FIX认可的数据格式（系统主要测点如下图4）。
　　2．电机连锁控制，以简单易行的PLC取代以往繁琐复杂、故障率高的电气连锁控制，并实现操作工远程开、停电机的功能。主要I/0点安排如下：
I/O Name 　　　　　　　Comment Remark
X80 CAR-EAST　　　　　　称量车回到位
X81 CAR-WEST　　　　　　称量车送料到位
X82 CAR-CLOSED　　　　　称量车门闭到位
X83 CLAMP-L CLOSED　　　左模夹紧到位
X84 CLAMP-R.CLOSED　　　右模夹紧到位
X85 CLAMP-L.OPENED　　　左模夹放松到位
X86 CLMP.R.OPENED　　　　右模夹放松到位
X87 HAMMER-HIGH　　　　　重锤上升到位
X88 HAMMER-LOW　　　　　重锤下降到位
X89 MOLD-HIGH　　　　　　模具上升到位
X8A MOLD-LOW　　　　　　　模具下降到位
X8B PUSH-OUT　　　　　　　推进器推出到位
X8C PUSH-IN　　　　　　　推进器返回到位
X8D SAFE-L.OPENED 　左安全爪开到位
X8E SAFE-R.OPENED 　右安全爪开到位
X90 SAFE-L.CLOSED 　左安全爪闭到位
X91 SAFE-R.CLOSED 　右安全爪闭到位
X92 CLASP-OPENED 　抱闸开到位
X93 CLASP-CLOSED 　抱闸闭到位
X94 PUSH-ENABLE 　后辅机允许推出
X95 CAR-OVERLOAD 　称量车电机过载
X96 　振动电机过载
X97 BP.RUNNING 　变频运行
X98 BP.ALARM 　　　　　　变频报警
X99 SYS.AUTO 　　　　　　系统手自动切换
X9A OIL-LOW 　　　　　　低油压
X9B BP.GIVE-M 　　　　　　点动补料
X9C GIVE-SAFE 　　　　　　布料安全
YA1 CLAMP-CLOSE 　模具加紧
YAl CLAMP-OPEN 　模具放松
YA2 HAMMER-DOWN 　重锤下降
YA3 HAMMER-UP 　　　　　　重锤上升
YA4 MOLD-UP 　　　　　　模具上升
YA5 MOLD-DOWN 　　　　　　模具下降
YA6 PUSH-GO 　　　　　　推进器推出
YA7 OIL-GUSH　　　　　　　喷油
YA8 DOOR-OPEN 　　　　　　开车门
YA9 BP.FWD　　　　　　　　变频下料
YAA BP.RESET　　　　　　　变频复位
YB0 CAR-GO　　　　　　　　程量车送料
YBl CAR-BACK　　　　　　　程量车返回
YB2 　　　　　振动开始
YB3 CLASP-OPEN　　　　　　开抱闸
YB6 TRANS.RUN 　　　　　　板式机运行
　　3.3　通过变频器控制圆盘螺旋下料机的电机转速来控制炭块的重量。
　　三菱A2ASCPFSI系列I/0点数量能达到1024点，程序语言使用梯形图或指令字语言，程序容量可达到64K步，并具有自诊断功能。
　　4　控制过程的实现
　　控制过程有4个操作程序：1、下料；2、装料；3、振动挤压、脱模；4、炭块推出、冷却输送。贯穿于振动成型过程中的主要问题是正确掌握温度、压力、振动频率、振动时间、推出速度。
　　4.1下料
　　经过混捏好的糊料，一般温度在130℃-140℃左右，从圆盘螺旋下料机顶部加料口加入，经分料器的上部锥体分布在圆盘上。在下料前，首先检查判断糊料斗称量车是否在圆盘螺旋下料机的下方等待接料，然后控制变频器输出驱动圆盘螺旋下料机电机的螺旋转速，对糊料斗称量车下料，下料过程由快到慢以满足炭块的重量。糊料斗车连同行走铁轨装有TOLEDO衡器公司生产的称重装置用于计量炭块的重量。炭块的重量可根据产品的类型、要求由上位机给定。
　　4.2装料
　　装料前PLC首先检查判断模具到位、模具安全爪夹紧到位、重锤上升到位、重锤安全爪夹紧到位等信号，然后打开糊料斗称量车的抱闸驱动小车送料，行走到模具口上方时停止行走关抱闸，然后糊料斗称量车底开门把称好的糊料放入模具中。
　　4.3振动挤压、脱模

　　1、振动挤压：此时PLC检查判断糊料斗称量车存在返回到位信号，然后重锤安全爪松开并到位，重锤下降并到位，开始驱动2台振动电机带动偏心振子转动，不平衡质量回转引起惯性力迫使振动台振动。又由于2个振动器转动方向相反、同步，使它们的惯性合力水平方向为零，只有在垂直方向产生激动力。振动台上的模具和装在模具内的糊料都处于强烈的振动状态。虽然振幅不大（一般在1~2mm），但振动频率很高（40~50HZ），它们的运动速度很快，振动周期在0.02秒左右，将产生大的加速度，这个加速度大大超过重力加速度，是它的几十倍至几百倍，因此糊料颗粒质量大小不同，获得的惯性力也不同，颗粒界面间产生应力，而这个应力超过糊料的内聚力，便产生相对位移。同时，在强烈的振动下，糊料颗粒间的内摩擦力及糊料与模具壁之间的外摩擦力也急剧下降，糊料便具有重液体的液体性质，跳跃着的糊料迅速充填到模具的各个角落，较小的颗粒充填到大颗粒间的空隙中去，从而得到具有规定形状的高密度程度的产品。
　　2、振动时间：是从重锤落到糊料面到完成振动所需的时间。振动时间短，则糊料密度低，既孔隙度大。铝电解用预熔阳极炭块振动时间为1~2分钟。振动时间可根据产品在现场整定。
　　3、脱模：输出信号驱动重锤上升并到位，重锤安全爪夹紧并到位；模具安全爪松开并到位，驱动模具上升且到位。
　　4.4炭块推出、冷却输送
　　1、炭块推出：驱动推出器从振动台推出炭块，在推出过程中对产品的高度进行检测。测高仪选用西安适盛测试设备公司的激光测高仪表，用来测试产品的质量。
　　2、冷却输送：被推出的产品马上在凉水中冷却，防止产品冷却的弯曲和变形。冷却时间应根据季节、产品直径大小、冷却水的温度TE103，现场整定。冷却完成后，驱动板式输送机输送炭块到炭块堆场，检查合格后堆放。
　　5、结束语
　　本系统已投入运行，软件设计完善，功能齐全，运行效果稳定可靠，性能良好。自动控制的实现，大大降低了操作工的工作强度，提高了工作效率，达到了节能降耗的目的。该系统是PLC在实际生产中的成功应用，可为业内同行借鉴。