西门子(宣城)PLC代理商

一、前言

四连杆装箱包装机是一种一次可以装四箱（可以是纸箱）既4×4瓶或者三箱 3×4瓶的连续装箱的包装机械设备。在啤酒等瓶装饮料行业中，四连杆装箱包装机主要完成瓶装产品的装箱、卸箱等工作。由于具有性能优良等特点，在包装行业中使用非常普及。

对于四连杆装箱包装机中电气部分的控制，是包装机使用安全、可靠性的重要保证。目前，老型号的四连杆包装机的电气装置大多采用继电器的控制方式。这种控制方式连线复杂、继电器使用数量多，造成电气控制部分可靠性差、故障率高，日常维护量大。同时，设备缺少操作的安全保障措施，容易发生事故。

随着可编程控制器（PLC）技术的发展，把PLC控制技术应用于四连杆包装机的控制中，取代原有的控制线路。是四连杆装箱包装机控制系统发展的必然趋势。

二、系统结构

四连杆装箱包装机控制系统由电气部分和气动执行部分组成。工作过程见流程图（图1）。

电气系统输出控制在电气控制部分的改造中，分析了包装机的工作过程和控制特点；对包装机的控制基本上都是光电开关、接近开关、电磁阀、电机等这类的开关量输入、输出设备。控制过程以连续的逻辑量控制为主的操作方式。PLC的开关逻辑和顺序控制是PLC应用广泛、基本的功能，基于PLC的这一使用功能和特点，决定将原有继电器控制系统全部拆除，采用PLC控制。因为该用户厂家其他自动化设备使用的基本都是日本Omron公司的PLC，再根据采集和控制点数，我们选用Omron公司的SYSMAC CPM2A-60CDR-A的 PLC作为系统控制器。

三、系统设计

1．四连杆装箱包装机的电机可以进行点动、正转和反转，以带动夹瓶装置做往复运动装箱。瓶电机和两个箱电机分别用作传输瓶和传输箱。七个电磁阀和与之对应的气缸，分别控制“夹头”，“定位器”，“出箱臂”及“进箱臂”“箱导向”。设“手动”和“自动”操作两个切换开关。

2．在包装机的操作前台和设备后台、侧面加装3只光电检测开关，在操作人员误入设备危险区域时，系统紧急停车，保证安全。

3．在传送带上安装Omron的E6A2旋转编码器，测量传送带的速度。当传送带电机异常停车时，停止包装机工作。

4．系统输入回路中有光电开光和接近等开关，PLC上的DC24V电源容量就不足了，各输入、输出元件均使用DC24V直流稳压电源。PLC控制系统原理图见图（2）。

5．为了使PLC系统安全可靠运行，采取了多种防护措施，如和系统中的强电设备分开接地，接地线的截面积大于2平方毫米。PLC输入和输出的感性负载都并联续流二极管等，以消除输入触点在断开时，感性负载因储能作用而产生电弧高于电源电压数倍甚至于数十倍的反电势对系统产生的干扰。见图（3）

6．系统的输入部分36点，输出19点，一共占用PLC 54点，系统冗余6点，符合自动化系统设计要求。

四、程序设计

PLC程序采用梯形图编写，其自动控制操作流程图见图（4）。

其中，PLC主程序参照原有继电器控制系统的电气控制原理图进行设计，这种程序设计方法简单，有现成的电气控制线路为依据，设计周期短，在旧设备电气系统改造中经常采用。

按照原有电气控制系统输入信号及输出信号做为PLC的I/O点，原来由继电器硬件完成的逻辑控制功能由PLC软件——梯形图替代完成。图（5）为四连杆装箱包装机进箱臂部分电气控制原理图。图（6）为转换后的四连杆装箱包装机进箱臂部分PLC程序梯形图。进箱臂部分主要I/O对照表如下：

五、系统调试

1．调整光电开关SQ1和反射板的安装距离，使光电开关处于工作状态时，调整到“挡光”，PLC输入通道HR0003的指示灯亮。以同样方法调整好光电开关SQ2、SQ3、SQ4……..SQ10。

2．调整接近开关JQ0，使“夹头”在运动轨迹的低点时接近“档块”，并使PLC输入通道HR0012指示灯亮，以同样方法调整好接近开关JQ2、JQ3、JQ4、JQ5。

3．调试旋转编码器时，A、B、Z相按说明书接线，在PLC编程软件中对编码器的高速计数进行设置，使用Z相加软件复位方法。见图（7）。按下按钮5SA，使传送带电机停车时，四连杆装箱包装机应停止工作。

4．按动相应的按钮，分别控制进箱电机、出箱电机、瓶电机的开、停。关机以后将开关位置置于“关”。1SA和2SA分别控制“出箱臂”和“瓶定位”，10SA，15SA控制“导向”和“变距”。

5．在上述“动作”都已正确时，将“手动”转为“自动”，按下“整机启动”按钮，调试PLC逻辑程序。进行自动装箱包装操作。

六、结束语

经PLC改造后的四连杆装箱包装机电气控制系统，外观上；物理接线量大大减少，控制柜体积缩小，柜内的原器件排列有序。运行效果上；经设备运行证明，自动化程度大大优于原系统控制效果。控制可靠性大大提高，减轻了现场操作人员的劳动强度。由于系统在整个包装流水线和包装机设备的危险位置安装了光电位置检测开关，提高了操作的安全性。总体上提高了企业的经济效益。

　　包钢带钢厂璇流井水系统是为轧线供生产用水，整个水系统是循环运行的。为保证璇流井内水位保证基本平衡，通过5#泵（110KW）将水池内循环水再抽到外面，防止水溢出。由于原有系统采用软启动启动，不能调节转速，水位的控制依靠人为值守，来通过开阀和关阀来控制。否则在低液位会造成水泵抽真空而损伤泵体（气蚀）；高液位则会淹没水泵房造成停电事故。为此，我们设计变频恒液位控制系统，液位检测采用超声波液位器（百特公司），通过变频器内部PID构成液位闭环，实现液位的自动恒定控制。

1、变频恒液位控制系统构成

　　　系统水泵电机为110KW，四级，转速1480r/min。设计采用EV2000-4T1100P系列通用变频器作为水泵电机控制核心。液位检测采用百特工控公司生产FBSON-Y-05-N系列超声波物位检测仪，供电电源为AC220V，一体式安装。量程大可达到5米，实际检测水位高1.85米。系统原理图附图一至三。

　　　采用一台EC20-1006BRA作简单的继电连锁，除了和旧系统进行连锁（互锁），还有变频器的简单启动和停止及报警。本系统还另外装有一台EC20-1006BRA，通过串口与一台数传电台相通讯（MODBUS）,来实现和另外一个水泵房（净环泵房）实现连锁。当璇流井有高液位报警时，通过PLC及数传电台传送到净环泵房，由操作人员确定水泵的启动和停止（由于二者距离太远，且不适合电缆敷设，所以采用无线数传的方式）。 其中璇流井内PLC设置为主站，净环内PLC为从站。数传电台采用深圳科立讯生产的PT6080无线数传电台是利用先进的单片机技术,无线射频技术,数字处理技术设计的功率较大,体积较小的模块式半双工数传电台,采用SMT新工艺,选用高质量的元器件。抗干扰能力强，精致坚固，结构紧凑，安装方便。数话兼容，数传可优先。RS232、RS485及TTL多种接口可供选择，适应面宽。参见下面原理图：

2、变频恒液位控制参数及工作原理：
2.1 EV2000 通用技术规格：

输入	额定电压；频率	三相，380V～440V；50Hz/60Hz
	允许电压工作范围	电压：320V～460V；电压失衡率：<3％；频率：±5％
输出	额定电压	380V
	频率	0Hz～650Hz
	过载能力	G型：150％额定电流1分钟，200％额定电流0.5秒； P型：110％额定电流1分钟；150％额定电流1秒
主要控制性能	调制方式	磁通矢量PWM调制
	调速范围	1：100
	起动转矩	0.50Hz时180％额定转矩
	运行转速稳态精度	≤±0.5％额定同步转速
	频率精度	数字设定：高频率×±0.01％；模拟设定：高频率×±0.2％
	频率分辨率	数字设定：0.01Hz；模拟设定：高频率×0.1％
	转矩提升	自动转矩提升，手动转矩提升0.1％～30.0％
	V/F曲线	四种方式：1种用户设定V/F曲线方式和3种降转矩特性曲线方式（2.0次幂、1.7次幂、1.2次幂）
	加减速曲线	三种方式：直线加减速、S曲线加减速及自动加减速方式；四种加减速时间，时间单位（分/秒）可选，长60小时
	直流制动	直流制动开始频率：0.20～60.00Hz； 制动时间：0.0～30.0秒； 制动电流：G型：0.0～100.0％ P型：0.0～80.0％
	点动	点动频率范围：0.20Hz～50.00Hz；点动加减速时间0.1～60.0秒可设，点动间隔时间可设
	多段速运行	通过内置PLC或控制端子实现多段速运行
	内置PI	可方便地构成闭环控制系统
	自动节能运行	根据负载情况，自动优化V/F曲线，实现节能运行
	自动电压调整（AVR）	当电网电压变化时，能自动保持输出电压恒定
	自动限流	对运行期间电流自动限制，防止频繁过流故障跳闸
	自动载波调整	根据负载特性，自动调整载波频率；可选
客户化功能	纺织摆频	纺织摆频控制，可实现中心频率可调的摆频功能
	定长控制	到达设定长度后变频器停机
	下垂控制	适用于多台变频器驱动同一负载的场合
	音调调节	调节电机运行时的音调
	瞬停不停机控制	瞬时掉电时，通过母线电压控制，实现不间断运行
	捆绑功能	运行命令通道与频率给定通道可以任意捆绑，同步切换
运行功能	运行命令通道	操作面板给定、控制端子给定、串行口给定，可通过多种方式切换
	频率给定通道	数字给定、模拟电压给定、模拟电流给定、脉冲给定、串行口给定，可通过多种方式随时切换
	辅助频率给定	实现灵活的辅助频率微调、频率合成
	脉冲输出端子	0～50kHz的脉冲方波信号输出，可实现设定频率、输出频率等物理量的输出
	模拟输出端子	2路模拟信号输出，分别可选0/4～20mA或0/2～10V，可实现设定频率、输出频率等物理量的输出

2.2为实现璇流井内恒液位控制，我们采用给定电位计作为液位给定，反馈采用超声波液位仪（变送输出4-20MA）。通过变频器内部的PID调节器做压力闭环调节。变频器参数设置如下：
FP.01=0 参数写保护选择，全部参数允许改写
F0.00=3 给定为VCI模拟给定
F0.03=1 端子运行
F0.04=0 转向为正向
F0.08=1 负载为风机类
F0.10=15 加速时间
F0.11=15 减速时间
F0.14=1 V/F曲线设定（2次幂，泵类负载特性）
F5.00=1 闭环运行有效
F5.01=1 给定为VCI
F5.02=1 反馈为CCI（注意要做调线改动）,超声波输出
F5.09=20 小给定量对应反馈（4mA ,相对于20mA为20%）
F5.12=0.10 比例增益
F5.13=0.05 积分时间
FH.00=4 四极电机
FH.01=110 功率110KW
变频器内部PID控制框图：

2.3超声波参数设置
a、测量模式选择：距离测量

b、测量范围：0-185cm
c、响应速度选择：慢速
d、安全物位：保持
超声波工作电压220VAC，输出信号为4-20MA
　　　为可靠检测液位，使用超声波变送器必须使其响应速度较慢。这是因为过快的响应速度，会造成外界干扰信号的扰动，使液位信号变化太快，影响了正常的设备运行。降低速度，可以使信号综合平均后输出实际稳定电流信号。
3、实际运行效果

　　　经过现场一段时间的运行，变频恒液位运行效果非常好。当用电位计设定一个液位高度后，变频器以恒液位控制方式运行。当液位设定为70cm，实际检测璇流井内的液位基本在60-80cm之间恒定。当液位低于70cm，变频器频率降低，直到后停止在低运行频率（20HZ）。这是因为如果变频器运行频率过低，水泵的扬程不够，电机功率白白损耗掉，不利于节能运行。设置低运行频率，能够使水泵扬程达到要求（璇流井内循环水不会造成在低的运行功率下导致液位过低而水泵抽真空）。变频器的频率一般在生产的时候达到35-45HZ左右，这样的节能率是非常高的（40%左右），而且恒液位控制大大的降低了操作人员的劳动强度。当由于某种原因造成液位过高时，通过EC20 PLC和数传电台还可以为上级泵站提供信号，实现泵站水系统的连锁控制，保证了正常的生产供水要求，同时也大大地节约了电能（35%以上），为包钢节能降耗工程作了一个工程。