1. 引言
隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)擴展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。PLC是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置，它的應(yīng)用面廣、功能強大、使用方便，是當(dāng)代工業(yè)自動化的主要設(shè)備之一。【1】PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC在其他領(lǐng)域，例如民用和家庭自動化的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。
卷板機是機械加工中的重要設(shè)備，應(yīng)用范圍廣泛，可廣泛應(yīng)用于石油、石油化工、制藥、冶金、造紙、電力、食品及輕工等工業(yè)領(lǐng)域。我們研發(fā)的卷板機電氣控制系統(tǒng)具有直觀性、可靠性和較高的性價比，已經(jīng)大量應(yīng)用在大型船廠和空調(diào)加工廠，經(jīng)應(yīng)用證明具有很好效果，提高工人工作效率，產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益。
2. 工藝流程
本文所討論的四輥卷板機上輥旋轉(zhuǎn)為機械轉(zhuǎn)動，下輥和側(cè)輥升降為液壓傳動，操作采用電氣集中控制，該機一次上料能完成板料兩端的預(yù)變及卷制筒形，弧形工件，還可以對金屬板料進行一定的整形和校平工作，有直接預(yù)彎，省事、省料之功效，上輥、下輥、側(cè)輥兩端固定旋轉(zhuǎn)編碼器，將輥旋轉(zhuǎn)次數(shù)轉(zhuǎn)換成六路高速脈沖信號，傳送到PLC實現(xiàn)邏輯功能。自動控制要求主要有方便的任意點位置的定位，機械本體系統(tǒng)參數(shù)修整設(shè)置，故障診斷提示功能，簡潔高效的系統(tǒng)操作提示及報警可在操作面板上顯示，系統(tǒng)的啟動、停止以及急停可在任何狀態(tài)下進行。經(jīng)過分析，需要六路高速輸入通道，可以采用兩個性能穩(wěn)定、成本低廉的西門子S7-200系列的PLC就可以滿足要求。
3. 控制系統(tǒng)硬件配置
PLC選用S7-200 PLC的型號為CPU226 DC/DC/24輸入/16輸出，自帶4個兩相高速計數(shù)器（30KHz），兩個RS485接口。
人機界面選用SOLT500D-C彩色觸摸屏，可以與市場上主流PLC廠家的PLC直接通訊（正是由于其兼容性強才決定選用此產(chǎn)品），還可以通過MODBUS協(xié)議跟單片機直接通訊。SOLCN觸摸屏軟件esol5.8，支持離線模擬功能，在沒有觸摸屏的情況下，可以在電腦上模擬編輯好的程序，使用起來非常方便。
4. 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計及功能
系統(tǒng)的軟件主要由觸摸屏參數(shù)設(shè)置和流程實時檢測及PLC采集現(xiàn)場信息進行邏輯控制。觸摸屏軟件主要有系統(tǒng)圖、工藝參數(shù)實時顯示、參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)簡介、報警、診斷等畫面，這些畫面可以讓工人直觀方便的掌握機器運行狀態(tài)，也可以方便用戶進行后期的設(shè)備維護。如圖4、圖5、圖6所示部分子畫面。
PLC采集現(xiàn)場信號，進行邏輯控制，實時輸出控制量，達到控制目標(biāo)。控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系在STEP7—Micro/WINV4.0環(huán)境下設(shè)計PLC的梯形圖，實現(xiàn)邏輯自動控制。下面給出部分主要程序的梯形圖。
4.1 PLC 程序設(shè)計
本系統(tǒng)需要輸入六路高速計數(shù)信號，一個S7-200 PLC不能滿足要求，通過兩個西門子PLC組網(wǎng)來解決這個問題。兩個PLC組網(wǎng)的通信程序可以由S7-200指令向?qū)У腘ETR/NETW功能創(chuàng)建，在每個掃描周期內(nèi)使用SM0.0即可在主程序中調(diào)用此子程序。
（圖1）
旋轉(zhuǎn)編碼器是高速脈沖信號，PLC低速輸入端口無法捕捉，必須使用內(nèi)置高速脈沖信號計數(shù)器，圖1中，Network1為從PLC高速計數(shù)器HSC0,HSC1,HSC2將接收的旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖信號傳入主PLC的讀緩沖區(qū)VD300,VD304,VD308中,在主PLC中進行邏輯控制。Network2為數(shù)據(jù)在主PLC處理后傳送至從PLC讀緩沖區(qū)。
（圖2）
控制系統(tǒng)參數(shù)非常重要，如果由于意外突然斷電丟失數(shù)據(jù)，將會對生產(chǎn)過程造成很大的損失，為了防止此類情況的發(fā)生，本系統(tǒng)設(shè)計了六路高速計數(shù)器的掉電保持程序。圖2為從PLC的高速計數(shù)器HSC0的掉電保持程序，HSC0的傳輸數(shù)據(jù)存儲區(qū)VD1000在傳遞給主PLC的讀緩沖區(qū)同時傳入存儲區(qū)SMD38,置位SMB37，指定高速計數(shù)器HSC0。將PLC數(shù)據(jù)保存在存儲區(qū)中。其它高速計數(shù)器同樣做此設(shè)計。人機中的配方數(shù)據(jù)寄存器長度為32K（32768）字節(jié)。斷電保存類型。主要用于與PLC指量交換數(shù)據(jù)，如用于生產(chǎn)工藝控制數(shù)據(jù)的保存及重新設(shè)置等。用戶必須自動計算配方地址的使用情況，不允許重復(fù)使用同一地址。【2】
（圖3）
本系統(tǒng)采用了速肯觸摸屏作為人機界面，圖3為觸摸屏控制高速計數(shù)器HSC0清零功能，觸摸屏操作的清零按鈕對應(yīng)的PLC地址M31.0，當(dāng)觸摸屏按鍵動作時，M31.0的值相應(yīng)改變，將存儲區(qū)SMD38,VD1000清零，SMB37置位，從而實現(xiàn)了清零效果。觸摸屏的其他功能也是指定相應(yīng)PLC存儲區(qū)地址即可。
4.2觸摸屏畫面設(shè)計
（圖4）
圖4為觸摸屏手動狀態(tài)的界面，左側(cè)實時顯示三個輥的坐標(biāo)值，右側(cè)為三個輥坐標(biāo)的圖形化顯示，下側(cè)為油泵電機和主電機的工作狀態(tài)。當(dāng)按下手動按鈕后，觸摸屏界面如圖5所示，三輥的運動狀態(tài)變?yōu)樽詣渔i定狀態(tài)，不可進行手工操作。
（圖5）
在工作過程中出現(xiàn)任何異常情況，可按操作臺上的急停按鈕進入急停狀態(tài)，來保護現(xiàn)場。外部信號或操作失誤自動進入報警畫面，也可手動進入查看。報警時外部紅燈點亮，且屏幕上報警菜單閃爍，提示設(shè)備故障點。故障排除后自動返回。如果出現(xiàn)主電機過熱，油泵電機過熱，三輥運動超行程時，也會自動彈出報警界面，如圖6，圖7所示，避免不必要的損失。
（圖6） （圖7）
4.3系統(tǒng)調(diào)試
主站PLC RS-485接口與速肯觸摸屏COM0用電纜直接連接通信，兩個PLC直接設(shè)成主站從站后通過RS-485進行通訊。筆記本用PC/PPI電纜線與PLC連接，下裝系統(tǒng)的PLC程序，運用SIEMENS Mananger軟件的在線監(jiān)控功能，在線監(jiān)控PLC程序的運行狀態(tài)，完成系統(tǒng)調(diào)試。
根據(jù)生產(chǎn)的需要，可以對各輥的上行程保護位置設(shè)定，直接輸入需要修正的數(shù)值。電機啟動延時，（即電機停止后，慣性運行的時間段）調(diào)整時應(yīng) >實際時間，單位為100ms。頻敏分離時間（即電機帶頻敏啟動器運行的時間，根據(jù)電機實際額定速度接近到達時間而定），調(diào)整時應(yīng) <實際需要時間，單位為100ms。位置比與跟蹤誤差值修正，默認脈沖/位置比設(shè)置為1，自動跟蹤誤差設(shè)置為1。
5. 結(jié)束語
根據(jù)WB12N-12X2500卷板機型卷板機的特點進行設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)，具有投資小，安裝調(diào)試簡單，可靠性高，目前該控制系統(tǒng)在多家空調(diào)生產(chǎn)廠家，大型船廠等地方，運行穩(wěn)定可靠，獲得滿意的效果。
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