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产品描述
西门子模块6GK7342-5DA03-0XE0详细说明
1 引言
本机是将兔毛原料未经改性处理，直接进行开松、梳理，制成一定支数的毛条，具备抱合力大和加有真捻等特点，并由纺纱机(FNT-28型兔毛纺纱机，**号:9424N73-4)纺制成各种规格支数的细纱。本机是国家发明**产品(**号:93106597-6)，"八五"国家星火项目，同时又被国家科委列为"九五"。
本机电气部分采用继电器控制系统，动力驱动由三相异步电动机来完成。该控制系统有三点不足:
(1)继电器线路接线复杂，功能单一。
继电器接触控制系统的逻辑部分由许多继电器;按某一固定形式连接而成，若工艺流程发生改变，则需要改变继电器控制系统的接线，才能满足新的工艺流程要求。工人实际操作和维修复杂，易出故障;
(2)可靠性不高，控制精度不够，这就势必影响了出条支数、出条定重;
(3)
继电器控制柜的体积大，占用了较大的生产空间，影响了工人的操作。
因此有必要对本机的控制系统进行改造。近年来，随着科学技术的飞速发展，步进、伺服电机的应用越来越广泛，其功能多样性和产品可靠性日臻完善，正在逐步取代原来的普通电机。而且随着可编程控制器技术的日益成熟，将二者完整地结合起来，完成对各种复杂运动的自动控制，实行机电一体化，正在成为一种趋势。
2 控制方案的确定
由于步进电机可直接用数字信号控制，*反馈可开环工作，无累积定位误差，控制精度高，因此被广泛用于数字控制系统和计算机控制系统。而可编程序控制器(PLC)是一种适于工业现场控制的，由单片计算机(CPU)、外围大规模集成电路(LSI)、系统软件及I/0接口等构成的新型控制器，用户通过软件设计，可实现以往难以实现的各种复杂逻辑控制。与通用PC机或单片机构成的系统相比，PLC具有可靠、抗扰能力强、编程简单等优点，已成为替代传统继电接触器控制线路的升级换代产品。因此，本系统采用可编程控制器(PLC)
为控制核心，步进电动机为执行元件、红外光电传感器为检测元件的新型系统，实现了兔毛梳理机的计算机数字控制。
3 控制系统的实现
3.1系统组成
PLC选用日本松下FP0
PLC，共8点输入(X0~X7),8点输出(Y0~Y7)，主要控制主电机Motor1和毛斗步进电机Motor2的工作状态和转速;步进电机选用两相混合步进电动机，步距角1.8°/STEP，用于驱动主机和毛斗;步进电机驱动器选用DMD402，电源电压DC14V~40V，其作用是根据PLC的控制指令对电机实现脉冲和方向控制。
3.2系统工作原理
FP0系列PLC除具有一般逻辑控制与运算功能外，还具有高速计数输入(较大10kHz)、PLS脉冲直接输出、SPD位置控制、PWM脉冲输出等特殊处理功能，用于步进电机的速度控制或位置按制十分方便。
PLC输出口Y0、Y1以脉冲速率方式输入步进电机驱动器的Pulse
bbbbb端，控制梳理机主电机和毛斗电机转速和位移。PLC输出口Y2、Y3以方向信号输入到驱动器Directional
bbbbb端，控制梳理机电机的转向。输出点Y4、Y5是步进电机复位信号RST，每次开机对步进电机驱动器清零。PLC输入点X0以梳理机喂入量斗处的红外传感器作为输入信号，可调节喂入量斗的喂毛量。X1、X2作为步进电机的启动信号，X3作为步进电机复位信号。X4以为位置传感器作为输入信号，检测梳理机是否复位。可以利用当需要手动操作时，可通过PLC的手动输入信号X5、X6，以点动方式按制电机的正转或反转。控制关系为:X5=ON，电机正转;X6=ON，电机反转。
4 控制系统软件设计
利用FP0PLC提供的高速脉冲处理指令、逻辑控制指令、算数运算指令及一些特殊功能指令，可较方便的实现对步进电机的升/降速、恒速及正/反转的运行控制，尤其用PLS-脉冲输出指令和SPD-位置控制指令，可使步进电机达到不失步的升/降速与恒速运行。
5 结束语
以PLC和步进电机为主构成的数字式兔毛梳理机控制系统的研制成功，为兔毛梳理机在生产与应用环节的工艺参数的调整，提供了**。采用本控制系统的兔毛梳理机各项指标:适纺原料范围:兔毛(高比例);条干重量不匀率:1.5％;生条可纺支数:8～60公支;脱毛量:1～mg/100cm2;兔毛制成率≥95％;出条定重:0.125～1g/m;台时产量:0.3～2kg/h。此外，系统具有控制精度高、操作简单、运行平稳、无噪音等优点。
一、 项目简介旧项目使用西屋（WESTHOUSE）公司的WDPF控制系统，此系统分为DPU及两部分，其中DPU用于加热炉的燃烧控制、系统用于加热炉的机械电气设备的控制。旧项目控制系统使用近十年之久，由于硬件老化、软件升级困难，使得故障率增加，影响了生产的正常运行。随着近几年加热理论的不断发展、新的燃烧技术已经大规模地应用， 生产全自动化操作理念已日益深入人心。由于受到旧有系统在硬件、软件方面的限制，新的技术、理念无法实施。
本项目中，有三座加热炉属改造、一座新建。共使用了共9套S7-400型PLC。型号为：6ES7416-2XK02-0AB0。每座加热炉使用两套PLC分别作为传动控制、及燃烧控制，另有一套作为公用辅助设备的传动控制，取代原有的DPU及系统。
本项目实施前，旧系统共用20面控制柜。项目实施后，在没有减少输入输出点的情况下，新系统只使用8面控制柜。新硬件的使用，使得控制的精度、及处理的速度有了进一步的提升。西门子软件开发系统的支持，也使得一些新技术实现成为现实。
4.以下为已经投产的照片。其中图A中所示为正在将冷坯装入炉内的情形，图B中所示为正在将加热后的钢坯出炉时情形：
1 引言
MZQ-200型纵向切片机作为生产装修板的主要机械，其基本工作原理是:机头通过特殊输送带按一定的压力压住木料，正向刨切成一定规格的薄片，每次刨切后并返回，接着机头下降，周而复始。
早期的切片机每次刨切后进给量是通过时间继电器控制普通的三相异步电动机来实现的，靠电磁刹车停止进给,但由于三相异步电动机的转速因负载的不同而变化，所以每次进给量是不相同的，较终造成压力不均，致使切片厚度不同，甚至无法刨切。也有通过调整微动开关的位置来控制进给电机的停止，来实现压力控制，但由于微动开关调整要凭借经验，所以也不利于调整。
随着工控技术的不断发展,可编程序控制器的性能价格比越来越高,步进电机受脉冲控制,位移量取决于脉冲数,而PLC又具有脉冲输出、脉冲控制功能，PLC与步进电机很容易实现位置控制功能。本系统将机头进给改为PLC控制步进电机,构成开环控制来实现精确进给。
2 系统构成
采用LG公司的PLC集中控制(内置2轴位置控制功能、高速计数功能等，编程软件采用梯形图)，采用KINCO公司的步进电机及步进电机控制器，另外用Easy view触摸屏与PLC通讯，显示、设定有关参数。其系统流程如图1所示。
(1) 系统设计
因为本系统只有一台步进电机，所以只有1轴位置控制，其中P40为PLC位置通道1的脉冲输出端子，P42为方向控制端子。PLC与步进电机控制器及步进电机接线如图2所示。
利用位置**启动指令POSDST S(通道*)、N1(**/相对坐标)、SV1(位置地址)、SV2(位置速度)可以实现定量控制，利用POSJOG指令实现点动控制，点动速度及方向可以通过梯形图设定。在位置控制界面可以设定加速时间(Accel)、减速时间(Decel)、电子齿轮间隙(Backlash comp)、基本速度(Bias Speed)及上限速度(Speed limit) 设**动的上限(High speed)及下限速度(Low speed)(单位为PPS)等参数，如图3所示。
(2) PLC通过RS232端口与触摸屏实现数据通讯
PLC通过RS232端口与触摸屏实现数据通讯，通过触摸屏显示有关数据以及帮助信息，设定有关数据。例如机头每次进给的距离，实际较终转换为PLC输出的脉冲数，较终控制步进电机进给步数。例如当传动比为1:30，丝杠螺距为6mm，步进电机200步/转时，步进电机设定步数(n)与机头实际进给量的关系为:n/200×1/30×6=0.1mm，即步进电机每走100步机头进给量为0.1mm。其中n就是PLC的位置地址，可以通过触摸屏设定，适当设定触摸屏的数值输入参数的小数点位置，即可以改变数值的10n或101/n倍。设定在触摸屏上输入0.1mm，对应PLC的输入数值即为100，PLC将通过*通道输出100个脉冲，从而控制步进电机运行100步。以上设定是为了使操作者更加方便、直观地设定参数。
如果忽略机械传动间隙，不难得出本机机头自动下降精度为1/200×1/30×0.6mm=0.001mm。
有关PLC的位置控制参数设定及梯形图请参照图4。
另外利用PLC的减计数器指令，可以预先设定刨切数量，以方便定量包装。
3 结束语
综上所述，利用PLC控制步进电机实现进给，简化了电路的设计，提高了系统的稳定性、设备的进给精度，通过编程软件可以方便的编制梯形图以及设定有关参数，利用触摸屏可以准确、直观的显示、设定有关参数，有效的提高了产品质量以及设备档次。
1.项目实施地及行业背景
本项目的使用方为太原钢铁有限公司热连轧厂，太原钢铁有限公司位于山西省太原市尖草坪区，是我国较大的特种钢生产基地，其主营的不锈钢、硅钢等产品的市场占有率目前在国内居于良好地位。
2.项目简要工艺
本项目应用于太钢热连轧步进式加热炉。项目实施后，实现了传动控制、燃烧控制的全自动化操作。传动控制的功能是：实现机械电气设备的自动化操作、包括装出料辊道、装出钢设备、步进机械等。燃烧控制的功能是：实现温度的精确控制、改善了炉膛气氛、温度场的分布。达到了从温度、流量、压力控制的整体系统的稳定，适应了太钢生产节奏快、钢种多、加热制度复杂的要求。
3.新旧系统的对比，及项目中使用的西门子自动化产品的型号、数量、类型、控制对象。
旧项目使用西屋（WESTHOUSE）公司的WDPF控制系统，此系统分为DPU及两部分，其中DPU用于加热炉的燃烧控制、系统用于加热炉的机械电气设备的控制。旧项目控制系统使用近十年之久，由于硬件老化、软件升级困难，使得故障率增加，影响了生产的正常运行。随着近几年加热理论的不断发展、新的燃烧技术已经大规模地应用，生产全自动化操作理念已日益深入人心。由于受到旧有系统在硬件、软件方面的限制，新的技术、理念无法实施。
本项目中，有三座加热炉属改造、一座新建。共使用了共9套S7-400型PLC。型号为：6ES7416-2XK02-0AB0。每座加热炉使用两套PLC分别作为传动控制、及燃烧控制，另有一套作为公用辅助设备的传动控制，取代原有的DPU及系统。
本项目实施前，旧系统共用20面控制柜。项目实施后，在没有减少输入输出点的情况下，新系统只使用8面控制柜。新硬件的使用，使得控制的精度、及处理的速度有了进一步的提升。西门子软件开发系统的支持，也使得一些新技术实现成为现实。
3.以上的硬件配置、网络结构是与使用方几经讨论形成的。保了系统整体的快速响应、较少的网络负荷、的经济性，这是一个较优的配置方案。
三、控制系统完成的功能
1.对于步进式加热炉而言，步进机构的控制是其中的一个难点。它要求控制系统能够平稳实现钢坯在炉内的运输，避免对机械机构造成冲击。这就要求控制系统能够快速响应来自传感器的信号。由于现代工厂现场控制越来越复杂，这就使得PLC必须具备强大的逻辑及浮点计算能力、丰富的寻址方式、完整的与上位机通讯的协议、完善的数学函数功能。只有这样的PLC才能够完成满足当前工厂控制对象的要求。本项目使用的西门子S7-400的416型PLC满足了这样了要求，在传动控制的使用中成功实现了步进机构的平稳、准确控制，坯料在辊道上的精确数据跟踪。在燃烧控制的使用中利用其强大的浮点计算能力及完善的数学函数功能成功实现了全自动化燃烧。利用SIEMENS 在 STEP7中现有的通讯模块实现了与公共PLC及燃烧PLC与二级计算机的TCP/IP通讯。
2.项目实施中的难点及解决方案：
在短时间内实现新旧系统的更新，是本项目实施中面临的较大难点。在项目的准备前期，对新硬件系统进行了尽可能多的硬件测试、及软件模拟，对软件的在线调试作了充分的准备。在旧系统停用后的短期内，实现了硬件系统的快速替代布署。
在项目的实施中由于传动PLC之间采用MPI通讯，笔者在**次项目实施中采用SIEMENS STEP7的程序库自带的程序块进行通讯。但在使用中发现利用程序块的方式并不稳定，每次在硬件配置后都会出现不明原因的中断。由于项目实施，根本没有时间进行原因的查找，故障诊断分析。由于西门子提供了全局变量的通讯方式，并且其硬件方式也是利用MPI网络。笔者抛弃**种方案，较终采用全局变量进行传动PLC间的通讯。事实证明这种方案简单易行且相当可靠。全局变量的通讯方式更多依赖于硬件配置，不需单独编程，对于通讯的变量可直接引用，并且全局变量的硬件配置的下载可以在线进行，PLC不需重启。
项目中的改造部分及新建部分从2005年10月份正常投入以来运行稳定，实现了在传动控制、燃烧控制的全自动化操作，尽量减少了设备操作对人的依赖，减轻了工人劳动强度。本项目大大降低了故障率，减少了解决故障的时间、保证了生产的连续、正常运行，已经取得良好的经济效益，受到了客户的**。
五、 应用体会
本项目实施时间短，使用方要求在十二天时间内实现炉区控制系统达到正常生产状态，由于控制系统的带设备调试必须等到设备本体完毕后才能进行，事实上的控制系统调试时间只有数天之久。9套PLC系统调试完毕，在数天之内投入生产其难度可想而知。但由于西门子S7-400系列PLC强大的功能，其与其编程系统STEP7的结合，为自动化控制提供了**的解决方案。在程序设计的过程中，笔者始终秉持结构化编程的理念，追求程序控制流程的线性化，即程序的静态书写结构与动态执行顺序的一致性。由于程序量极大，这种做法增加了程序的可读性，便于理解、调试、测试和排错。针对项目控制对象自身的特点，由于不同加热炉虽然有各个不同的细节特点，但其中的大部分控制对象控制特点类似。笔者对有共性的对象进行了抽象，封装。将对象在程序中做成单独的程序块，并在此程序块中使用只与其相关的独立的数据块。做到了在单一的CPU中，使其与外部的对象的通讯以接口的方式来进行。从而在本CPU中实现程序块的对象化，在不同的CPU中实现了程序的跨控制器平台的移植。实现了程序在结构上的独立性，提高了程序的复用性。幸运的是S7-400及其开发平台STEP7完全支持以上的操作。这一做法大大加快了软件开发的进程，降低了调试的难度。总之S7-400系列PLC及其软件开发环境向使用者提供了一个具备*的硬件基础、界面友好、操作方便的自动化开发平台。用户应尽可能利用其强大的功能，为项目的顺利实施提供有力的**。
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