厦门代理永宏PLC供应商

引言：在新开发的产品中有一个型号为Q7的长条铝基台，要在上面加工两个φ3.7×1.65的平底盲孔，由于要求精度高， 批量大，故无法用传统的钻模在钻床上加工，也很难在传统铣床上面加工，即使能加工效率也很低，并且设备损耗和电力损耗也很大。此工件的加工有着非常广泛的 代表性，生产的很多产品有着类似的要求，为此，我们设计制做了一台用于此类产品加工的设备——通用型数控钻铣床。

一、系统概述

系统构成如图1所示，控制部分采用PLC，并配以人机界面进行程序参数修改、设定，

以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。三轴均为全数字交流伺服系统，各轴伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠，以移动配有直线导轨的工作台和主轴 铣头，其定位准确，速度快。主轴铣头由变频器控制，根据刀具及工件和进给量，来设置主轴合理的转速，并在程序中设定它的启动停止。各轴均设二端极限传感器 和原点传感器，冷却和润滑也都有异常检测，在报警灯和人机界面处显示报警信息。为便于调试和检修，各项操作均设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速 旋转、切削液及润滑开关等。此机床整体虽为半闭环控制，只要选件、装配、程序编制及操作合理，精度和稳定性还是能满足使用要求的。

二、硬件配置

PLC选用永宏的FBS-40MCT，该型机具有较高的性价比，体积小，功能强，24点输入，其中有16点高速计数器，频率可达120K，16点输出，其 中有4轴步进或伺服输出整合在里面，输出频率可达120K，使应用起来非常方便，接线简捷。编程软件WinProladder有梯形图大师之称，易学易用 且功能强大，编辑、监视、除错等操作非常顺手，按键、鼠标并用及在线即时指令功能查询与操作指引，使编辑、输入效率倍增。

接点分配：取各轴伺服电机的Z相信号作原点开关，要分接在几个高速输入点上，用中断进行机床原点复归，其余限位开关、操作开关、液位检知等常规接点可按顺序依次接入。X、Y、Z三轴伺服电机连在前3轴伺服输出点，主轴高低速、冷却、报警等接在其余输出点上。

X、Y、Z3轴伺服系统均选用相同的，和利时的ES系列全数字交流伺服驱动器0040E-CBCEE-02，和60系列小惯量的伺服电机 60CB040C-2DE6E。该伺服系统功能比较完善，如能耗制动、电子齿轮、自动加减速等，具备多种脉冲串输入，保护功能也比较完备，有欠压、过压、 过流、过载、堵转、失速、位置**差、编码器异常等。在此设备中按集电极开路驱动方式连接至PLC，较高脉冲输入频率为200K,伺服ON、Z相信号等也做 相应连接。

变频器选用富凌的DZB70B0015L2A，规格为单相1500W，400Hz，有多步速供编辑使用。由于正常使用时不频繁变速，故速度调节设定不引 出，只在变频器操作面板上调节，设定两个速度，高速用于加工，低速用于对刀。调节相关参数与主轴匹配，如基频、基压、运行频率上限、载频等，并改动相应跳 线。

主轴没有采用传统方式，而是根据加工需要，采用了雕刻机用的电主轴，安阳莱必泰的ADX80-24Z/1型，其体积小、噪音低，直径只有80mm,这样使 整个主轴箱便于整体密封，可有效地防止加工中的碎屑飞溅到Z轴的丝杠和导轨上造成损害，也使主轴箱外表显得美观。它的较高转速为24000转/分，使正常 工作转速6000-14000转有一个合适的余量范围。

人机界面选用人机电子的通用可编程文本显示器MD204L，它可以以文字或指示灯等形式监视、修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态。

三、软件设计

机床工作的流程图如图2所示，开机后先检测手动开关是否有效，若手动开关有效

即利用各手动控制开关执行手动操作的项目。若手动开关无效，则启动原点复归程序，各轴进行机床原点复归，先回Z轴再回其它两轴，当所有轴都原点复归成功后 才能进行到下一步。若刀具和工装夹具、工件程序均没有变动，可复位到加工预备状态而不进行对刀，若需对刀，则打开对刀开关启动对刀程序，3轴分别对刀，即 找工件原点，利用手动各轴移动开关快慢移动各轴，使工件的三个面分别碰触低速旋转的刀具，刚好碰上为止。对好后，按对刀OK确认，再输入刀补，经过程序处 理，即形成工件原点也就是编程0点，编程时根据此0点按照图纸计算刀具路径，可使操作者思路清晰，编辑运算简单。操作者编辑的是用户程序，可以编辑刀具轨 迹，就是各轴移动坐标，还有移动速度、循环加工时的循环次数等。编好程序后或使用当前程序时，即复位到预备状态：各轴移动到初始位—一个合适的位置，装卸 工件方便、不易碰触刀具时，装上工件，按启动即可开始加工，主轴运转，冷却液开，各轴按程序设定坐标移动。当加工结束时，机床复位，即各轴又移动到初始 位，主轴停，冷却关，这时可卸下工件，完成加工过程。

工件的加工流程图如图3所示，以Q7产品为例，胎具上一次装夹15只工件，那么

就有30个φ3.7的平底盲孔需要加工，刀具选用φ3.7的2刃钨钢立铣刀，钻削加工，钻削深度1.65mm。在预备状态时紧靠工作台上的定位固定好胎 具，按启动后，主轴旋转，待主轴即将达到额定转速时，X、Y轴同时运转到**加工工位，也就是**个孔的X、Y工件坐标值，此时冷却液打开、Z轴快速下降 到加工区，即铣刀端面即将触及工件加工面，*变用缓慢的工进速度开始钻削加工。当加工深度到达设定深度（1.65mm）时，Z轴带动铣刀*抬起，抬起 的高度为铣刀端面水平方向上碰触不到工件及胎具为准。计数器加1后程序进行比较运算，判断加工是否完了，如否，则X、Y轴继续运转到下一加工工位，再重复 Z轴下降加工动作。如加工完了，产量计数器加数、主轴停转、冷却液关闭，同时发出5s声光报讯，用以提醒操作者，各轴移动到初始位：Z轴到上端；X轴到左 端；Y轴到外端。卸下胎具后，一个加工周期完成，装上胎具再按启动即开始进行下一轮加工。

四、一些着重的电气措施

1.主回路加装漏电断路器，相应回路都安装合适的断路器。

2.PLC和伺服系统的电源处都分别加有电源滤波器。

3.各直流继电器线圈都并接反峰二极管，交流接触器线圈并接阻容吸收回路。

4.润滑、主轴冷却都设液位低报警器。

5.伺服控制线、人机界面通讯线等使用屏蔽线，并远离电源线。

6.在拖链内走线，使用耐折的柔性电缆，并尽量增大拖链的弯曲半径。

7.变频器与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。

引言厦门晶鼎自动化科技有限公司代理永宏产品在纺织行业清花设备

       纺织行业清花设备是集机、电、气等**于一体的纺织机械设备。作为各种纺织工艺流程的前纺设备，在提高纺织产品档次与质量中起着重要作用。纺织行业是 传统老行业，纺织厂老设备居多，传统设备均采用继电器控制系统，长期以来电气故障率高的问题一直没有解决。目前，在国际上已普遍采用PLC及变频控制技术 取代继电器控制技术.传统的清花工序(非自动化程度高的新设备)的电气控制在纺织企业中是比较复杂的,而且电气故障也是较多的。对清花工序进行电气改造, 引入PLC及变频自动控制系统意义很大。采用国产永宏(FATEK)PLC及变频控制系统改造清花生产线以后具有高产量、高除杂效率、高自动化等特点，在 生产使用中体现了其设计合理，工艺性能好，机电一体化水平高。经不懈地改进、完善和提高开棉设备的设计和制造水平，缩短了我国开棉设备与国际先进水平的差 距。

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    图1 清花生产线工艺示意图

（1）开松工序：把原料包中压紧的纤维块松解成较小的纤维束，同时避免纤维的损伤和杂质的碎裂。 

（2）除杂工序：清除原料*部分的杂质和疵点以及部分短绒，同时避免可纺纤维的损耗。 

（3）混和工序：使不同成分、不同等级的原料充分混和，保证成纱质量的均匀一致。 

（4）成卷工序：均匀喂给，制成一定重量和长度的纤维卷，以满足下道工序的需要。 

        开清棉机械按其功能划分有：开棉机械如自动抓棉机、棉箱给棉机等，其主要作用是开棉和给棉，无明显的除杂作用；混棉机械如多仓混棉机、混棉帘等，其主要作 用是完成原棉的混和；开清棉机械如双辊轴流开棉机、豪猪式开棉机、单打手成卷机、锯齿辊筒清棉机等，其主要作用是开松原棉和清除杂质。一台好的开清棉应具 有工艺流程短，适纺性强，工作效能高等特点。整套设备由几台不同功能的单机组成开清棉联合机，较基本的设备配置为：圆盘式抓棉机(2台)→除金属装置→六 辊筒开棉机(附A045型凝棉器)→多仓混棉机→豪猪式开棉机(附A045型凝棉器)→豪猪式开棉机(附AO45型凝棉器)→二路电气配棉器→双棉箱给棉 机(附AO45型凝器)(2台)→单打手成卷机(2台)。

2 清花工艺与PLC技术

2.1 清花生产线工艺流程介绍 

开清工序，是纺纱工艺流程中的**道工序，加工对象主要是轧棉厂或化纤制造厂运来的原料包。其主要作用是：对原棉进行开松、除杂、混和并制成厚度均匀的棉卷或输出流量均匀的棉流，供梳棉机使用。其主要任务如图1所示。

2.2 PLC清花线控制技术路线 

        清花生产线原设计采用继电器控制系统，故障率较高，维修量很大,运行效率较低，同时因为前后各供棉电机没有变频调速，不能连续供棉，严重影响设备正常运行。改造前各个控制设备分散排列,操作也较为不便,改造前部分继电器控制的部分电路原理图如图2所示。 

        PLC成为工业领域内高可靠性计算机程序控制系统的代名词。将继电器控制系统用PLC代替，故障率显着降低，可靠性提高，很受欢迎。通过对清花电气线路和 安全装置的改造来保证电气设备安全;通过电气方案的改进设计来满足工艺流程的要求;通过关键点电气装置的增设来保证和提高清棉工段的产品质量.该系统利用 程序实现模糊算法和控制策略,与位移传感器、电流变换频率调节装置及电机等组成实时数据采集和控制系统,替代原来的铁炮拨叉调速系统,对清花成卷机的给棉 罗拉转速进行调节,使给棉罗拉在单位时间输出的棉量保持恒定.经过现场实际运行后表明,提高了系统的精度和动态特性,降低了棉卷不匀率,控制效果良好.纺 织机械应用了自动化技术后机构简化，性能改善，质量提高，操作方便，提升了设备的档次和水平。电气控制系统采用PLC、变频技术，使系统操作和工艺调整更 加简单快捷；人机界面对话、故障自动诊断等功能使系统管理维护更有效；重物、金属、火星和异性纤维探测技术的应用，使系统安全有**；气压控制技术、连续 喂给技术和自调匀整技术的应用，使系统生产运行更加稳定可靠。 

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                图2 原清花继电器控制系统部分原理

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                   图3 基于永宏PLC的清花生产线 

       近年来,随着科学技术的进步和微电子技术的迅猛发展,可编程序控制器技术已广泛应用于自动化控制领域。可编程序控制器以其高可靠性和操作简便等特点,已经 形成了一种工业控制趋势。传统的清花工序（非自动化程度高的新设备）的电气控制在纺织企业中是比较复杂的，而且电气故障也是较多的。在众多的PLC当中， 如何选型取决于实际的应用需要。清花控制系统的特点是距离长、规模大、分布站点多、通讯对象多。国产永宏(FATEK)系列PLC恰恰适应于这样的应用需 求，其强大的通讯能力、高速灵活的网络体系令众多的PLC难以与之匹敌，本方案主要采用具有很高性价比的FBS-60MA主机模块及FBS-60EAP扩 展模块，FBS-60MA主机模块采用36点24VDC数字输入(4点可达10kHz)，24点(R/T/S)数字输出(“T”机型具4点10kHz输 出)，一个RS-232或USB通讯端口(较大可扩充至3个)，FBS-60EAP扩展模块采用36点24VDC数字输入，24点(R/T/S)数字输 出，内建电源供应器。其主要特点是：（1）模块化结构设计。且模块小型化、无排风扇结构、易于实现分布、易安装，便于维护。（2）高电磁兼容性和强抗震 动、冲击性，使其具有较高的工业环境适应性。（3）功能强大。适用于不同的需求，提供各种类型的I/O模块、功能模块、通讯模块；程序运算速度快，运算指 令丰富，强有力的程序处理能力，具有完善的自诊断功能。（4）通讯能力强。通讯协议的多样化，及具有的自定义功能使得各种通讯类型的应用成为可能，为应用 系统的整合与集成提供了非常好的条件。（5）所有PLC系统的配置，包括通讯的配置，及组态、编程、调试，维护，管理均在软件中，统一的界面、全局的数据 管理、方便的操作等为用户创造了良好的环境。 

        将清花车间总混、豪猪、成卷机由原来的继电器分散控制改为由永宏PLC集中控制，且总混、豪猪给棉电机均由变频器控制，双速运行，速度可调；PLC控制工 作稳定可靠，故障率低；可根据需要重新改编程序，灵活方便；全套车只用一只集控柜，体积小，占用空间少，功能多、抗干扰、适用性强，更适于老厂改造。总控 制思路如图3所示。图3 总控制系统设计图 开清棉联合机全流程的各项动作，由PLC程序控制完成。具有结构简单操作方便，运行稳定可靠．便于检查维修、故障少等优点，对提高产品质量、降低成本、提 高效率。清花流程控制改造主要用PLC代替传统的继电器及接触器控制系统，用梯形图软件代替电路图，可节约大量电器元件，减少因元件触点、线圈的损坏而造 成的坏车及马达烧坏。PLC编程控制取代传统电气的各单机分散控制为集中控制，一个PLC柜代替了多个电控箱。尤其是在清花技术改造中可缟程控制器代替传 统的继电器及—接触器控制系统，用软件代替控制电路，大大减少开关量，使棉卷不匀率稳定在l.0以下，下机正卷率达98％以上，回花率降低2％～3％，棉 卷纵向喂入生条不匀率6.79cv％，横向喂入生条不匀率7.62cv％，而且杜绝噎车、减少罗卜丝等。电气控制中心为清花全流程设备一个集中电气控制 站。控制系统采用工业级PLC及人机界面控制系统，实现人机对话。显示器可直观显示电机运行状态和传感器位置，并可在显示器上读出各机台的设计参数。采用 变频器更改工艺参数十分方便。电气控制中心提供标准计算机接口，方便工厂实现计算机控制和数据处理。具体的PLC主机及扩展部分控制原理图如图4图和5所 示。

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                图4 永宏PLC主机控制部分原理图

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                图5 永宏PLC扩展控制部分原理图

        为了PLC程序设计及维护方便，FBs系列主机备有程序记忆匣（FBs-PACK）可供我们选择，FBs-PLC指令**过300种以上，并采用较人性化， 可读性较高之多输入/多输出指令方式。一个指令即可达成大部分其他品牌PLC数个指令才能做到的功能，使程序大为精简，同时运算结果可直接由指令方块右侧 之输出取得。在程序可读性方面，每个应用指令之输入或输出端均有功能助忆简码说明，操作数字段则直接标明其属性简称并可于其正下方直接显示其状态或内容 值，可免除它牌PLC无标示需死记之麻烦，程序可读性较高，效率较佳。在高阶应用方面，如网络LINK、PID控制、NC定位等，则有**之便利指令与之 对应，大幅降低使用障碍。FBs-PLC之视窗版阶梯图程序编辑软件阶梯图大师WinProladder提供使用者亲和性较高之视窗中文操作环境，及永宏 精心安排之编辑、监视、除错等操作顺手，让使用者在较短时间内即可精通整体操作，加上WinProladder强大且齐全之编辑功能辅以按键、鼠标并用及 在线即时之指令功能查询与操作指引，将使您之编辑、输入效率倍增。而直接于阶梯图上显示之“即时”接点状态、缓存器数据与多窗口监视、比较等功能，让使用 者在作监视控制或除错时直观友好。图6是PLC与变频器部分程序设计梯形图。

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                           图6 部分程序设计梯形图 

        结合有永宏PLC为主导组成的控制系统，我们还引进了变频器对前后供棉系统进行了前后供棉电机变频改造，系统经过改造后，保证了供棉稳定连续控制，大大提 高了棉卷质量。同时对圆盘抓棉小车也进行了PLC及变频改造,原打手升降改为变频控制后,下降幅度随时可以根据前道工序所需要棉量调节。

3 结束语 

        基于永宏PLC的清花线改造至今共改造了五套清花全流程，采用集中式控制，永宏可编程控制器实现自动化控制，积累了丰富经验，并取得了一 定经济效益和社会效益。国产可编程序控制器在国产纺织机械上的广泛应用，推动了国产纺织机械的机电一体化发展，缩小了与国外纺织机械的差距。但纺织专业很 多自动化装置国内发展缓慢，尤其是在纺织**的国产可编程序控制器和变频器方面需加快开发，才能发挥更大的效果