PLC在燃气表皮膜装配控制系统中的应用.pdf

可 编 程 序 控 制 器 应 用 箜 电气 自动化 2 0 1 0年第 3 2卷 第 4期 P L C在燃气表皮膜装配控制系统中的应用 上海电机学院 上海 2 0 0 2 4 0 陈梅 上海电气 自动化设计研究所有限公 司 上海 2 0 0 0 2 3 王晓诚 摘要 阐述 了基于 S I E M E N S S I MA T I C s 7 2 0 0 P L C＆ T D 4 0 0 C文本显示器的皮膜装配 自控系统 。 系统 以西门子公 司的 s 7 2 0 0 P L C作 为核 心控制单元 ， 配合带温度控制器的热成形焊接机和费斯通公司的气 动设 备实现了皮膜装配的 自动运行。 关键词 皮膜装配P L C T D 4 0 0 C 热成形焊接机 [ 中图分类号 】 T P 2 7 3 【 文献标识码 ] B【 文章编号 】 1 0 0 0 3 8 8 6 2 0 1 0 0 4 0 0 4 7 0 3 PL C Ap p l ic a t i o n i n Co n t r o l Sy s t e m o f Ep i t h e l i u m As s e mb ly f o r t h e Ga s Me t e r S h a n g h a i D i a n j i U n i v e i , S h a n g h a i 2 0 0 2 4 0 ， C h i n a C h e n M e i S h a n g h a i E l e c t r i c a l A u t o ma t i o n RD I n s t i t u t e C o ． ， L t d ． S h a n g ha i 2 0 0 0 2 3 ， C h i n a Wa n g Xi a o c h e n g Abs t r ac t Th i s p a p e r b rie fly i n t r o du c e s e pi t h e l i u m as s e mb l y a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n SI EMENS SI MATI C S 7 2 0 0PLC ＆ TD4 00 C t e x t p a n e 1 ． W e u s e S 7 2 00P LC o f S I EMENS a s c o r e t o c o n t r o l t h e t h e r ma l f o rm i n g we l di n g ma c h i n e wi t h t e mp e r a t ur e c o n t r o l l e r a nd F e s t o a i r d r i v e n d e v i c e t o r e a l i z e e pi t he l i um a s s e mb l y a u t o r un ． Ke y wor d s e pi t he l i um a s s e mbl y PLC TD4 00 t h e t h e r ma l f o rm i ng we l d i ng ma c h i ne 0 引言 燃气表是对燃气用量进行计量并进行费用结算的仪表。影响 燃气表准确度的 因素与各个零部件精度和燃气表的装配过程和调 校过程有关 ，其 中最主要的因素是燃气表的心脏部位皮膜组 件对精度的影响 ， 包括皮膜组件 的设计 、 装配工 艺等。提高皮膜装 配质量才能保证并提高燃气表的精度 。 为 了保证皮膜装配质量 ， 表业公 司以往一直采用德 国进 口的基 于单片机 的电子线路构成的皮膜装配专用控制器 。 但在较长时间使 用后 ， 加工过程 中出现 了一系列影响质量的问题 ， 为此表业公 司要 求对原控制器进行改造 。 考虑到 P L C具有可靠性高 、 通用性强 、 功能 完善 、 编程 简单 、 维护方便 等优 点 ， 所 以采用 西 门子 P L C和人机界 面 ， 设计 了一套新型全 自动人 机交互控制 系统 ， 以实现对皮膜装配 系统的控制。 此系统可实现皮膜装配手动和全 自动操作 ， 操作简单 、 抗干扰能力强 。 本文结合西门子 s 7 ． 2 0 0 P L C和 T I M0 0 C的特点和工 作原理 ， 介绍 了燃气表皮膜装配控制系统的软硬件设计。 1 系统硬件 结构 1 ． 1 硬件 系统 简介 原德国进I 1 皮膜装配系统控制器结构比较紧凑 ，为此在充分 利用原有系统构架基础上 ， 采用德 国西 门子公 司 S 7 ． 2 0 0系列小型 紧凑型 P L C为核心控制器和 T D 4 0 0 C t “文本显示器对控制器进行 改造。s 7 2 0 0 P L C具有功能强大的指令集、 丰富强大的通信功能， 并且为用户提供了开发 、编辑和监控 的良好编程环境和齐全 的外 围设备， 使系统构成容易， 操作简便并可在线调试。T D 4 0 0 C是西 门子公司专门为 s 7 ． 2 0 0 P L C开发的人机操作界面产品，在保持低 廉价格的同时能够获得较高 的性能 。皮膜装配控制 系统 的气动设 备 气缸、 电磁阀、 气源处理装置、 气管和接头等都采用德国费斯通 公司的产品。加热器温度由独立 的温控器设置 ， 并 由 P L C控制热 风的开启 和关 闭。控制 系统框 图如图 1 所示 。 图 1 控制系统框图 1 ． 2 气动装置原理 图 燃气 表皮 膜装 配控制 系统 中 的 s 7 2 0 0 P L C作 为核心 控制单 元 ， 配合带 温度控制 器的热成 形焊接机 ， 控制可靠性高和精确度高 的气动设备实现皮膜装配。气动控制装置包括工件进料和出料 装置 、 熔化 ／ 铆接头左右移和上下移装置 、 安 全门／ 压 紧板上下移 装置等 ， 气动装置原理 图如 图 2所示 。 在程 序设计 时应充分考虑气 动装置的结构和位置， 以保证皮膜装配的安全性和可靠性。 1 ． 3 P LC输入 输 出分 配 原德 国进 口控制器共 1 1 点输入 7点输出，选用 s 7 2 0 0 P L C的 C P U 2 2 4与之 匹配 ， 其输入／ 输 出点分配如表 1 所示 ， 与气动装置原 理图2中的输人和输出点一一对应， 以很好实现皮膜装配控制。 2 控制系统软件设计 皮膜装配控制系统必须保证安全、 可靠、 稳定地运行。 因此， 在 控制系统软件设计 中， 设 置了事故报警及其联锁保护 ， 对不同的工 作设备 和不同 的工作状 态做 了互锁设计 ， 以防止误操作和设备损 坏。 2 ． 1 主 程序 设计 主程序 主要 结合 人机操作 界面对皮 膜装 配控 制系统 的正常 运行与安全保护进行控制。 Ele c t r ica I Au t o ma t io n l 4 7 电 气自 动 化 2 0 1 0 年 第3 2 卷第4 期 可 编 程序 控 制 器应 用 垒 堕 1 3 ／ 鼙■t■ ● ／ ■■tt ／ 下摹 ￡0， 0 表 1 输入 ／ 输 出分配表 图 2 气动装置原理图 I N 说明 0UT 说明 1 0 ． 0 工 件进料 到位 6 B 3 Q 0 ． 0 移 8 Y 6 、8 Y 7 板 上下 I O． 1 复位按钮 Q 0 ． 1 安全门 1 0 ． 2 安全门、 压 紧板下 移 到位 Q 0 ．2 熔 化／ 铆 接 头 下 移 6 B 5 9 Y2 I O ． 3 熔 化位置 6 B 6 Q 0 ． 3 工件进 料 9 Y 4 1 0 ． 4 铆 接位置 6 B 7 Q 0． 4 工件 出料 9 Y 5 1 0 ． 5 加热器 、 铆接 头下移到位 Q 0 ． 5 加热 器 熔 化 右 移 9 Y6 1 0 ． 6 工件出料到位 7 B 3 Q 0 ． 6 铆接头左移 9 Y 7 m． 7 起动按钮 I 1 ． O 加热器、 铆 接头 上移 到位 7 B 5 I 1 ． 1 安全门关 I 1 ． 2 安全门 、 压 紧板 上移 到 位 6 B 4 用经验编程法 [ 3 1 设计皮膜装配 自动控制梯形图时， 没有一套相 对固定的容易掌握的设计方法可以遵循 ， 需要用大量 的中问单元完 成记忆 、 联锁等功能。由于设计时需考虑 的因素很多， 包括 气动装 置的夹具进料和出料、 熔化／ 铆接头左右移和上下移 、 安全门／ 压紧 板上下移等的顺序和互锁配合， 给编程增加了许多困难。 顺 控编程法利用程序段的隔离 ，很轻易化解复杂控制中多种 因素的交织制约 ， S 72 0 0 P L C顺控继 电器指令为顺控程序 的编制 提供了资源 ， 故皮膜装配控制系统软件设计采用顺序 控制编程法 ， 4 8 I Ele c t r ica I Au t o ma t io n 最 关键 的是在程 序 中 实 现程序 段的激 活和 屏蔽 ，新 激活 的步序 有 自动关 闭前步序 的 功 能 ，不 用像复置 位 指令 组织 的顺 序控制 程序 那样需 在程序 中 采用专门的措施 ，给 编程带来 了方便 。 主程 序控 制流程 框图如图 3 所示 。 2 ． 2 T D4 0 0 C 的 特点和应用 人 机 操 作 界 面 H MI 使 用 T I MO O C ， T D 4 0 0 C作为新一代文 本显示 器， 完全支持 s 7 ． 2 0 0 P L C 。 T D 4 0 0 C的 电源通 过通信 电缆从 s 7 2 0 0 通信 口取得 ， 无 需 H M I专 用 组 态 软 件， 使用 S T E P 7 一 Mi c r o ／W I N V4． 0 S P 4 以上版本 的中文界 面 T D向导组态即可。 图 3 主程序控制流程框 图 a 工作状态显示界面 b ] 挥呻 显示界面 c 参数设置界面 图 4 文本显示器界面 可编程序控制器应用 P L C Ap p li c a t io n s ． T I MO O C的所有配置信息和 H MI 程 序都下载存储于 s 7 2 0 0 C P U的数 据块 中， 无需单独下载 ， 便于维护。 使用 “ 文本显示 向导 ” 可 以创 建存储 T D 4 0 0 C组态参数块、屏 幕和报警。 S 7 ． 2 0 0 P L C C P U将该 参数块存储在 V存储区中，在接 通电源 时 ，T D 4 0 0 C会从 C P U中 读取参数块。文本显示器操作界 面如图 4所示 。 T D 4 0 0 C支持 字符 串格 式 的 嵌入数据变量显示 ，首先创建画 面并输入文本 ， 再单击 “ 插入 P L C 图 5 P L C工作状态显示程序 数据”嵌入数据；然后定义字符串数据；最后在 C P U中编程使 T D 4 0 0 C根据输入信号不同显示不同的字符信息。C P U中编程显 示动态文本工作状态显示程 序如图 5所示 。 系统可实现皮膜装配全 自动和手 动操作 ， 当系统出现故 障时 ， 按复位按钮使各设备恢复到原始位置 ，通过 T D 4 0 0 C文本显示器 面板操作 ， 切换到手动状态进行进 ／ 出料 、 安全 门上下移 、 加 热／ 铆 接等操作， 可以很好地实现设备检修工作。 3 系统调试与运行 在运 行的 S T E P ／ ． Mi c r o ／ WI N编程设 备和 P L C之 间建立通信 并向 P L C下载程序后 ， 可 以利用软件提供的调试 和监控 ⋯工具 ， 直 接调试并监视程序的运行 ， 包括 监视 s 7 ． 2 0 0 P L C正在执行 的用户 程序状态 ； 为 s 7 2 0 0 P L C指定运行程序 的扫描次数 ； 按控制流程从 程序编辑器或状态图向操作数写入或强制赋值 ；用程序状态监控 功能监控程序运行 的情况等 ，给用户程序 的开发和设计提供 了极 大方便。 皮膜装配控制系统的主程序控制流程框图中没有对工件进入 和退出给出具体的要求，这是因为进出料装置采用了缓冲气缸。 但根据表业公司技术人员的长期 工作经验发现 工作过程中进出 料冲击很大 ， 进出料气缸两端 的缓冲装置特别容易损坏 ， 而这种缓 冲装置为进口产品， 价格较高， 经常更换大大增加了维护成本。因 此 ， 在实际编程中 ， 考虑到进 出料装置在运动过程中的惯性 ， 利用 进出料到位处设置的两个位置传感器，采用定时器指令设置进出 料缓冲时间，很好地弥补了原先控制器进出料工作过程 中的缺 电气自动化} 2 0 1 0年第 3 2卷 第 4期 前进 传感器位置 1 { 奇 管 2 后退 I 图 6 实现进料缓冲示意 图 mo 0 出科 f M I O ” ． 始 厂 l瞄 扳 上 割在 螬4 l 1 1 再前进 m0 s 图 7 进料 缓冲的编 程实现 点 。进料缓冲过程示意 图如图 6所示。 进料、 出料程序如图 7 所示， 程序说明如下 进料到第一个传 感器位置信号发出 ，进 出料装置开始后退 ，同时定时器 T 3 3开始 计时， 计时时间由T D 4 0 0 C设定 此计时时间即进料缓冲时间由反 复调试得到 ， 当缓冲时间到T 3 3常开触点接通， 进出料装置再进 料， 进料到第二个传感器位置信号发出， 进入下面的工作流程。通 过缓冲时间的设置很好 地减 少了对缓 冲装置 的冲击 ，提高了安 全 系数和工作的可靠性。 4结论 使用西 门子 S 7 2 0 0可编程控制器和 T D 4 0 0 C文本显示器 ， 实 现了皮膜装配 自动控制系统的改造。不但很好地完成 了原皮膜控 制器的各项控制功能，而且很好地弥补了原控制器的缺陷。系统 设计先进、 性能良好 、 易操作、 运行稳定可靠， 保证了热成形焊接机 和气动设备的正常工作和皮膜的装配质量，已经成功地应用于燃 气表皮膜装配生产线上。 参考文献 【 1 】 蔡 行健， 黄文钰 ． 深入浅 出西 门子 s 7 2 0 0 P L C 第3 版 ． 北 京 航空航天 大学出版社， 2 0 0 7 ， 7 1 5 21 6 9 ． 【 2 ] 张万 忠， 刘 明芹． 电器与 P L C控 制技术． 北京 化学工业 出版社， 2 0 0 8 ， 5 1 5 71 6 8 ． 【 3 ] 张扬 ， 蔡春伟， 孙 明健 ． s 7 2 0 0 P L C原理 与应用系统设计． 北京 机械工 业 出版社 ， 2 0 0 7 ． 1 0 ． [ 4 1 李 艳杰 ， 于艳秋等． s 7 2 0 0 P L C原理于实用开发指南． 北京 机械工业出 版社． 2 0 0 9 ． 1 ． [ 作者简介 J 陈梅 1 9 7 2一 ， 女 ， 讲师／高级技 师， 硕士 ， 主要从 事电路 、 电 力 系统和 自动控制等 方面的教 学和科研 。 E le c t r ic a l Au t o ma t i o n } 4 9