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全自動(dòng)打捆包裝機(jī)器人（以下簡稱打捆機(jī)）是鋼鐵企業(yè)精整包裝工序的核心設(shè)備，我課題組研制的第一臺國產(chǎn)YHB-400-10A型打捆機(jī)已經(jīng)順利通過通化鋼鐵集團(tuán)公司、水城鋼鐵廠驗(yàn)收,長期運(yùn)行良好。作為精整包裝生產(chǎn)線的重要組成部分，打捆機(jī)一般放在鋼材生產(chǎn)車間，而車間里粉塵多，冬夏溫差大，要求安全系數(shù)高，這些都將對打捆機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生很大影響。針對打捆機(jī)的工作環(huán)境差，溫度高，動(dòng)作頻繁且可靠性要求高等特點(diǎn)，選用某公司的S7-200小型可編程控制器（PLC）作為控制系統(tǒng)的核心。S7-200PLC具有結(jié)構(gòu)小巧、運(yùn)行速度快、功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，能夠在鋼鐵車間等惡劣的工作環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。此控制系統(tǒng)不但能對每一步驟實(shí)現(xiàn)精確控制,結(jié)合外部設(shè)備和軟件設(shè)計(jì).還能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)和打捆機(jī)的離線故障診斷。
2控制系統(tǒng)組成
圖1為打捆機(jī)工作流程圖，打捆機(jī)通常工作在升壓狀態(tài)下，第一次啟動(dòng)時(shí)的升壓要進(jìn)行打捆之前的各項(xiàng)參數(shù)的初始化，比如蓄絲滿、上升到位和成型缸收緊等。經(jīng)過下降、防脫、抽絲等步驟，打捆機(jī)完成一個(gè)道次的打捆，然后輻道行走，進(jìn)行下一個(gè)道次的打捆。

由于打捆機(jī)工作環(huán)境復(fù)雜,基于故障診斷的需要，液壓油的油溫、油壓、油污及上下運(yùn)動(dòng)定位、鋼捆定位等都是控制系統(tǒng)需要的參數(shù)?？紤]到整個(gè)打捆機(jī)控制系統(tǒng)所需的輸入輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)、控制程序的編排及PLC程序存儲器的容量，控制系統(tǒng)選用了一個(gè)具有24路數(shù)字量輸入、16路繼電器輸出和6個(gè)高速計(jì)數(shù)器的CPU226模塊和一個(gè)具有16數(shù)字量輸人、16繼電器輸出的EM223擴(kuò)展模塊。此外，系統(tǒng)還選用SIMATICHMITP7觸摸屏作為顯示、交互設(shè)備，它通過專用電纜與PLC主機(jī)模塊相連，主要用于參數(shù)設(shè)置、警情顯示、工作狀態(tài)指示和系統(tǒng)調(diào)試等，觸摸屏的使用為系統(tǒng)創(chuàng)建了一個(gè)友好的交互環(huán)境。
圖2所示為系統(tǒng)原理圖。打捆機(jī)操作指令和傳感器信號接PLC輸入點(diǎn),I0.6J0.7和IL2、II.3作為高速計(jì)數(shù)器的輸入點(diǎn)分別接送絲碼盤和擰絲碼盤，以控制輸送鋼絲的長度和擰絲角度。PLC的輸出點(diǎn)通過控制繼電器實(shí)現(xiàn)對電磁閥的控制，從而控制打捆機(jī)的各個(gè)動(dòng)作,PLC的輸岀點(diǎn)也可以直接驅(qū)動(dòng)指示燈，以便觀察打捆機(jī)的工作狀態(tài)和故障點(diǎn)所在。

CPU226可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展，最多可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊。此控制系統(tǒng)擴(kuò)展一個(gè)數(shù)字量模塊EM223,主要用于接收傳感器輸入?yún)?shù)和繼電器輸出。
通過TP7觸摸屏，可以直接在屏幕上進(jìn)行過程控制。圖形按鈕及自解釋說明等特點(diǎn)使操作更加簡單方便，同時(shí)也節(jié)省了學(xué)習(xí)的時(shí)間。在Windows環(huán)境下使用TP7組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)，此軟件提供多種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖，可以生動(dòng)形象的顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)和各運(yùn)行參數(shù)。TP7還具有1P65保護(hù)等級，并全面支持漢字顯示。
上述配置所組成的控制系統(tǒng)，可以完成打捆機(jī)的各個(gè)動(dòng)作控制、顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和對運(yùn)行過程中的突發(fā)故障進(jìn)行離線診斷。通過通訊電纜與微機(jī)聯(lián)網(wǎng)，還可以實(shí)現(xiàn)打捆機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
3軟件設(shè)計(jì)
S7-200系列PLC使用基于Windows平臺的32位編程軟件包STEP7-Micro/WIN,可釆用語句表（STL）、梯形圖（LAD）或功能塊（FBD）三種方式編程。STL有時(shí)能解決利用LAD或FBD不容易解決的問題，適合有經(jīng)驗(yàn)的工程師；LAD直觀，易于理解，適合初學(xué)者編程使用；FBD可以解決廣泛的邏輯問題，編程使使用的圖形邏輯門表示格式有利于程序流的跟蹤。
PLC上電后，程序開始執(zhí)行，若為上電后的第一個(gè)周期，則調(diào)用初始化子程序，設(shè)置PLC的各個(gè)輸出點(diǎn)為初始值，在以后的掃描周期內(nèi)不再執(zhí)行此程序段。然后檢查復(fù)位標(biāo)志位，若無復(fù)位請求，直接執(zhí)行下一步。接著系統(tǒng)檢測是否出現(xiàn)警情，有則調(diào)用故障診斷子程序，排除故障后程序從初始位置運(yùn)行。觸摸屏子程序主要處理與觸摸屏顯示、設(shè)置有關(guān)的一些變量值，使之顯示內(nèi)容與系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)保持一致。啟動(dòng)、升壓和冷卻子程序主要是根據(jù)傳感器和手動(dòng)按鈕信號，控制卸荷閥線圈、冷卻風(fēng)機(jī)電源的通斷和電機(jī)的啟動(dòng)。打捆機(jī)運(yùn)行過程中如果需要暫停觀察和維修，按下暫停按鈕，調(diào)用暫停子程序記錄暫停工作步驟和運(yùn)行狀態(tài)，再次按下暫停按鈕打捆機(jī)從暫停處向下運(yùn)行。爾后PLC檢測系統(tǒng)是工作在自動(dòng)還是手動(dòng)狀態(tài),分別調(diào)用自動(dòng)和手動(dòng)運(yùn)行子程序，自動(dòng)運(yùn)行過程中一個(gè)道次的打捆不需要人工介入，手動(dòng)運(yùn)行則需要分布操作,大都在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)使用手動(dòng)模式。

此系統(tǒng)主要是由傳感器的輸入來判斷警情。油溫、油壓、油污信號可以由傳感器直接輸入，然后經(jīng)觸摸屏子程序處理在觸摸屏上顯示,提示維修人員排除。系統(tǒng)硬件如電氣元件故障、液壓元件故障則要由故障診斷子程序結(jié)合硬件進(jìn)行診斷，下面結(jié)合事例進(jìn)行說明：
假設(shè)打捆機(jī)上升不能到位，則上升到位開關(guān)不能給PLC輸入點(diǎn)到位信號，延時(shí)一旦超過了系統(tǒng)的設(shè)定值，系統(tǒng)就認(rèn)為有故障點(diǎn)，觸摸屏顯示上升不到位,并自動(dòng)發(fā)出測閥和測繼電器信號。檢測原理如圖4所示。測繼電器時(shí),PLC逐個(gè)向需要檢測的繼電器輸出信號，如果同時(shí)輸入點(diǎn)12.1接收到“繼電器通”信號，表明此繼電器無故障,繼續(xù)檢測下一繼電器。如果不通，則記錄故障繼電器的標(biāo)號。檢測電磁閥也基于同樣原理。檢測結(jié)果在觸摸屏上顯示，標(biāo)明具體故障點(diǎn)。
4控制系統(tǒng)主要功能及其特點(diǎn)
這套以S7-200PLC為核心的控制系統(tǒng)不但能夠?qū)崿F(xiàn)對打捆機(jī)煩瑣工作程序的精確控制，還可以根據(jù)溫度，壓力等自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，比如冬季油溫低，運(yùn)行周期變長，程序就會自動(dòng)增加各個(gè)動(dòng)作的延時(shí)以避免系統(tǒng)誤報(bào)警。同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)電氣、液壓故障的離線檢測。
西門子公司產(chǎn)品良好的性能也使得此控制系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)定性，這對適用于鋼鐵生產(chǎn)車間的打捆機(jī)也是至關(guān)重要的。同時(shí)，PLC的指令系統(tǒng)豐富，編程操作簡單等特點(diǎn)也使開發(fā)周期變短，現(xiàn)場調(diào)試方便。
5結(jié)束語
選用PLC控制系統(tǒng)綜合了幾個(gè)方面的考慮，PLC與單片機(jī)相比驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，電氣結(jié)構(gòu)簡單且穩(wěn)定性要高，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)價(jià)格和維修費(fèi)用都比PLC要高，選用PLC控制系統(tǒng)，不僅能夠完全實(shí)現(xiàn)所需功能，又充分利用了系統(tǒng)資源，降低了打捆機(jī)整機(jī)成本。使用此系統(tǒng)的全自動(dòng)打捆包裝機(jī)器人現(xiàn)在通化鋼鐵集團(tuán)和水城鋼鐵廠穩(wěn)定運(yùn)行，又進(jìn)一步驗(yàn)證了s7．200PLC控制系統(tǒng)的良好性能。

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