西門子6AV6671-1CB00-0AX2

 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.1實現(xiàn)功能
(1) 實時顯示焊接測試的拉壓力-時間曲線。
(2) 可進行連動與寸動控制，進行靜態(tài)測試，動態(tài)測試。
(3) 運動到次數(shù)或超過拉力值后，自動停止，彈出提示信息，保存文件。
(4) 觸摸屏也具有顯示參數(shù)及控制功能，可與計算機軟件同步控制。
1.2系統(tǒng)設(shè)計
1.jpg
基本配置
控制系統(tǒng)采用Trio ME309卡，單軸Motec伺服控制，1路模擬輸入。串口采集電機電流。上位機使用本公司通過VC開發(fā)的系統(tǒng)軟件。機械部分為本公司設(shè)計的平臺。
1.3設(shè)備圖片
 2 控制過程及試驗過程
2.1 控制過程
焊接系統(tǒng)將移動距離、速度、加速度寫入控制卡，控制卡通過計算輸出一定數(shù)目和頻率的脈沖傳送到驅(qū)動器上，由驅(qū)動器控制電機移動，電機帶動絲杠連接的平臺移動。移動過程中，連接在平臺上的物體拉伸產(chǎn)生拉壓力，經(jīng)拉力傳感器傳輸?shù)娇刂瓶ǎ浖蛴|摸屏讀取數(shù)據(jù)并顯示。軟件顯示時間與拉力曲線，并且通過串口讀取電機電流計算拉壓力曲線顯示。
2.2 試驗過程
樣品一端焊接(或其他方式固定)在板上，板兩端通過連接件和工裝件連接。樣品另一端通過夾具和球形軸承連接。
靜態(tài)試驗中：樣品一端固定，另一端用一定的力（小于2500N）去頂，使固定的一端斷裂，控制器通過壓力傳感器反饋到樣品斷裂時候的扭矩，上位機軟件可實時顯示受力曲線，保存數(shù)據(jù)。
動態(tài)測試中：觸摸屏或電腦可以設(shè)定并記錄振動的次數(shù)，振動振幅可調(diào)，分±5mm, ±8mm, ±10mm, ±20mm, ±30mm，精度按1mm設(shè)定。頻率1Hz，依照現(xiàn)場情況，調(diào)節(jié)頻率檔位。上位機軟件根據(jù)監(jiān)測的電流計算受力曲線并保存數(shù)據(jù)。
3 系統(tǒng)介紹
3.1 主要功能
(1) 實時顯示焊接測試的拉壓力-時間曲線。
(2) 實時檢測機器故障，顯示當前位置，震動次數(shù)等參數(shù)。
(3) 打開，保存曲線文件為txt格式。
(4) 可進行連動與寸動控制，進行靜態(tài)測試，動態(tài)測試。
(5) 運動到次數(shù)或超過拉力值后，自動停止，彈出提示信息，保存文件。
(6) 觸摸屏也具有顯示參數(shù)及控制功能，可與計算機軟件同步控制。
與油壓式注塑機相比，具有以下優(yōu)點：
⑴ 速度控制范圍寬、力矩響應(yīng)極快
⑵ 控制精度高、重復(fù)性高
⑶ 節(jié)約能源

 撞刀信號的檢測

　　所謂數(shù)控機床撞刀，指的是由于各種錯誤而導(dǎo)致*以非正常切削速度(一般是G00指令快速移動)與工件或機床其他部件發(fā)生的碰撞。要防止撞刀事故的發(fā)生，可以考慮使用接近開關(guān)對*與工件的位置關(guān)系進行判斷，并檢測此時車刀的移動速度和方向，以此通過判別。當判別到*與工件距離在警戒范圍內(nèi)，且*快速移動朝向工件時，就認為要發(fā)生撞刀事故。此時，控制系統(tǒng)發(fā)生動作，并實現(xiàn)電機制動。信號檢測方法如下。

　　
1.1 用接近開關(guān)對*與工件的位置關(guān)系進行判斷

　　由電磁場理論可知，在受到時變磁場作用的任何導(dǎo)體中，都會產(chǎn)生電渦流。據(jù)此原理可自制金屬傳感器電路。在圖1中，電路由振蕩電路、比較電路和整形電路三部分組成。將車刀套入傳感器線圈中，檢測電路接通電源后，線圈振蕩產(chǎn)生一個交變磁場，金屬工件在此磁場中移動時產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，衰減量的變化正比于金屬工件和車刀的距離。振蕩電路的輸出幅值經(jīng)過比較器進行比較，比較后的輸出信號經(jīng)過整形電路整形，可直接輸入控制電路進行檢測狀態(tài)的判別。電渦流式傳感器的靈敏度和線性范圍與線圈產(chǎn)生的磁場強度和分布狀況有關(guān)。接近開關(guān)的警戒距離可以通過調(diào)整傳感器線圈的尺寸、形狀及圖1中R1的電阻來實現(xiàn)調(diào)節(jié)。

圖1接近開關(guān)電路原理圖

　　
1.2 用HC對車刀運動方向信號及速度信號進行檢測

　　檢測車刀運動方向信號只要檢測步進電機方向信號的高低電平即可。

　　而速度信號的檢測，首先是采集驅(qū)動步進電機的脈沖信號，并在1個時基內(nèi)采用PLC的高速脈沖計數(shù)器對該脈沖信號進行記數(shù)，將所記數(shù)與寄存器設(shè)定值比較，當1個時基內(nèi)所記數(shù)大于設(shè)定值時，就可輸出開關(guān)量。

 2 防撞刀系統(tǒng)控制方案

　　控制系統(tǒng)的設(shè)計可以利用PLC來實現(xiàn)。PLC是一種成熟的工業(yè)控制產(chǎn)品，內(nèi)部有良好的光電隔離裝置，抗干擾能力強，可靠性高，靈活性好，其接線與參數(shù)修改方便，對現(xiàn)場不同的實際情況可以及時地作出調(diào)整。

　　PLC控制系統(tǒng)選用FXlN-24M，其參數(shù)與性能為：14個輸入點，其中X0～X5這6個端子為高速輸入端子，10個輸出點。單步步速0.55μs～0.7μs，應(yīng)用指令數(shù)～數(shù)步速約為100 bts，繼電器輸出。根據(jù)控制要求，設(shè)計PLC的控制流程如圖2所示。

圖2 PLC控制流程圖

　
PLC控制的梯形圖如圖3。接近開關(guān)檢測信號由X10輸入，X軸、y軸方向信號的高低電平分別由X11、X12端口輸入。若X11、X10均處于高電平時，認為工件處于接近開關(guān)警戒距離，且車刀向工件方向運動，此時執(zhí)行SPD指令，檢測車床X軸速度。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號由PLC的X0端子輸入，并在1個時基內(nèi)記數(shù)為DO，隨后執(zhí)行CMP比較指令，當DO大于設(shè)定的比較常數(shù)值K=3時，系統(tǒng)判別車刀速度為快速移動，數(shù)控車床處于要撞刀狀態(tài)，輸出M0高電平信號，并轉(zhuǎn)跳到P20，從而Y1輸出高電平。若DO小于設(shè)定的比較常數(shù)值K=3，則說明X軸方向處于正常狀態(tài)，程序繼續(xù)往下運行。

圖3 PLC編程梯形圖

　　
若X12、X10均處于高電平，同樣執(zhí)行SPD指令，車床Z軸相應(yīng)的脈沖信號由PLC的X2端子輸入，并在1個時基內(nèi)記數(shù)為D3，隨后執(zhí)行CMP比較指令，當D3大于設(shè)定的比較常數(shù)值K=3時，同樣輸出M3高電平信號，從而Y1輸出高電平。若D3小于設(shè)定的比較常數(shù)值K=3，則說明Z軸方向處于正常狀態(tài)，程序結(jié)束，進入下一個檢測周期。

　　Y1接通后進一步使繼電器(帶自鎖功能)的線圈接通，從而切斷X軸、y軸步進電機的脈沖控制信號。當脈沖信號輸入被切斷時，X軸、y軸步進電機自動進入鎖相狀態(tài)，約1 s后進入半流鎖相。Y2用于報警輸出。

　　
程序設(shè)計的一些說明。

　　1)關(guān)于高速輸入端子。對于選用的FXlN-24M來說，不同輸入端子的輸入頻率上限是不同的：低的，如X4、X5只有7kE引。如對GSK928TA數(shù)控車來說，刀架快速移動的速度設(shè)置為3 000mm／min時，此時其對應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)的輸出頻率為5 333 Hz，并不超過PLC的X4、X5端口的頻率上限7 kHz。若數(shù)控系統(tǒng)的CPU指令發(fā)出的脈沖信號頻率超過PLC的X4、X5端口的頻率7k，其后果只會導(dǎo)致脈沖信號丟失漏記，不會影響到PLC對電機轉(zhuǎn)速或*移動速度是否為“快速”的判斷。

　　2)關(guān)于CMP指令中比較常數(shù)K值的設(shè)定問題。對于GSK928TA的Z軸，數(shù)控車Z軸的脈沖當量為0．01 mm，當快速進給的速度為1 000mm／mim時，即要求在1 min的時間內(nèi)發(fā)出1×105個脈沖，即脈沖頻率應(yīng)為1 777．7 Hz，這樣在5 ms內(nèi)可檢測的脈沖個數(shù)約為9個。由于切削進給速度一般在150 mm／min以下，此時在時基常數(shù)K設(shè)定為5 ms的時基內(nèi)可檢測的脈沖個數(shù)多只有2個?？紤]留有一定的安全裕度，在這里設(shè)定比較常數(shù)K值為3，實際過程中可根據(jù)實際隨時通過修改程序進行調(diào)整。

　　X軸基于與Z軸類似的分析，同樣設(shè)定比較常數(shù)K值為3。

　　程序在系統(tǒng)控制試驗中運行正確。

 　　
接近開關(guān)警戒距離的設(shè)計

　　當控制系統(tǒng)判別要出現(xiàn)撞刀事故時，此時電機應(yīng)進行緊急制動。為防止撞刀，顯然應(yīng)要求系統(tǒng)總的制動距離小于警戒距離。接近開關(guān)警戒距離主要根據(jù)系統(tǒng)總的制動距離來進行設(shè)定。

　　系統(tǒng)總的制動距離A由2個因素決定：一是控制系統(tǒng)的響應(yīng)延時；二是克服執(zhí)行機構(gòu)慣性所必須的制動距離。響應(yīng)延時的大小與具體的控制系統(tǒng)設(shè)計息息相關(guān)，而制動距離除與慣性大小有關(guān)外，還與其制動力矩有很大的關(guān)系。下面對此做出進一步的分析。

　　　3.1.2 功放電路中鎖相延時td2

　　在功放電路中，各個晶體管的開通時間一般在1tds以下，光耦PC上升速度響應(yīng)時間約為幾十微秒，若采用高速光耦則只需幾微秒。因此功放電路中鎖相延時主要是鎖相電流的上升時間，對于步迸電機繞組，鎖相電流的上升時間t可由公式(1)計算：

　　式中：i為電機鎖相電流，億為繞組驅(qū)動電壓，Rα為繞組電阻和限流電阻之和，L為繞組電感。對于GSK928TA的Z軸電機，采用DF3A系列驅(qū)動器，其Vα=310 V，R。為3.5 Q，由此可計算得t為0.486 ms。據(jù)此估算屯：約為0.5 ms。

　　3.2 步進電機制動距離分析

　　步進電機制動距離與具體電機種類、型號及執(zhí)行機構(gòu)慣量等有關(guān)，下面以GSK928TA數(shù)控車系統(tǒng)的三相反應(yīng)式步進電機為例分析其制動問題

 此程序默認的PLC通訊端口為port0，地址為2，波特率9600，無校驗(地址和波特率可由程SBR0中的VB8，SMB30進行修改)；2)由于PLCModbus協(xié)議程序占用V1000及以前的地址，所以用戶在編寫邏輯控制程序中用到的寄存器不能和亞控提供的協(xié)議中所占用的V區(qū)地址沖突；3)西門子S7—20。

控制網(wǎng)的通訊是基于一種全新的通訊模式：生產(chǎn)者/消費者通訊模式。工業(yè)控制要求控制網(wǎng)絡(luò)提供越來越高的生產(chǎn)率、更高的系統(tǒng)性能，同時又提供確定性的、可重復(fù)的、可估計的設(shè)備間通訊。單純提高波特率或單純提高協(xié)議效率，都不能從根本上解決問題。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊模型是源/目的型或者稱點到點的通訊方式，這種方式的優(yōu)點是通訊的內(nèi)容和形式都十分明確，在傳送的報文中都包含了明確的源和地址信息，但是在源/目的網(wǎng)絡(luò)模式下，當同一數(shù)據(jù)源上的數(shù)據(jù)向網(wǎng)絡(luò)上其它多個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須經(jīng)過多次才能實現(xiàn)，這就大大增加了網(wǎng)絡(luò)的負擔，降低了通訊的效率。另外，由于數(shù)據(jù)到達不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的時間可能因網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點數(shù)目的不同而變化，不同節(jié)點之間的同步就變得困難，通訊的實時性不能得到保障。

 1、軟故障的判斷和處理
S5PLC具有自診斷能力，發(fā)生模塊功能錯誤時往往能報警并按預(yù)先程序作出反應(yīng)，通過故障指示燈就可判斷。
當電源正常，各指示燈也指示正常，特別是輸入信號正常，但系統(tǒng)功能不正常(輸出無或亂)時，本著先易后難、先軟后硬的檢修原則首先檢查用戶程序是否出現(xiàn)問題。

啟動轉(zhuǎn)矩大，功率因數(shù)高。因為電動機的功率因數(shù)與工作頻率有關(guān)，在電動機低速運行時工頻電源下的功率因數(shù)遠低于低頻電源下的功率因數(shù)。變頻器可以控制電動機從低頻起步，且在整個啟動過程中在接近額定電流的條件下始終保持比較高的功率因數(shù)和接近額定轉(zhuǎn)矩的輸出轉(zhuǎn)矩。②輕載或空載條件下，或啟動期間采取減載卸載等措施時，變頻器容量可以比電動機容量小。當然，啟動完成后變頻器需要退出運行。
　　用戶存儲器的大小關(guān)系到用戶程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指標之一。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，即隨機存儲器，主要存儲工作數(shù)據(jù)，掉電數(shù)據(jù)丟失，供電斷經(jīng)常和備用電池和超級電容連接，以實現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保持。

 可能性就很大，當然強烈的電磁干擾也會引起程序出錯。
有EPROM存儲卡及插槽的PLC恢復(fù)程序就相當簡單，將EPROM卡上的程序拷回PLC后一般都能解決問題;沒有EPROM子卡的用戶就要利用PG的聯(lián)機功能將正確的程序發(fā)送到PLC上

 ⑤控制系統(tǒng)PLC數(shù)字輸入卡SF燈變紅色故障檢查、分析：將卡件電源重新送電后，故障現(xiàn)象依然存在；重新啟動PLC主機后，故障指示燈仍舊是紅色。于是對卡件所接收的現(xiàn)場信號一一進行檢查后發(fā)現(xiàn)一回訊開關(guān)有異常。用萬用表測量后發(fā)現(xiàn)，回路電阻無窮大，這說明回訊開關(guān)壞而被數(shù)字輸入卡檢測到。 參考幀和所選幀之間的時間差（Delta）顯示在顯示器右側(cè)的結(jié)果面板中。Fastframe分段存儲方法的優(yōu)點包括：高Fastframe波形捕獲率增加捕獲偶發(fā)事件的概率使用高采樣率保證了波形細節(jié)使捕捉脈沖的死區(qū)時間，確保有效利用記錄長度存儲幀可以快速和直觀地進行比較，以確定是否在疊加顯示中出現(xiàn)異常5系列MSO分段存儲顯示，顯示平均總結(jié)幀信息Fastframe分段存儲支持標準的樣本采集模式、峰值檢測和高分辨率模式

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隨著新一代精彩系列人機界面的發(fā)布，WinCC flexible的軟件功能也得到了進一步的加強。
• 使用WinCC flexible 2008 SP4 CHINA進行組態(tài)
• 同時支持簡體 / 繁體中文操作系統(tǒng)
• 可以配置更多的畫面和變量
• 報警提示器可以自定義大小和背景顏色

西門子觸摸屏SMART LINE的軟件新特性1：變量管理
擁有*的變量管理器，可以集中管理項目中的所有變量：
• 查閱、檢索變量更方便，可使用變量名稱來標識PLC變量
• 通過拖放操作，批量創(chuàng)建名稱、類型及地址滿足一定關(guān)系的變量
• 快速修改多個變量的類型、地址或名稱等屬性西門子10寸觸摸屏（Smart 1000IE）
西門子觸摸屏SMART LINE的軟件新特性2：報警管理
報警管理器支持各種類型的報警：
• 可以自定義報警類別西門子10寸觸摸屏（Smart 1000IE）
• 支持模擬量及數(shù)字量報警
• 可以自定義報警組，相同組的報警可以同時被確認
• 支持報警事件函數(shù)
• 包含功能完善的報警顯示控件，支持外觀自定義
• 可改變尺寸和顏色的報警提示器
西門子觸摸屏SMART LINE的軟件新特性3：豐富的畫面對象庫
• 基本對象庫 -- 開關(guān)、按鈕和圖形等
• 增強對象庫 -- 顯示配方、趨勢圖等
• 豐富的符號庫
西門子觸摸屏SMART LINE的軟件新特性4：豐富的動畫效果&簡單的生成方式
• 通過設(shè)置對象屬性生成動畫
• 支持函數(shù)設(shè)定動畫路徑方式
• 支持通過變量控制對象組生成動畫
西門子觸摸屏SMART LINE的軟件新特性5：高效、智能的組態(tài)方式
• 通過拖拽方式自動創(chuàng)建變量的顯示對象及畫面的切換按鈕
• 支持畫面對象的自動排列功能
• 支持用戶自定義對象庫
• 支持向?qū)娇焖俟こ探M態(tài)

西門子觸摸屏SMART LINE的軟件新特性6：*的多語言組態(tài)
• 支持32種語言，其中5種可以在線轉(zhuǎn)換
• 支持多語言顯示，無需重新設(shè)計畫面
• 內(nèi)置系統(tǒng)字典和用戶字典功能，支持畫面自動翻譯
*的項目文本導(dǎo)入/導(dǎo)出功能，提高并優(yōu)化工程組態(tài)效率
西門子觸摸屏SMART LINE的軟件新特性7：Pack & Go輕松的項目更新與維護
• 利用Pack & Go功能，工程師編輯修改項目后，無需親臨現(xiàn)場就能輕松實現(xiàn)項目的維護和更新
• 現(xiàn)場客戶無需安裝WinCC Flexible，一鍵執(zhí)行批處理文件即可實現(xiàn)項目傳輸
西門子觸摸屏SMART LINE的軟件新特性8：安全等級管理
安全等級管理功能豐富，使用簡單：
• 引入用戶的概念，可以建立多個用戶，每個用戶擁有不同的權(quán)限
• 所有畫面對象都可以獨立設(shè)置訪問權(quán)限
• 運行期間可以對用戶信息進行管理
• 權(quán)限的設(shè)置參數(shù)可調(diào)整

西門子觸摸屏SMART LINE的軟件新特性9：趨勢圖
趨勢圖控件可以顯示實時數(shù)據(jù)及緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)：
• 控件支持外觀顯示設(shè)置的很多屬性，包括坐標軸、刻度、上下限等
• 提供多個系統(tǒng)函數(shù)，用于控制曲線翻頁、縮放等操作
西門子觸摸屏SMART LINE的軟件新特性10：配方管理
擁有完善的配方管理器，具備清晰的配方數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
• 可以支持顯示多個配方預(yù)定義數(shù)據(jù)記錄，無需手動組態(tài)翻頁等操作即可實現(xiàn)配方的良好顯示
• 使用配方視圖控件，無需更多的編程即可動態(tài)增加數(shù)據(jù)記錄
• 支持上載、下載配方操作。