工程案例分析

工程案例分析一．选型：首先了解控制对象的工艺要求，动作原理，掌握控制要点难点，选择合适的控制器，既要考虑成本，又要考虑性能，要做到资源合理利用，性价比最高；例如我们要做一台设备的电气控制，该设备有2台1KW伺服要进行定位控制，有2台4KW普通三相异步电动机进行正转单向控制，有5个气缸（单头电磁阀控制），那么这样的设备我们要怎样来选型？首先，有2台伺服要进行定位控制，我们必须选晶体管输出的PLC，这是我们要第一考虑的，PLC点数计算：2台伺服脉冲加方向占用4个输出点，再加伺服开启2个点，2台电机加5个气缸共7个输出点，总共需要最少15个输出点才够用，假如我们忽略输入点来进行选型，三菱FX1S的PLC不能加扩展，最大30点的PLC输出才14点，所以不能适应，三菱FX1N24MT的PLC 输出点为10点，可以加块8点输出的扩展模块就没问题，或者用FX1N-40MT的也行，有16个输出点，但是1N的PLC没有浮点运算指令，要看控制精度，控制精度要求高的也不行，三菱FX2N的PLC没有专用的定位指令，控制起来比较麻烦，现在已经停产，所以我们最好不要选2N的，三菱FX3U-32MT，输入输出各占50%，有16个输出点，也是可以控制的，所以我们要是选三菱PLC来控制的话最合适的就是FX3U-32MT；要是其他品牌的PLC选型也是相似的；其他电器元件的选型：两台伺服我们可以用一个断路器作为电源控制，或者每台伺服各用一个断路器控制都可以，断路器的的选型要合理，小容易造成误跳闸，过大起不到保护作用，我们要看驱动器上面的铭牌，看输入的额定电流是多大，我们要选择1.5倍以上的断路器；4KW的三相电机额定电流大约是8安，最好每台电动机用一个断路器来控制，断路器可选择3P16A或3P20A的，接触器的选择是越大越好，一般是按额定电流的3倍来选择，可选2510的，热继电器按额定电流的1.2倍选择，可选10-13A的；电磁阀和PLC等电器元件要用1个2P3A 或2P6A的断路器作为控制回路电源，再加上一台触摸屏和一些其他的辅助元件，如接线端子，开关按钮等，电气元件选型就基本完成了；二．电气元件的分布摆放：根据操作习惯和电气元件的大小来摆放，需要经常操作的断路器或其他开关我们要放到合适的位置，方便操作，PLC与中间继电器放一起，断路器与接触器放一起，变频器伺服离PLC越远越好，电箱最下面放一排接线端子排；三．画接线图：一般需遵循以下几个原则：（1）一般画接线图时的顺序：根据原理把元件分组→根据布局图设置元器件的放置位置→画元件简图（用圆形或方形图框表示）→标记元件的端子标号→画元件间的连接线→标记连接线的线号→合理安排接线图页面顺序→标记导线的连接点。

要注意的是，以上每做一步，都要保证上一步的正确，尤其是最后一步标记连接线的连接点时，如果标记完后，再改元件的位置或连接线，或图纸的顺序发生改变，那就必须也相应更改导线的连接点了，给工作带来不必要的麻烦。

页面顺序一般如下：主电路接线→控制线路接线→端子接线（2）不同控制箱（板）间要通过端子连接（即其它控制箱、控制板或不在控制箱或控制板上的元器件进入本控制箱或控制板时，要先接到本控制箱或控制板的端子上，然后再由端子引线）；（3）同一端子接线不允许超过两根；（4）高电压和电源线使用R形端子，信号线使用Y形端子，西门子的要用针管；（5）元器件可以用简单的方形或圆形图形来表示，但其端子位置尽量和实际元器件位置相同或接近；（6）接线图元器件的放置要和布局图的位置相同或相近，对于某一个元器件来说，标记的端子位置也要和布局图实际元器件的位置相同。

（7）力求整个图面的美观。

因此，在画连接图时，要保持整个图面的紧凑和清晰，同时，要尽量使画面不要太过于稀疏。

要尽量避免连接线的交叉，连接线尽量使用直线，连接线和元器件间的距离要尽量相同等。

四．接线：接线的前期工作：准备好所有工具，各种电线，号码管，接线端子，接线线耳，我们最好是按CE标准(欧洲标准)来进行硬件接线，首先我们电线的颜色要严格区分，交流要用红色白色黑色，直流用蓝色，接地一定是黄/绿色，我们最好不要出现黄色和绿色电线，这两种颜色容易跟接地线混淆，每根电线两端都要压接线线耳，打号码管，号码管的长度要一致，号码管字的方向要统一，我们要注重接地，有接地标志的电器和设备外壳都要可靠接地，接地可以对设备操作人员起漏电保护的作用和设备的抗干扰作用，所以我们在接线的时候可以先将所有的接地线连接好，再将控制回路的公共线连接好，例如交流的零线，直流的0V,24V,再接其他线，先接控制回路，后接主回路，布线时我们最好将强电与弱电分开，例如交流电机的动力线和PLC输入的信号线分开来走，有些信号线要采用屏蔽双绞线，例如伺服的脉冲信号线，变频器的模拟量信号线，传感器信号线等，屏蔽线不要两头接地，要采用单端接地，就是说屏蔽网一头接了地，另外一头就直接剪掉不接，要是两头同时接地会形成电位差，伺服的话不能正常运行，两根电线双绞可以降低线间分布电容，抑制干扰信号的侵入，接线时端子要拧紧，接好后要用钳子夹住电线用一定的力往外拔，拔不掉才行，很多设备损坏或出现故障都与线路接触不良有关，所以我们要尽量避免；五．程序设计：控制我们可以分为逻辑动作类控制，例如气缸机械手，木工机械，五金机床，行吊行车等，都属于动作类控制，动作执行有些是按顺序执行的，这种就可以采用步进阶梯（顺序控制）编程，有些没按顺序动作的，就采用逻辑控制，如某个输出点与某个输入点或输出点有关联，我们就将其信号串联或并联起来，即是连锁信号控制；过程模拟量控制，如中央空调的温度控制，流量控制，压力控制，污水处理的药液检测，水泵的压力控制，小区恒压供水控制，就是将采集回来的模拟量信号进行量化计算，再对现场设备进行控制；运动控制，当前大部分自动化设备都要采用伺服或步进来进行定位控制，各行各业都有应用，是当前控制的要点和难点；网络通信控制，分仪表级控制，总线通信，远程监控，目前应用比较广泛的是仪表级控制，例如PLC与变频器，PLC与各种各样的仪表之间的通信，PLC与上位机的通信等，通信也是当前控制部分的重点。

六．实际案例讲解：1.真空破泡机是将海绵体或发泡材料的气泡通过抽真空的方式将气泡吸破，机械部分有三段输送机，一个真空室，第一段是进料，第二段是真空室，第三段是出料，其工作原理：三段输送带都有光电开关用来检测是否有产品，进料输送带的光电开关动作则进料和真空室输送带电机启动，输送带运转，将产品送到真空室，真空室光电开关动作，输送带停止，真空室的真空盖下降，下降到位感应开关动作，真空室电磁阀动作，开始抽真空，设定时间到，抽真空电磁阀关闭，排气阀打开，两秒后真空盖上升，上升到位，真空室输送带和出料输送带运转，产品送出，出料光电开关动作，输送带停止，如此循环，该程序比较简单，纯动作控制，可用顺序控制方法编程，也可以逻辑思路编程，该设备没有使用触摸屏，就一个时间需要调整，是外加时间继电器调节；2.多工位组装机：当前很多行业的零件组装都是采用转盘式多工位组装机，如下图所示：硬件组成：转盘，转盘可以是伺服控制的，也可以是分度盘，也可能是气缸推动，但工作原理都是一样的，震动盘：将不同的零件通过震动盘震到设定的导槽流到某工位的夹具里，进料输送带：有些零件是通过输送带送到某工位的夹具里，出料输送带：即是最后一个工序，将组装好的产品通过输送带送到指定的位置，机械手：将零件从当前位置运送到目标位置，可以是伺服或步进控制的，也可能是几个气缸控制的，组各装工位：大部分都会用到气缸或液压，组装机就是将多个零件组装在一起成为一个成品或半成品，假如该设备有6个工位，即是转盘每转动60度停下，6个工位各自执行各自的动作，动作完成转盘又转动60度，转盘每转动一次，各工位零件都供给一次或组装动作一次，最后一个工位就有一个产品完成被送出，所以多工位组装机，转盘每转动一次就组装好一个产品，多少个工位跟该产品有多少个零件有关，但原理都是一样的，这样的设备我们编写程序重点要掌握的就是逻辑关系，转盘每转动一次，各工位都要检测当前工位是否有产品，要是上一工位没产品过来，这时该工位就等待，我们要用移位指令编写程序，六个工位就要6个位长的移位指令，各工位监测不同的位，各工位可以编写独立的一套程序，由移位指令给各工位启动信号；3.中央空调:中央空调需要控制的有主机，水泵，冷却塔，风柜和电动阀，现场传感器有温度，压力和流量，这样的设备模拟量信号比较多，PLC选型还是西门子的占有优势，西门子的模拟量模块价格便宜，程序简单，三菱相反，程序并不复杂，主要是将现场采集回来的模拟量信号进行转换，之后对主机，水泵，电动阀等进行控制，以下是中央空调系统原理图：4.恒压供水，小区恒压供水，假设有3台水泵，一台变频器，主要是将管道安装的压力传感器反馈回来的水压进行计算，再对水泵进行控制，跟据水压的高低自动加减泵，用水低峰时只开一台变频泵，变频器的输出频率根据水压的高低进行PID调节控制，变频器的输出频率达到48Hz就切换一台工频泵运行，水压不够变频泵再启动，频率再次达到48Hz的话，再切换一台工频泵运行，频率还是不够时，变频泵再启动运行，水压高时，变频器的频率下降，下降到20Hz时，停掉一台工频泵，以次类推，程序设计思路：将模拟量压力信号通过模拟量输入模块进行AD转换，开机时先监控当前的压力，当前压力低于设定压力时，启动变频泵，用比较指令就可实现，三台泵要轮流切换，例如第一天启动一号泵作为变频泵，第二天就切换二号泵作为变频泵，第三天就切换三号泵作为变频泵，如此循环，该功能可以用一分钟的时钟脉冲再配合递增指令来实现，编写程序时一定要工频与变频进行互锁，绝对不可以将工频与变频同时接通，这样会损坏变频器，以下是系统原理图：5.注塑机机械手：针对X/Y/Z三轴的送料机械手，硬件由三台伺服驱动丝杆作直线运动定位，机械手负责由震动盘送出的零件抓取插入到注塑机的模腔里，原理简单，但需要考虑的问题很多，主要要考虑机械手与注塑机之间的信号联络，注塑机要处于开模状态，机械手才可以将零件插入到注塑机的模腔里，注塑机注好产品会有开模信号，机械手时时需要与注塑机进行信号联络，必须配合默契，不可出现撞机，否则模具或机械手将损坏，后果严重，必须考虑安全，程序设计思路：三轴伺服选三菱FX3U或台达EH2PLC是比较合理的，西门子的S7-200PLC需加EM253定位模块才能实现，成本较高，程序相对三菱而言会显得复杂些，程序要有回原点，手动调试，示教，自动模式，回原点必须精确，示教其实就是手动移动伺服轴，到达合适位置时保存当前位置，记录手动移动的路径，例如三菱3U就保存D8340,D8350,D8360的当前值，以变址的方法一个一个保存，自动模式时就按示教保存的数据来执行，三个轴都是属于直线点对点运动，用绝对定位指令来做，以下是注塑机机械手图片：6.吸音板排钻,工艺要求：在标准板1220*2440的刨花板或夹板上钻不同规格和图形的孔，分梅花孔平行孔和自定义，两个伺服轴，前后左右移动，钻头（共144支钻头）上下是液压缸控制，还有固定板的气缸控制，触摸屏画面直接固定9种规格和图形的模式，和自定义模式，操作模式有回原点，手动，自动，有六台主轴电机，每台电机驱动24把钻头，每台电机可以在触摸屏选择使用或不使用，触摸屏设定的参数都需要保存，以备以后调用，程序设计难点：该设备要有暂停功能，有时钻头由于排屑不良造成断裂，要是不更换钻头而继续运行的话，该板钻完了也得返工，所以操作工人发现钻头断了需要拉拉绳开关，机器暂停，更换好钻头后机器返回到上一定位点开始钻孔，相关的计数器也要减一，变址寄存器也要返回上一位置，这部分的程序要花心思，就是做适当的加减运算；以下是吸音板成品7.温控表与PLC通信控制：某生产线有一条隧道炉，有16路温度要控制和采集，要求可以在中控室的触摸屏对现场的温度进行监控和设定，同时现场也要有显示，所以选择台达DTA的温控表，带RS485通信功能，温控表本身就带有显示，该生产线用西门子S7-200 PLC 控制，温控表占用PLC的一个通信端口，PLC编写通信程序即可，该温控表通信报文格式与台达变频器相同，但只支持ASCII格式通信，触摸屏可以控制温控表的输出，即是有开启和关闭功能，要关闭输出就将温度设定为0，开启就将温度设定为正常设定值。