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全自動打捆包裝機器人（以下簡稱打捆機）是鋼鐵企業(yè)精整包裝工序的核心設備，我課題組研制的第一臺國產YHB-400-10A型打捆機已經(jīng)順利通過通化鋼鐵集團公司、水城鋼鐵廠驗收,長期運行良好。作為精整包裝生產線的重要組成部分，打捆機一般放在鋼材生產車間，而車間里粉塵多，冬夏溫差大，要求安全系數(shù)高，這些都將對打捆機控制系統(tǒng)的運行產生很大影響。針對打捆機的工作環(huán)境差，溫度高，動作頻繁且可靠性要求高等特點，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具有結構小巧、運行速度快、功能齊全等優(yōu)點，能夠在鋼鐵車間等惡劣的工作環(huán)境下穩(wěn)定運行。此控制系統(tǒng)不但能對每一步驟實現(xiàn)精確控制,結合外部設備和軟件設計.還能實現(xiàn)運行參數(shù)的自動調節(jié)和打捆機的離線故障診斷。
2控制系統(tǒng)組成
圖1為打捆機工作流程圖，打捆機通常工作在升壓狀態(tài)下，第一次啟動時的升壓要進行打捆之前的各項參數(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，打捆機完成一個道次的打捆，然后輻道行走，進行下一個道次的打捆。

由于打捆機工作環(huán)境復雜,基于故障診斷的需要，液壓油的油溫、油壓、油污及上下運動定位、鋼捆定位等都是控制系統(tǒng)需要的參數(shù)?？紤]到整個打捆機控制系統(tǒng)所需的輸入輸出點的個數(shù)、控制程序的編排及PLC程序存儲器的容量，控制系統(tǒng)選用了一個具有24路數(shù)字量輸入、16路繼電器輸出和6個高速計數(shù)器的CPU226模塊和一個具有16數(shù)字量輸人、16繼電器輸出的EM223擴展模塊。此外，系統(tǒng)還選用SIMATICHMITP7觸摸屏作為顯示、交互設備，它通過專用電纜與PLC主機模塊相連，主要用于參數(shù)設置、警情顯示、工作狀態(tài)指示和系統(tǒng)調試等，觸摸屏的使用為系統(tǒng)創(chuàng)建了一個友好的交互環(huán)境。
圖2所示為系統(tǒng)原理圖。打捆機操作指令和傳感器信號接PLC輸入點,I0.6J0.7和IL2、II.3作為高速計數(shù)器的輸入點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的輸出點通過控制繼電器實現(xiàn)對電磁閥的控制，從而控制打捆機的各個動作,PLC的輸岀點也可以直接驅動指示燈，以便觀察打捆機的工作狀態(tài)和故障點所在。

CPU226可方便地用數(shù)字量和模擬量擴展模塊進行擴展，最多可連接7個擴展模塊。此控制系統(tǒng)擴展一個數(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行過程控制。圖形按鈕及自解釋說明等特點使操作更加簡單方便，同時也節(jié)省了學習的時間。在Windows環(huán)境下使用TP7組態(tài)軟件進行組態(tài)，此軟件提供多種靜態(tài)和動態(tài)圖，可以生動形象的顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)和各運行參數(shù)。TP7還具有1P65保護等級，并全面支持漢字顯示。
上述配置所組成的控制系統(tǒng)，可以完成打捆機的各個動作控制、顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)和對運行過程中的突發(fā)故障進行離線診斷。通過通訊電纜與微機聯(lián)網(wǎng)，還可以實現(xiàn)打捆機運行狀態(tài)的遠程監(jiān)控。
3軟件設計
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有時能解決利用LAD或FBD不容易解決的問題，適合有經(jīng)驗的工程師；LAD直觀，易于理解，適合初學者編程使用；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周期，則調用初始化子程序，設置PLC的各個輸出點為初始值，在以后的掃描周期內不再執(zhí)行此程序段。然后檢查復位標志位，若無復位請求，直接執(zhí)行下一步。接著系統(tǒng)檢測是否出現(xiàn)警情，有則調用故障診斷子程序，排除故障后程序從初始位置運行。觸摸屏子程序主要處理與觸摸屏顯示、設置有關的一些變量值，使之顯示內容與系統(tǒng)運行狀態(tài)實時保持一致。啟動、升壓和冷卻子程序主要是根據(jù)傳感器和手動按鈕信號，控制卸荷閥線圈、冷卻風機電源的通斷和電機的啟動。打捆機運行過程中如果需要暫停觀察和維修，按下暫停按鈕，調用暫停子程序記錄暫停工作步驟和運行狀態(tài)，再次按下暫停按鈕打捆機從暫停處向下運行。爾后PLC檢測系統(tǒng)是工作在自動還是手動狀態(tài),分別調用自動和手動運行子程序，自動運行過程中一個道次的打捆不需要人工介入，手動運行則需要分布操作,大都在系統(tǒng)調試時使用手動模式。

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合硬件進行診斷，下面結合事例進行說明：
假設打捆機上升不能到位，則上升到位開關不能給PLC輸入點到位信號，延時一旦超過了系統(tǒng)的設定值，系統(tǒng)就認為有故障點，觸摸屏顯示上升不到位,并自動發(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,PLC逐個向需要檢測的繼電器輸出信號，如果同時輸入點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號。檢測電磁閥也基于同樣原理。檢測結果在觸摸屏上顯示，標明具體故障點。
4控制系統(tǒng)主要功能及其特點
這套以S7-200PLC為核心的控制系統(tǒng)不但能夠實現(xiàn)對打捆機煩瑣工作程序的精確控制，還可以根據(jù)溫度，壓力等自動調節(jié)運行參數(shù)，比如冬季油溫低，運行周期變長，程序就會自動增加各個動作的延時以避免系統(tǒng)誤報警。同時也可以實現(xiàn)電氣、液壓故障的離線檢測。
西門子公司產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車間的打捆機也是至關重要的。同時，PLC的指令系統(tǒng)豐富，編程操作簡單等特點也使開發(fā)周期變短，現(xiàn)場調試方便。
5結束語
選用PLC控制系統(tǒng)綜合了幾個方面的考慮，PLC與單片機相比驅動能力強，電氣結構簡單且穩(wěn)定性要高，工業(yè)控制計算機價格和維修費用都比PLC要高，選用PLC控制系統(tǒng)，不僅能夠完全實現(xiàn)所需功能，又充分利用了系統(tǒng)資源，降低了打捆機整機成本。使用此系統(tǒng)的全自動打捆包裝機器人現(xiàn)在通化鋼鐵集團和水城鋼鐵廠穩(wěn)定運行，又進一步驗證了s7．200PLC控制系統(tǒng)的良好性能。

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