西门子6ES7317-7TK10-0AB0技术参数
1 引言
在建筑业、高速铁路、公路、机场、水利电力、市政建设等领域中，传统的作业方法是整齐地将矫直裁剪好的钢筋一根根地纵横排列好，用铁丝把它们扎成网格，然后，再把一个个的交叉点焊接起来，这种作业方法的劳动强度大，生产效率低，而且耗费大量的钢材。
钢筋焊接网是十九世纪中叶欧洲首创的一种在工厂中焊接形成的网状钢筋制品，钢筋焊接网是利用先进的微机编程控制技术、检测技术和气动技术，将普通低碳冷拔钢筋、冷轧带肋钢筋在纵横筋的交叉点处用电阻熔接法焊接而成;它是一种新型、高效、节能、强化混凝土结构的建筑用材，具有提高结构强度，节省钢材，节省劳动力，运输方便，施工便捷、安全，网格排列尺寸精度高等特点，以专业化、规格化生产，综合****，经久耐用，抗松散变形，抗冲击;增加握裹力，刚性好;受气候影响较小，使整个施工现场整齐美观，已广泛应用于工业和民用建筑、混凝土路面、机场跑道、隧道、混凝土管、桥面铺装、水利、电力坝基、码头、仓库、污水处理池、围栏等领域。在工程实践中显示了其节省钢材、简化施工、缩短工期、提高工程质量和经济效益等特点。
生产钢筋焊接网的专用设备是钢筋网焊机，我国在消化引进国外设备的基础上研发了国产的钢筋网焊机，其操作简单，维护方便，价格低廉（仅相当于引进同类设备的10%～20%）,得到了较好的应用。本文以江苏省某机械厂的钢筋网焊机继电器控制系统改造为例，介绍三菱PLC在其控制系统中的应用。
2 系统简介
本焊机由经线进料、纬线自动落料机构，上、下电极，牵引工作台，焊接变压器，液压系统，送网机构，翻网机构和冷却系统等组成。
经纬（纵横）方向钢筋通过经线进料、纬线自动落料机构送料;上电极是活动的，下电极被固定在电极座上，当上电极向下压紧钢筋而与下电极啮合时通电即对钢筋进行焊接;当一张钢筋网焊接好后，牵引工作台将网片拉出;焊接变压器给上下电极提供工作电源;钢筋网焊机中的上电极升降、工作台拉网、抬网以及翻网均采用液压控制系统;送网机构是将焊好的钢筋网从工作台上拖出，送进翻网机构中去;翻网机构将焊好的钢筋网堆叠在平板车上;变压器、上电极块、导电方棒、下电极铜板等都应冷却，这由水泵统一供水循环冷却。
3 PLC的应用
3.1 钢筋网焊机的工作流程
钢筋网焊机的工作流程如图1所示。
图1 钢筋网焊机的工作流程图
用钢筋网焊机来焊接钢筋网片的步骤为：先开启冷却泵电机，再开启主、副油泵电机，用步进电机调整好钢筋纬线间距;把经向钢筋穿入焊机的进料口，并穿到电机头至限定位置，把纬向钢筋加入料架，并倒进落丝槽中。先使横梁（上电极）空动作一次，钢筋被抛入定位装置中，将操作方式选择开关拨至连续位置，按下焊接启动按钮，焊网机就开始自动焊接。当焊好一张网片后，由送网机构把网片送进叠网托架中，托架翻转，网片叠在平板车上。
3.2钢筋网焊机PLC控制系统的软硬件设计
（1） PLC的选择
产生输入控制信号的输入设备有：操作方式转换开关;手动时运动的选择开关;步进电机运动快慢和运动步数选择开关;位置检测元件;冷却泵电机启、停按钮，主、副油泵电机启、停按钮，送网电机启、停按钮，焊接开始、停止按钮，步进电机启/停旋钮、正/反转旋钮、移位暂停以及单步控制按钮等。
输出出设备有：控制横梁上/下的电磁阀，控制工作台进/退的电磁阀，控制抬网小油缸向上运动的电磁阀，控制翻网油缸向下运动的电磁阀，分别控制冷却泵电机、主油泵电动机、副油泵电动机、送网电动机的接触器，触发可控硅的继电器等。
钢筋网焊机控制系统共有30多点输入信号，10多点输出信号，这里选用三菱F1–60R，其I/O点数为36/24。
（2） 软件设计
钢筋网焊机PLC控制系统总程序的流程如图2所示。
图2 钢筋网焊机PLC控制系统总程序流程图
根据操作方式，钢筋网焊机的PLC控制总程序可分为冷却泵电机，主、副电动机的启、停;纬向钢筋间距的调整;手动程序和自动程序四大部分。
为使油箱、变压器、导电方棒等得到冷却，必须首先启动冷却泵电动机。
纬向钢筋间距的调整用步进电动机来实现。在这里，驱动步进电动机的脉冲由内部继电器M200,M201和M202组成的三相六拍环形分配器供给（用移位指令来实现）;用步进电动机正反转控制旋钮X500（SB9）与输出点Y030、Y031、Y032配合，实现步进电动机的正反转控制。步进电动机运动的快慢由脉冲的频率控制，而步进电动机运动的步数由内部计数器控制。
当选择手动运行方式时，则执行手动程序，可进行手动操作，对焊机的每一个动作进行单独的控制，例如：当将选择开关拨向上电极上/下位置时，按下焊接启动按钮，则上电极向下运动;按下焊接停止按钮，则上电极向上运动。
图3 钢筋网焊机PLC控制系统的自动焊接程序流程图
当选择单循环或连续运行方式时，均运行自动程序，但单循环运行方式在自动焊完一根纬向钢筋后，回到原始位置即停止焊接;而连续运行方式则在焊完预先设定数量的纬向钢筋后停止焊接。单循环运行和连续运行使用M206可编程存储单元和RS指令功能来控制自动程序的执行过程。若在连续操作方式时，按下焊接开始按钮即置位M206，则自动程序连续循环预先设定的次数后（即焊完一张钢筋网后）停止;若在单循环操作方式时，复位M206，则自动程序执行到焊完一根纬向钢筋后停止。
由于篇幅所限，在此只介绍自动焊接程序流程图，如图3所示。
4 结束语
投入较低的成本，基本不用改动液压系统，使改造后的整套设备结构紧凑，运行稳定可靠，控制焊接和操作方便，提升了自动化水平，降低了劳动强度，产生了良好的经济效益。当今世界，科学技术日新月异，产品更新换代的周期越来越短。就拿钢筋网焊机来说，其自动化程度越来越高，操作更直观、安全，很少的人就能完成大量的工作。今后，它将朝着钢筋矫直、焊接、定尺切网、翻网、叠网有机结合成为一体的方向发展可编程控制器（PLC）以其运行可靠、易学易用、抗干扰性强等特点，在工业控制中得到广泛应用。然而较多的应用只是根据工艺编制相应的梯形图，用以代替传统的继电器电器控制线路，功能非常有限。近年来各种型号的PLC 在功能上已经有了极大的提高，允许用户做许多底层操作，几乎可以象单片机一样灵活，加上有众多的外围设备可以选用，这就给软件、硬件设计带来了很大的灵活性和先进性。本文通过三菱FX2N-PLC 在一条电镀自动线上的应用，说明如何充分开发PLC 的先进功能，达到行车动作的灵活设定、动态修改的功能，以及断电恢复、通讯、新型人机界面的应用。
2 系统简介
系统采用集散控制，参见图1，上位机使用工控微机，负责工艺调度、质量管理等宏观控制；下位机使用三菱FX2N-PLC，控制行车的动作。行车吊勾（提升电镀工件用）的垂直定位采用接近开关，水平定位采用旋转编码器，垂直和水平的运动都使用变频控制普通交流异步电机来驱动，控制面板使用三菱的F940GOT 触摸屏人机界面。
3 PLC 的应用
3.1 动作表
行车动作无非就是上下左右受控移动，按照指定的顺序（即动作表）完成一系列的动作。要求有几套动作表可以选择，动作可以静态修改，也可以在运行时由上位机动态修改。这种要求若是仅用简单的梯形图是无法实现的，因为动作都是由梯形图中的触点指令实现，而梯形图指令在运行时是不能修改的。现在的FX2N-PLC 增加了许多应用指令（底层操作，相当于微机的汇编指令），以及提供了许多可供用户使用的数据存储单元，并且有间接寻址功能，这就使表结构操作成为可能。在这里，我们把行车的一个动作定义为：“到几号工位上升，再到几号工位下降”，或者是“延时几秒”，每个动作由一个字（16 位）组成，每个动作表由若干个动作字组成，放在PLC 的数据寄存器里，动作表由PLC 程序初始化，也可以在运行时通过串行通讯由上位机读取和修改，PLC 程序在运行时只是不断地解释和执行动作表。
3.2 动作的解释和执行
动作字有3 种：行车动作字、延时动作字、结束标志。
（1） 行车动作字：
动作字的高字节表示“上升所到的工位号”， 低字节表示“下降所到的工位号”，例如：“0205”表示让行车开到02 号工位，上升，再开到05 号工位，下降。
由于一个行车动作字表示的是宏动作，由：“前进或后退，水平到位，上升，上到位，再前进或后退，水平到位，下降，下到位，完成”几个微动作组成，通过FX2N-PLC 的步进阶梯指令STL 实现非常合适。我们可以把行车的宏动作分解为几个状态，在到位时进行状态转移。参见图2 的STL 状态转移图。垂直到位比较简单，用上下到位接近开关直接控制即可。
水平到位稍微复杂一些。在程序初始化时将每个工位的准确位置送到数据寄存器里，称做工位位置表，每个工位的实际位置数据通过实测得到。动作表、工位位置表、行车水平运动的关系请参见图3。运行时通过旋转编码器得到行车的当前位置，每毫米大约发3 个脉冲。在做水平动作时，先取出动作字，分离高低字节，得到目标工位号，将此工位号作为工位位置表的偏移量，用间接寻址方法得到目标工位位置，若当前位置大于目标位置则令行车后退，反之则前进，直到行车到目标位置前一个提前量时，令行车转为慢速；当行车到目标位置前另一个提前量时，令行车制动。这二个提前量都根据实际情况加以调整，慢速提前量通常为半个工位间隔，制动提前量根据实际的行车速度、惯性而定。经过调整，*终定位精度可以达到±1mm 左右。
图4 是行车水平处理子程序，在二个水平进退STL 状态中先设置好目标工位，再调用该子程序，行车就会前进或后退，直到目标位置停下来，发出完成标志M86，即可转入下一STL状态。
图４ 水平处理子程序
（2） 延时动作字：
延时动作字的高字节用7EH 作为标识，低字节为延时值，如“7E30”。延时动作比较简单，取出动作字，分析一下若是延时动作，将延时值送延时定时器就可以了。以前的PLC 定时器常数在梯形图中设定，运行时不能改变，FX2N-PLC 定时器允许将数据存储器的内容作为定时值，才使在运行时改变定时常数成为可能。
（3） 结束标志：
每个动作表用7FFFH 作为结束标志，执行到结束标志表示一圈做完。若是单圈模式的话就进入停止状态，若是连续模式的话就让动作表指针重新指向表首，继续运行。
3.3 自动校正
由于旋转编码器指示的是行车的相对位置，因此在运行前应该校正一下行车的**位置。我们采取在水平方向上安装一个校正用接近开关的方法，让行车在开始运行前先朝某方向去找校正接近开关，若在3 秒钟内未碰到校正接近开关，或碰到了极限开关，就让行车朝另一方向去找。只要碰到校正接近开关，就把旋转编码器计数器置为某一个确切值，行车的位置就校正了。在以后的运行中，行车每次经过该校正接近开关，行车位置都会被再次校正，这样可以消除积累误差。
3.4 断电恢复
以前一般的电镀自动线控制系统往往没有断电恢复功能，在电镀生产线工作中如果遇到突然断电，往往结果很尴尬。即使很快又来电了，但由于看不出是在哪一步停下来的，只能从头来过，造成已经在镀的工件报废。利用PLC 的失电保存功能，我们这个系统具有断电记忆，来电恢复的功能。为实现该功能，应该整理一下所用到的寄存单元，分为要记忆和不要记忆的二部分。象STL 状态、运行模式、运行状态等都是要记忆的，而用作动作表指针的变址寄存器V、Z 无失电保存，需要用其他有失电保存的寄存器作为映象后备。一般的临时单元都不需要失电保存，每次RUN 的时候都初始化这些单元。此外还应注意的是，尽管来电后可以继续刚才的工作，但来电后自动运行起来也是有危险的。本系统是这样处理的：当RUN的时候检查一下，若原先是在运行状态下断电，则令系统处于暂停状态，等待操作者通过操作面板按下“运行”键后才继续工作。如果断电时正在做水平运动，则因PLC 已经失电，而行车的由于惯性仍有运动，造成PLC 记忆的行车位置和实际位置不符，在重新运行时应该自动校正。
3.5 通讯
FX2N-PLC 提供了比较良好的通讯机制，只要在主机上扩展一块RS232 通讯模块（FX2N-232BD）即可。FX2N-PLC 的应用指令中有完善的串行通讯指令，可以方便地使用。
在本系统中，上位机主动发送通讯串，PLC 接收到通讯串，根据通讯串中的命令号，作出相应的动作，参见图5。上位机可以让PLC 返回或修改当前的工作状态、返回或修改动作表中的动作字等，只要编制相应的软件，上位机就可以监视、控制自动线的运行。
4 控制面板
常规的控制面板由按钮、拨盘、开关、指示灯、数码管组成，我们这次使用了三菱公司的F940GOT 人机界面，它是一个带触摸屏的彩色液晶显示器，可以自由布置各种显示、控制器件，如按钮、键盘、开关、指示灯、文字、数码管、图片、进度条等，取代了所有的常规面板元件。这不仅大大节省了PLC 可贵的输入输出点，而且具有外观新颖、信息量大、使用方便、修改灵活等特点。在应用中还可以使用多屏画面，把各种显示、控制要求按功能分成多个画面，相当于多个小控制面板，再用一个封面画面负责切换。
图6 是本系统控制面板中的主控画面，具有运行模式（单步、单圈、连续）的设定和显示；运行状态（运行、暂停、停止）的设定和显示；工艺（动作表）选择；行车动作的显示；手动控制；当前行车位置的数字和图形显示；定位误差的显示；动作步的显示和修改；当前动作字的显示；动作表的查询显示等。
5 结束语
由于该电镀自动线充分开发了FX2N-PLC 的多种先进功能，并采用了较多的先进控制手段及新型的控制器件，使整个系统具有较优良的性能。经过一年多的实际运行，证明该系统是成功的。由此我们看到，由于PLC 具有许多优异的性能，并且功能也日益强大，只要深入理解这些PLC 的原理，加强二次开发，就可以在更多的领域发挥PLC 的作用。