PLC系統在水平繞線機上的應用

摘 要： PLC系統已普遍使用在工業生產領域。為了滿足彩色偏轉線圈大型化、高精細、廣角度生產的需要，取代老舊繞線機原有繼電器控制系統。根據繞線機工藝要求及產品生產特點，按照實際需要輸入、輸出控制點的多少，再加上考慮今后生產過程中的技術要求及性價比的特性，進行比較選型。選取PLC系統作為水平繞線機的核心控制系統，完全適用于各種偏轉線圈的規?；?、工藝化生產。證明它本身具有品種繁多，選型容易，自動化程度高、使用維護簡便、抗干擾能力強以及強大的擴展性，是今后水平繞線機控制系統發展的方向。

關鍵詞： PLC系統； 水平繞線機； 模塊化； 核心控制系統

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）24?0168?03

Appliance of PLC system in horizontal winding machine

HU Xin?tao

（Xianyang Pianzhuan Electronics and Technology Co.， Ltd， Xianyang 712000， China）

Abstract： PLC system has been popular in the field of industrial manufacture. To meet the needs of large?scale， high?accuracy and wide?angle manufacture of colour deflection yoke （DY）， and replace the old fashion relay control system used in winding machine， the following factors are taken into consideration in comparing and choosing a control system， which are the process requirements of winding machine and product production characteristics， according to the number of practically?required I/O controlling points， technical requirements and cost performance in manufacturing process. Being selected as the core control for horizontal winding machine， PLC system is applicable for large?scale and technologized production of all kinds of DYs. Also， PLC system has proved its advantages of diversity， availability for finding suitable mode， high automation， convenience in use and maintenance， high anti?interference performance and extensibility. It's testified to be the direction of developing horizontal winding machine.

Keywords： PLC system； horizontal winding machine； modularization； core control system

0 引 言

可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）在工業控制自動化以及數字化控制技術領域，得到了廣泛普及與應用。世界上已生產出300多種PLC工業產品。PLC系列產品在世界范圍內已普遍使用在各行各業，深入到人們生活的各個角落，與人們日常生活息息相關。

1 水平繞線機的功能及特點

水平繞線機是生產彩色電視機和顯示器用水平、垂直偏轉線圈的專用設備。水平繞線機是可自動控制，并用觸摸屏顯示各種控制信息。當今彩色的偏轉線圈正朝著高精細、大型化、廣角度方向發展。水平繞線機的電氣控制系統也由原來的繼電器系統控制向數字控制系統這方面轉移。我公司現有的水平繞線機電氣控制系統全是由當前比較先進的PLC系統構成（主要有日本產歐姆龍、三菱；韓國產三星、LG系統）。

PLC系統水平繞線機是一種4軸數控模具回轉式繞線機，它由三個位置控制軸（x＼y＼z）和一個主旋轉軸組成。它使用PLC系統作為中央控制系統，使用交流電伺服電機驅動模具旋轉。整個繞線過程由數字控制系統控制，并同步旋轉，在高速旋轉過程中可以根據工藝要求設置不同的繞線圈數和模具旋轉角度并同時控制模具上的氣缸動作打出銷釘。控制部分采用PLC，并配以人機對話界面（觸摸屏）進行程序參數修改、設定，以及實時運行狀態監控顯示。三軸方向及主軸均為全數字交流伺服系統，（x＼y＼z）伺服電機通過連軸器帶動滾珠絲杠動作，以移動配有直線導軌的工作臺面。其工作特點定位準確，移動速度快。水平繞線機是通過觸摸屏來設置各軸運轉參數，并在程序中設定它的啟動停止。各軸均在絲杠兩端設置極限傳感器和位置原點傳感器。在PLC程序中均設有動作異常檢測點，當設備出現異常情況時，可通過觸摸屏顯示報警信息。

水平繞線機的規格參數：

主電源：3相，交流380 V，50 Hz。

控制電源：直流24 V。

空氣壓力：4～6 kg/cm。

繞線速度：50～500 r/min，交流伺服電機控制。

繞線方式：正繞、反繞、正繞+反繞。

主軸供電：3 kW，交流220 V，50 Hz。

油泵電機：2.2 kW，交流220 V，50 Hz。

加熱輸如電壓：三相，交流380 V，50 Hz。

加熱輸出電流：0～100 A。

控制銷釘：左右法蘭面各16位。

為了便于調試和檢修，設備的各項操作均設有手動功能，如手動各軸快慢、主軸高低速旋轉、手動各個氣缸動作等。這種水平繞線機均采用半閉環控制設計，只要選件、裝配、程序編制及操作合理，其穩定性和各項設備精度均能滿足使用要求。水平繞線機自動繞線流程圖，如圖1所示。

圖1 水平繞線機自動繞線流程圖

2 水平繞線機PLC系統構成

可編程控制器（PLC）分為固定式和組合式（模塊式）兩種[1]。我公司目前現有的水平繞線機PLC系統均采用模塊式組合結構，便于擴展其使用功能，維護保養方便。水平繞線機模塊式組合結構主要包括有一塊CPU模塊、一塊供電模塊、幾塊I/O（輸入/輸出）信號模塊（可根據需要選取），還有與其配套的安裝機架。將這些模塊根據生產的實際需要進行排列組合安裝，就構成了一個完整的水平繞線機控制系統。

3 PLC系統在水平繞線機上的應用特點

（1）在實際生產過程中安全可靠，運行穩定，從未發生過電磁干擾現象[2]。

（2）模塊功能配套齊全，具有多種實用功能，適用于各種偏轉線圈工藝生產。

（3）普同工程技術人員通過簡短時間，便可學習掌握編程方法及操作要領。

（4）在系統應用設計上，簡單方便，維護工作量小，便于進行下一步工藝改造[3]。

4 水平繞線機PLC系統應用需要關注的問題

水平繞線機是一種專業生產偏轉線圈的高度自動化控制設備，工作環境要求21～27 ℃，空氣相對濕度<60%。必須保證生產車間的大氣環境，不能有大量空氣懸浮物以及可導電的有害粉塵產生。在整個車間用電過程中，嚴禁不按要求私拉各種電源線，更不允許從繞線機控制柜中亂接各種線路。嚴格按照設備保養要求，定期對繞線機PLC系統進行保養清潔。在使用過程中一定要保證電源供電穩定性。防止頻率為10～55 Hz的頻繁或連續震動。杜絕各種干擾信號對PLC系統的影響。水平繞線機PLC系統一旦受到干擾，必將導致設備不動作或誤動作，無法保證繞線機正常工作，嚴重時還會導致設備損壞甚至造成人員傷害。

5 采取的抗干擾方法

設計水平繞線機PLC控制系統主要采取以下幾種抗干擾辦法：

（1）對工廠配電室變壓器進行升級改造，盡量減少繞線機與大地之間的干擾。

（2）對水平繞線機的動力電源線、控制線、信號線進行合理安裝與布置。

（3）I/O（輸入/輸出）模塊信號線要獨立布置，不要太長。

（4）正確選擇水平繞線機殼內的PLC系統接地點，完善設備接地系統。

6 水平繞線機PLC系統的選型

PLC在20世紀90年代就已形成微、小、中、大、巨型多種PLC系統。按照I/O（輸入/輸出）點數可分為：微型PLC 32 I/O；小型PLC 256 I/O；中型PLC 1024 I/O；大型PLC 4096 I/O；巨型PLC 8195 I/O。

根據系統配置優化的基本原則，在設計水平繞線機控制系統時，在使用功能滿足要求的前提下，盡可能選擇運行可靠，使用維護簡便以及性能價格比最好的優化機型。通過類比法并結合我公司的實際情況，大致有以下三個廠家的產品及機型能夠滿足生產的實際需要：日本三菱公司的A系列；日本歐姆龍公司的C2000H系列；韓國LG公司的G系列。

通過查找日本三菱、歐姆龍，韓國LG公司相關PLC系統功能資料，同時再考慮到其結構形式、性能、容量、指令系統、編程方式、價格等各方面因素，再加上水平繞線機主要是對于開關信號量加以控制，并通過它加以控制繞線機的通電熔接控制箱，線圈加熱以及銷釘信號控制器，因此我們在設計時最終選用了韓國LG公司的GM4系列產品。

韓國LG公司 GM4系列選用表：

CPU模塊：GM4?CPUA，1塊；

輸入模塊：G4I?D2BA，2塊；

輸出模塊：G4Q?D2BA，2塊；

電源模塊：GM4?PA1A，1塊；

通信模塊：G4L?CUEA，1塊；

機架模板：GM4?BO6M，1塊。

可根據韓國LG公司的可編程控制器應用指南，利用多種程序設計語言。將多種程序組合使用，已達到連接方便，操作簡單，易于掌握等特點。

7 水平繞線機I/O信號分類

水平繞線機PLC控制系統的輸入信號主要來自控制按鈕，急停開關以及分布在繞線機各個測控點的各種類型傳感器。水平繞線機PLC系統控制負載輸出主要分成以下4類：

（1）一臺交流油泵電機和一臺大功率交流伺服電機的主交流接觸器線圈；

（2）驅動機械氣缸動作的電磁閥線圈；

（3）顯示及報警負載（包括顯示燈、聲光報警器）；

（4）控制偏轉線圈剝離、通電加熱控制器的相關控制器。

8 繞線機I/O模塊控制點數計算

水平繞線機的PLC系統的控制對象是繞線設備，它的工作環境也就是整個生產車間。其參與的偏轉線圈整個生產過程都是通過I/O接口模塊來實現的。通過I/O接口模塊可以檢測被控制繞線機在整個生產過程中的各種參數，并以這些現場反饋信號作為控制信息，對被控制對象發出指令加以控制，同時通過I/O接口模塊將控制器的處理結果輸送給被控單元，從而驅動各種機械執行機構來實現完成。水平繞線機的輸入線號都是直流信號，絕大多數來自各種型號傳感器及控制按鈕。輸出信號也是直流信號，大多直接控制各種電磁閥線圈以及中間繼電器線圈。根據我公司目前產品生產工藝要求，換算出水平繞線機動作過程及顯示控制總共需要多少控制節點。這里設計的水平繞線機現需要輸入接點40個，輸出接點56個。根據PLC控制系統的要求，最終確定水平繞線機所需要I/O模塊接點數，同時還應在實際需要接點數的基礎上在增加10%～20%的備用量，以便隨時根據生產需要增加控制功能。

9 水平繞線機PLC系統的安裝與維護

（1）PLC的安裝有兩種安裝方式分別是螺釘固定和軌道固定[4]。

（2）PLC使用電源為50 Hz（220±22） V交流電。

（3）具有良好的接地點，禁止與其他設備串聯接地。

（4）PLC內部采用直流24 V供電，但要注意的是日本三菱公司的FX系列PLC的空位端子[5]，在任何情況下都不能使用。

（5）輸入/輸出連接線不能合用同一根電纜，必修要有防靜電屏蔽措施。

10 結 語

通過長期對水平繞線機PLC控制系統的研究使用維護表明，水平繞線機上的PLC控制系統完全能夠滿足生產各種偏轉線圈各項工藝技術要求，具有程序設計思路清晰，硬件電路簡單實用，可靠性高，抗干擾能力強，使用維護簡便，具有良好的性能、價格比顯著等優點。伴隨著各種偏轉線圈功能的提高，選用的PLC在實際工作中還一定要依據實際情況作出適當的調整，以便設計出更加符合水平繞線機發展期望的控制系統。

參考文獻

[1] 王立權.可編程控制器原理與應用[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2001.

[2] 王立權.機電控制與可編程序控制器[D].北京：中央廣播電視大學，2001.

[3] 王兆義.小型可編程控制器實用技術[M].北京：機械工業出版社，1997.

[5] 龔仲華.三菱FX系列PLC應用技術[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[4] 吳忠俊，黃永紅.可編程控制器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2007.

[6] 齊占慶.機床電氣控制技術[M].北京：機械工業出版社，1993.

[7] 李仁.電氣控制[M].北京：機械工業出版社，1999.

[8] 隋振有.電氣控制與PLC應用快速入門[M].北京：中國電力出版社，2007.

[9] 常曉玲.電氣控制系統與可編程控制器[M].北京：機械工業出版社，2004.

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