基于PLC的制動器磨合試驗臺系統的設計與制作

謝晨 黃寧 吳學敏 王冉 韓屹松

摘 要：電磁制動器是工業生產中電機制動的重要部件，它結構緊湊、操作簡單，能靈敏、可靠地完成制動過程。本論文詳細論述了一種基于PLC為核心的制動器磨合試驗臺系統，通過電磁制動器對電機負載進行磨合，主要包括主控制器PLC、人機交互界面HMI、磨合單元等三部分。系統可通過現場硬件按鈕實現系統的啟動與停止，同時通過觸摸屏進行磨合參數設置，使電機負載達到最佳磨合效果。

關鍵詞：電磁制動;PLC;人機交互界面HMI

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.128

0 引言

在工業生產中，制動特性是影響電動機運行特性的一項重要指標。特別是在某些生產機械中，如卷揚機、龍門刨床等，工作過程中需要減速或停車，拖動這些生產機械的電動機也就需要頻繁的制動。常用的制動方式有機械制動、電氣制動等。機械制動是通過機械裝置來卡住電機主軸，使其減速，如電磁制動器。

電磁制動器廣泛應用于、化工、機床、建筑、電梯、包裝等行業中的制動場合，是電機制動過程的重要部件，它能靈敏、可靠地完成制動過程 [1]。當制動器通電后其繞組產生磁場，將銜鐵吸回，同時銜鐵壓縮固定在鐵心內的彈簧;失電時，繞組放電，彈簧將銜鐵彈出，銜鐵要在摩擦盤上產生制動轉矩，使電機停車。本設計利用其磨損作用，對電機負載進行磨合，通過控制磨合時間、磨合間隔及磨合次數，從而達到最終可滿足生產要求的磨合效果。

1 硬件設計

（1）硬件系統組成。系統硬件部分包括PLC主控制器、磨合單元、人機交互界面HMI設備等三部分。本可通過人機交互界面進行磨合時間、磨合間隔、磨合次數等參數的輸入與調整，并可通過現場硬件按鈕及觸摸屏遠程軟按鈕實現系統的啟動，當磨合次數到達設定值后即可實現系統自動停止，同時可通過觸摸屏進行不同工藝的設定，以實現生產線工藝的多樣化，達到可滿足生產要求的產品磨合效果。試驗臺控制系統的硬件組成。

（2）硬件系統選型。1）PLC控制器。本系統專門針對磨合流程進行設計，屬于小型系統。在PLC選型時，結合試驗臺的輸入/輸出點的數量、通訊模式等多方面進行考量。因此選用西門子S7-200系列CPU作為系統主控制器。2）人機交互界面HMI。隨著現代工業的發展，觸摸屏技術已廣泛應用于工業生產線中。觸摸屏具有堅固耐用、反應速度快、可視化良好等優點，可實現操作員對工業現場的遠程控制，使系統控制更為便捷。本系統的人機交互界面選用西門子smart line系列10寸觸摸屏，通過西門子公司專用軟件WinCC flexible進行組態，并通過以太網口與PLC進行通信，實現觸摸屏與PLC的雙向通信。本系統的人機交互界面主要完成磨合參數設置，即操作員可通過人機界面對不同電機輸入相應參數（包括電機轉速設置、磨合時間、磨合間隔及磨合次數）。并通過用戶管理功能，對系統進行安全設置，只有用戶名和密碼輸入正確后，操作員方可進行參數設置與修改，大大提升了系統的安全性。

2 控制系統組成

（1）PLC程序設計。首先根據系統要實現的功能進行主程序流程圖的設計：觸摸屏可完成對電機轉速、磨合時間、間隔時間及磨合次數的設定。磨合時間表示電機失電后，電磁制動器進行制動過程中，與產品的摩擦時間;間隔時間表示電機運轉過程中，與制動器分離的時間。按下啟動按鈕后，PLC檢測觸摸屏上操作員輸入的電機轉速、磨合時間、間隔時間及磨合次數等參數，并完成滿足工藝要求的磨合過程。

（2） 轉速程序設計。以1#電機為例，轉速可通過觸摸屏進行選擇，7種轉速對應通過繼電器的狀態進行控制。組態設計中選用文本IO域，地址VW0為觸摸屏中試驗臺電機速度存儲地址，表1中所列為電機的7種速度，組態中設置對應索引值分別為0～7，即為二進制中的000～111。因此，在編程中使用傳送指令即可通過觸摸屏完成對電機速度的選擇。同理，其他三臺電機均對應三個繼電器，分別對應7種速度，編程方法同1號電機。最終將四臺電機的速度用通過“與”指令輸出至QW0，即可完成觸摸屏對四臺電機的速度選擇功能。

（3）磨合次數程序設計。根據系統工藝要求，本系統需要在觸摸屏完成磨合次數的選擇后，系統自動進行相應次數的磨合動作，直至達到操作員在觸摸屏上選擇的次數后即可自動停止。程序中通過定時器完成磨合時間與磨合間隔可完成磨合功能，但只有達到觸摸屏上設置的磨合次數后，磨合過程才會停止。因此，在程序的設置上，需要使用遞減函數來實現。

3 系統調試

基于PLC的制動器磨合試驗臺系統調試主要完成以下幾個步驟：

（1）完成計算機與觸摸屏、觸摸屏與PLC之間的通信;（2）通過觸摸屏完成速度選擇、磨合時間、間隔時間、磨合次數及電源選擇，完成現場調試。人機交互界面如圖1所示。

4 結論

通過對本系統的研究，提出了以PLC控制的全自動磨合試驗臺裝置，并對磨合工藝進行電氣控制系統設計，重點對控制要求進行分析、并進行程序及組態設計，從而滿足生產線實際需求的磨合質量和效率。

本試驗臺中應用于企業實際磨合工藝生產線中，采用PLC及觸摸屏控制，不僅降低了成本，而且提升了磨合效率，并真實解決了企業實際生產問題。

參考文獻：

[1]熊杰.熱軋板帶軋機卷取芯軸電磁抱閘液壓控制技術改進[J].湖南華菱漣源鋼鐵有限公司，2018.

[2]戴花林.基于PLC的小型立體倉庫系統自控設計[J].電腦迷，2018

（12）：168-169.

[3]【日】巖木詳主編，森田克己，野一美著.機電一體化入門[M].科學出版社.

作者介紹：謝晨（1989-），女，山西運城人，碩士研究生，見習講師，主要研究方向：自動化控制。