PLC控制在鏜床改造上的應(yīng)用

郭海娟，吳利芳

（1.秦皇島益興重工科技有限公司，河北秦皇島，066000；2.北京鐵路電氣化學(xué)校，北京，102202）

0 引言

對鏜床進(jìn)行電氣系統(tǒng)改造時(shí)，利用原有的伺服控制器，原先電氣柜不滿足新設(shè)計(jì)要求，故棄用，新增加一個(gè)700＊350＊1250的電氣柜，選用西門子PLC，原先電氣柜中的斷路器，保險(xiǎn)以及繼電器能用的都利用，由于伺服控制器線束上沒有線號(hào)，而且接頭處有掉焊，所以新買入伺服控制器插頭，重新配線，原有的電纜有破損的地方，故棄用。

1 鏜床工藝動(dòng)作要求

根據(jù)生產(chǎn)工序的要求，改造后的工藝需要滿足:工件放到工位后，自動(dòng)完成找零位，確定原點(diǎn)位置，保證后續(xù)工序位移正確，夾緊氣缸自動(dòng)夾緊工件，然后兩邊的刀頭開始自動(dòng)前進(jìn)，行進(jìn)到慢速位，根據(jù)提前設(shè)定好的行進(jìn)位移，刀頭開始自動(dòng)鏜工件，一直行進(jìn)到停止位，夾緊氣缸松開，刀頭自動(dòng)退到起始位，開始下一次動(dòng)作循環(huán)。整個(gè)過程要求定位精準(zhǔn)，行進(jìn)位移完全按照設(shè)定參數(shù)，從而保證該道工序的精準(zhǔn)度。

圖1 動(dòng)作順序

2 PLC系統(tǒng)構(gòu)成圖

改造后的鏜床需要具備以下基礎(chǔ)功能：

手動(dòng)：操作按鈕集中在觸摸屏上，要求操作相應(yīng)的功能按鈕完成相應(yīng)的動(dòng)作，各功能操作互不干涉。

自動(dòng)：工件放到工位后，先“回到零位”，然后按下電氣柜上的“啟動(dòng)”按鈕，工件自動(dòng)按照程序設(shè)定進(jìn)行一輪循環(huán)動(dòng)作。

參數(shù)設(shè)置：根據(jù)工藝需求，設(shè)定各個(gè)位置的參數(shù)。

報(bào)警顯示：當(dāng)設(shè)備有報(bào)警時(shí)，主畫面的報(bào)警指示燈會(huì)閃爍，然后切換到“報(bào)警畫面”，查找相關(guān)報(bào)警。

整個(gè)操作集中在觸摸屏上。

整個(gè)電氣系統(tǒng)的主要I/O點(diǎn)如圖2所示。

圖2 I/0點(diǎn)

另外，設(shè)備配備有一套小型液壓系統(tǒng)，兩套夾緊油缸，PLC通過控制電磁閥的開與關(guān)，通過油缸的伸縮，實(shí)現(xiàn)對工件的夾緊和松開。整個(gè)系統(tǒng)只有開關(guān)量，沒有其它模擬量，相對來說，控制比較簡單，只需要將伺服控制器的參數(shù)設(shè)置好，通過PLC控制伺服，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)位移的更改。

3 電氣系統(tǒng)要求

按照生產(chǎn)要求以及預(yù)算規(guī)定，制定新的電氣元件采購計(jì)劃，原先電氣柜內(nèi)能用的電氣元件都利用，采購新的電氣元件秉著性價(jià)比，以最低的成本實(shí)現(xiàn)最好的功能。

元件清單如表1所示。

表1

8 斷路器OSMC32N2C10A 3 個(gè) 施耐德9 斷路器 OSMC32N1C6A 1 個(gè) 利舊10 保險(xiǎn) 6A 1 個(gè) 利舊11 接觸器 LC1-D32 2 個(gè) 施耐德12 接觸器 LC1-D25 1 個(gè) 施耐德13 熱繼電器 LRD-22C 16～24A 2 個(gè) 施耐德14 熱繼電器 LRD-14C 7～10A 1 個(gè) 施耐德15 插座 三孔 1 個(gè) 利舊16 中間繼電器 DRM270024LT 10 個(gè) 魏德米勒 利舊17 X6插頭 55100－0600 2 個(gè)18 X5端子座 54306－5011 2 個(gè)19 X5外殼 54331－0501 2 個(gè)20 急停按鈕 1 個(gè) 施耐德21 電控柜700×350×1250+200mm 1 個(gè)22 輔材 1 套

4 PLC和觸摸屏的選型

■ 4.1 CPU的選型

基于系統(tǒng)功能要求、性價(jià)比，采購周期等，綜合考慮，選擇西門子的S7-200 smart系列里的6ES7 288-1ST60-0AA0模塊，晶體管輸出，DC24V供電，此CPU含有36個(gè)開關(guān)量輸入，24個(gè)開關(guān)量輸出，點(diǎn)數(shù)在滿足實(shí)際需求的同時(shí)，還有余量，滿足要求，而且它屬于西門子里比較經(jīng)濟(jì)型的CPU模塊，在小型自動(dòng)化設(shè)備上應(yīng)用比較廣泛。自帶以太網(wǎng)口，可以方便的與觸摸屏進(jìn)行連接，同時(shí)有高速脈沖輸出，可以和伺服控制器連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的調(diào)速和定位等，基本指令執(zhí)行時(shí)間非常快，完全滿足現(xiàn)場控制需求。

■ 4.2 觸摸屏的選型

觸摸屏需滿足系統(tǒng)穩(wěn)定，性價(jià)比高，綜合考慮，選擇昆侖通態(tài)的TPC1061Ti，10.2英寸高亮度顯示屏，圖像顯示和數(shù)據(jù)處理都可以滿足設(shè)計(jì)要求，而且該型號(hào)的觸摸屏，在工廠內(nèi)其它設(shè)備上也有安裝，方便出現(xiàn)故障后，能夠快速維修更換，節(jié)省時(shí)間，保證生產(chǎn)。

5 PLC系統(tǒng)控制過程

■ 5.1 手動(dòng)操作

油泵電機(jī)啟動(dòng)：油泵電機(jī)無論在手動(dòng)畫面和自動(dòng)畫面都可以啟動(dòng)和停止，而且沒有連鎖條件。

伺服電機(jī)動(dòng)作：X軸是面向設(shè)備操作的左側(cè)，Y軸是面向設(shè)備操作的右側(cè)。

為了方便操作者校尺，伺服電機(jī)動(dòng)作有兩種操作方式：

相對運(yùn)動(dòng)：以X軸操作為例，在X軸相對位移中輸入一個(gè)值M，然后再按下“X軸進(jìn)”，X軸前進(jìn)M，按下“X軸退”，X軸后退M。

絕對運(yùn)動(dòng)：以X軸操作為例，先按下“X軸回原點(diǎn)”后，“X軸定位位置”中輸入一個(gè)值N，按下“X軸定位啟動(dòng)”，無論X軸電機(jī)在哪個(gè)位置，都會(huì)回到位移N處。

刀頭電機(jī)動(dòng)作：按下“左電機(jī)啟動(dòng)”，左電機(jī)啟動(dòng)，按下“左電機(jī)停止”，左電機(jī)停止；按下“右電機(jī)啟動(dòng)”，右電機(jī)啟動(dòng)，按下“右電機(jī)停止”，右電機(jī)停止。

夾緊松開電磁閥動(dòng)作：手動(dòng)時(shí)，夾緊松開電磁閥都是點(diǎn)動(dòng)控制。

一直按著“左夾緊”，左夾緊電磁閥得電，左夾緊，“左夾緊到位”指示燈亮；

一直按著“左松開”，左松開電磁閥得電，左松開，“左松開到位”指示燈亮。

右邊同理。

定位進(jìn)退：按下“定位進(jìn)”氣動(dòng)閥得電，工裝夾緊；按下“定位退”，定位退啟動(dòng)閥得電，工裝松開。

圖3 手動(dòng)畫面

■ 5.2 手動(dòng)伺服速度設(shè)置

在“X軸手動(dòng)速度”或“Y軸手動(dòng)速度”中輸入相應(yīng)速度，最大值為10。

自動(dòng)操作：以X軸為例，在圖4參數(shù)設(shè)置畫面中，分別輸入“X軸起點(diǎn)坐標(biāo)”為0，“慢速位坐標(biāo)”、“停止位坐標(biāo)”、“快速速度”、“慢速速度”、“定位進(jìn)延時(shí)”、“定位退延時(shí)”。

圖4 參數(shù)設(shè)置

圖5 主畫面

按下“回零”，等“X軸回零成功”和“Y軸回零成功”指示燈亮后，正常上料，按下觸摸屏下方的“啟動(dòng)”按鈕，自動(dòng)程序開始。

“單次回零根數(shù)”設(shè)定為實(shí)際需要的根數(shù)，產(chǎn)量到設(shè)定值后，程序自動(dòng)回零。

參數(shù)設(shè)置：參照圖4的參數(shù)設(shè)置界面，X軸和Y軸的慢速坐標(biāo)位數(shù)據(jù)設(shè)置應(yīng)一致。

參數(shù)設(shè)置界面中有“二次夾緊位置1”、“二次夾緊位置2”、“二次夾緊位置3”，操作者可自行設(shè)置相應(yīng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)設(shè)置是以X軸為參考軸，數(shù)據(jù)設(shè)置范圍必須在“X軸慢速坐標(biāo)位”到“X軸停止坐標(biāo)位”之間。

報(bào)警畫面：在系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警后，界面的報(bào)警指示燈會(huì)閃爍，進(jìn)入“報(bào)警畫面”后，查看相關(guān)報(bào)警信息。

故障處理：當(dāng)需要處理故障后，維修人員在“手動(dòng)畫面”中按下“設(shè)備維護(hù)”按鈕，進(jìn)入維修界面。

圖6 維修畫面

此時(shí)，操作工無法進(jìn)行任何操作，可以避免誤操作傷害到維修人員。

當(dāng)夾夾緊限位有任何一個(gè)損壞時(shí)，緊急處理方式是在“參數(shù)設(shè)置”界面按下“夾緊強(qiáng)制到位”，在“強(qiáng)制夾緊延時(shí)”框內(nèi)輸入時(shí)間，這個(gè)時(shí)間為操作人員根據(jù)夾緊到位的時(shí)間具體來設(shè)置，松開限位同理。

6 改造后效果

■ 6.1 生產(chǎn)效率提高

原先的操作系統(tǒng)由于缺少初始資料，無法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作，操作者只能靠手動(dòng)操作，改造后，操作者只需要每次在上料完成后，在柜門上按下“啟動(dòng)”按鈕，即可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作，生產(chǎn)效率提高很多。

■ 6.2 維修效率提高

原始設(shè)備采用運(yùn)動(dòng)控制板加PC機(jī)，現(xiàn)場有一個(gè)電氣柜加一個(gè)操作柜，中間有好幾個(gè)線束，并且都有輕微受損，電氣元件沒有統(tǒng)一到一個(gè)柜內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，查找故障極其費(fèi)勁，維修時(shí)間增長，嚴(yán)重影響到生產(chǎn)，改造后，有了完整的電氣圖紙，每個(gè)線路上都有線號(hào)，由于操作和元件集中到一個(gè)柜內(nèi)，故障率大幅降低，即使出現(xiàn)輕微小故障時(shí)，操作者完全可以根據(jù)觸摸屏屏幕上的提醒，去查找原因，省去了專業(yè)維修工去查找故障，查找故障和處理故障速度很快，極大的節(jié)省了維修時(shí)間。

7 總結(jié)

隨著工廠中對生產(chǎn)效率提升的要求，廠內(nèi)設(shè)備需要滿足24小時(shí)全自動(dòng)化運(yùn)行，設(shè)備能否穩(wěn)定運(yùn)行成為提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵性因素，電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須要滿足穩(wěn)定，維修快。對于一些以前的破舊設(shè)備，在機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)完好的情況下，電氣系統(tǒng)非常有必要做出改造。