PLC系統(tǒng)在水平繞線機(jī)上的應(yīng)用

摘 要： PLC系統(tǒng)已普遍使用在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。為了滿足彩色偏轉(zhuǎn)線圈大型化、高精細(xì)、廣角度生產(chǎn)的需要，取代老舊繞線機(jī)原有繼電器控制系統(tǒng)。根據(jù)繞線機(jī)工藝要求及產(chǎn)品生產(chǎn)特點(diǎn)，按照實(shí)際需要輸入、輸出控制點(diǎn)的多少，再加上考慮今后生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)要求及性價(jià)比的特性，進(jìn)行比較選型。選取PLC系統(tǒng)作為水平繞線機(jī)的核心控制系統(tǒng)，完全適用于各種偏轉(zhuǎn)線圈的規(guī)模化、工藝化生產(chǎn)。證明它本身具有品種繁多，選型容易，自動(dòng)化程度高、使用維護(hù)簡(jiǎn)便、抗干擾能力強(qiáng)以及強(qiáng)大的擴(kuò)展性，是今后水平繞線機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞： PLC系統(tǒng)； 水平繞線機(jī)； 模塊化； 核心控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(yè)控制自動(dòng)化以及數(shù)字化控制技術(shù)領(lǐng)域，得到了廣泛普及與應(yīng)用。世界上已生產(chǎn)出300多種PLC工業(yè)產(chǎn)品。PLC系列產(chǎn)品在世界范圍內(nèi)已普遍使用在各行各業(yè)，深入到人們生活的各個(gè)角落，與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)。

1 水平繞線機(jī)的功能及特點(diǎn)

水平繞線機(jī)是生產(chǎn)彩色電視機(jī)和顯示器用水平、垂直偏轉(zhuǎn)線圈的專用設(shè)備。水平繞線機(jī)是可自動(dòng)控制，并用觸摸屏顯示各種控制信息。當(dāng)今彩色的偏轉(zhuǎn)線圈正朝著高精細(xì)、大型化、廣角度方向發(fā)展。水平繞線機(jī)的電氣控制系統(tǒng)也由原來(lái)的繼電器系統(tǒng)控制向數(shù)字控制系統(tǒng)這方面轉(zhuǎn)移。我公司現(xiàn)有的水平繞線機(jī)電氣控制系統(tǒng)全是由當(dāng)前比較先進(jìn)的PLC系統(tǒng)構(gòu)成（主要有日本產(chǎn)歐姆龍、三菱；韓國(guó)產(chǎn)三星、LG系統(tǒng)）。

PLC系統(tǒng)水平繞線機(jī)是一種4軸數(shù)控模具回轉(zhuǎn)式繞線機(jī)，它由三個(gè)位置控制軸（x＼y＼z）和一個(gè)主旋轉(zhuǎn)軸組成。它使用PLC系統(tǒng)作為中央控制系統(tǒng)，使用交流電伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模具旋轉(zhuǎn)。整個(gè)繞線過(guò)程由數(shù)字控制系統(tǒng)控制，并同步旋轉(zhuǎn)，在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中可以根據(jù)工藝要求設(shè)置不同的繞線圈數(shù)和模具旋轉(zhuǎn)角度并同時(shí)控制模具上的氣缸動(dòng)作打出銷釘。控制部分采用PLC，并配以人機(jī)對(duì)話界面（觸摸屏）進(jìn)行程序參數(shù)修改、設(shè)定，以及實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控顯示。三軸方向及主軸均為全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)，（x＼y＼z）伺服電機(jī)通過(guò)連軸器帶動(dòng)滾珠絲杠動(dòng)作，以移動(dòng)配有直線導(dǎo)軌的工作臺(tái)面。其工作特點(diǎn)定位準(zhǔn)確，移動(dòng)速度快。水平繞線機(jī)是通過(guò)觸摸屏來(lái)設(shè)置各軸運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，并在程序中設(shè)定它的啟動(dòng)停止。各軸均在絲杠兩端設(shè)置極限傳感器和位置原點(diǎn)傳感器。在PLC程序中均設(shè)有動(dòng)作異常檢測(cè)點(diǎn)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常情況時(shí)，可通過(guò)觸摸屏顯示報(bào)警信息。

水平繞線機(jī)的規(guī)格參數(shù)：

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(jī)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(jī)：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(diào)試和檢修，設(shè)備的各項(xiàng)操作均設(shè)有手動(dòng)功能，如手動(dòng)各軸快慢、主軸高低速旋轉(zhuǎn)、手動(dòng)各個(gè)氣缸動(dòng)作等。這種水平繞線機(jī)均采用半閉環(huán)控制設(shè)計(jì)，只要選件、裝配、程序編制及操作合理，其穩(wěn)定性和各項(xiàng)設(shè)備精度均能滿足使用要求。水平繞線機(jī)自動(dòng)繞線流程圖，如圖1所示。

圖1 水平繞線機(jī)自動(dòng)繞線流程圖

2 水平繞線機(jī)PLC系統(tǒng)構(gòu)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(xiàn)有的水平繞線機(jī)PLC系統(tǒng)均采用模塊式組合結(jié)構(gòu)，便于擴(kuò)展其使用功能，維護(hù)保養(yǎng)方便。水平繞線機(jī)模塊式組合結(jié)構(gòu)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(hào)模塊（可根據(jù)需要選?。€有與其配套的安裝機(jī)架。將這些模塊根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要進(jìn)行排列組合安裝，就構(gòu)成了一個(gè)完整的水平繞線機(jī)控制系統(tǒng)。

3 PLC系統(tǒng)在水平繞線機(jī)上的應(yīng)用特點(diǎn)

（1）在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中安全可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，從未發(fā)生過(guò)電磁干擾現(xiàn)象[2]。

（2）模塊功能配套齊全，具有多種實(shí)用功能，適用于各種偏轉(zhuǎn)線圈工藝生產(chǎn)。

（3）普同工程技術(shù)人員通過(guò)簡(jiǎn)短時(shí)間，便可學(xué)習(xí)掌握編程方法及操作要領(lǐng)。

（4）在系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)上，簡(jiǎn)單方便，維護(hù)工作量小，便于進(jìn)行下一步工藝改造[3]。

4 水平繞線機(jī)PLC系統(tǒng)應(yīng)用需要關(guān)注的問(wèn)題

水平繞線機(jī)是一種專業(yè)生產(chǎn)偏轉(zhuǎn)線圈的高度自動(dòng)化控制設(shè)備，工作環(huán)境要求21～27 ℃，空氣相對(duì)濕度<60%。必須保證生產(chǎn)車間的大氣環(huán)境，不能有大量空氣懸浮物以及可導(dǎo)電的有害粉塵產(chǎn)生。在整個(gè)車間用電過(guò)程中，嚴(yán)禁不按要求私拉各種電源線，更不允許從繞線機(jī)控制柜中亂接各種線路。嚴(yán)格按照設(shè)備保養(yǎng)要求，定期對(duì)繞線機(jī)PLC系統(tǒng)進(jìn)行保養(yǎng)清潔。在使用過(guò)程中一定要保證電源供電穩(wěn)定性。防止頻率為10～55 Hz的頻繁或連續(xù)震動(dòng)。杜絕各種干擾信號(hào)對(duì)PLC系統(tǒng)的影響。水平繞線機(jī)PLC系統(tǒng)一旦受到干擾，必將導(dǎo)致設(shè)備不動(dòng)作或誤動(dòng)作，無(wú)法保證繞線機(jī)正常工作，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞甚至造成人員傷害。

5 采取的抗干擾方法

設(shè)計(jì)水平繞線機(jī)PLC控制系統(tǒng)主要采取以下幾種抗干擾辦法：

（1）對(duì)工廠配電室變壓器進(jìn)行升級(jí)改造，盡量減少繞線機(jī)與大地之間的干擾。

（2）對(duì)水平繞線機(jī)的動(dòng)力電源線、控制線、信號(hào)線進(jìn)行合理安裝與布置。

（3）I/O（輸入/輸出）模塊信號(hào)線要獨(dú)立布置，不要太長(zhǎng)。

（4）正確選擇水平繞線機(jī)殼內(nèi)的PLC系統(tǒng)接地點(diǎn)，完善設(shè)備接地系統(tǒng)。

6 水平繞線機(jī)PLC系統(tǒng)的選型

PLC在20世紀(jì)90年代就已形成微、小、中、大、巨型多種PLC系統(tǒng)。按照I/O（輸入/輸出）點(diǎn)數(shù)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(jù)系統(tǒng)配置優(yōu)化的基本原則，在設(shè)計(jì)水平繞線機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，在使用功能滿足要求的前提下，盡可能選擇運(yùn)行可靠，使用維護(hù)簡(jiǎn)便以及性能價(jià)格比最好的優(yōu)化機(jī)型。通過(guò)類比法并結(jié)合我公司的實(shí)際情況，大致有以下三個(gè)廠家的產(chǎn)品及機(jī)型能夠滿足生產(chǎn)的實(shí)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(guó)LG公司的G系列。

通過(guò)查找日本三菱、歐姆龍，韓國(guó)LG公司相關(guān)PLC系統(tǒng)功能資料，同時(shí)再考慮到其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等各方面因素，再加上水平繞線機(jī)主要是對(duì)于開(kāi)關(guān)信號(hào)量加以控制，并通過(guò)它加以控制繞線機(jī)的通電熔接控制箱，線圈加熱以及銷釘信號(hào)控制器，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)最終選用了韓國(guó)LG公司的GM4系列產(chǎn)品。

韓國(guó)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(jī)架模板：GM4?BO6M，1塊。

可根據(jù)韓國(guó)LG公司的可編程控制器應(yīng)用指南，利用多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。將多種程序組合使用，已達(dá)到連接方便，操作簡(jiǎn)單，易于掌握等特點(diǎn)。

7 水平繞線機(jī)I/O信號(hào)分類

水平繞線機(jī)PLC控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)主要來(lái)自控制按鈕，急停開(kāi)關(guān)以及分布在繞線機(jī)各個(gè)測(cè)控點(diǎn)的各種類型傳感器。水平繞線機(jī)PLC系統(tǒng)控制負(fù)載輸出主要分成以下4類：

（1）一臺(tái)交流油泵電機(jī)和一臺(tái)大功率交流伺服電機(jī)的主交流接觸器線圈；

（2）驅(qū)動(dòng)機(jī)械氣缸動(dòng)作的電磁閥線圈；

（3）顯示及報(bào)警負(fù)載（包括顯示燈、聲光報(bào)警器）；

（4）控制偏轉(zhuǎn)線圈剝離、通電加熱控制器的相關(guān)控制器。

8 繞線機(jī)I/O模塊控制點(diǎn)數(shù)計(jì)算

水平繞線機(jī)的PLC系統(tǒng)的控制對(duì)象是繞線設(shè)備，它的工作環(huán)境也就是整個(gè)生產(chǎn)車間。其參與的偏轉(zhuǎn)線圈整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都是通過(guò)I/O接口模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)I/O接口模塊可以檢測(cè)被控制繞線機(jī)在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場(chǎng)反饋信號(hào)作為控制信息，對(duì)被控制對(duì)象發(fā)出指令加以控制，同時(shí)通過(guò)I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果輸送給被控單元，從而驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)完成。水平繞線機(jī)的輸入線號(hào)都是直流信號(hào)，絕大多數(shù)來(lái)自各種型號(hào)傳感器及控制按鈕。輸出信號(hào)也是直流信號(hào)，大多直接控制各種電磁閥線圈以及中間繼電器線圈。根據(jù)我公司目前產(chǎn)品生產(chǎn)工藝要求，換算出水平繞線機(jī)動(dòng)作過(guò)程及顯示控制總共需要多少控制節(jié)點(diǎn)。這里設(shè)計(jì)的水平繞線機(jī)現(xiàn)需要輸入接點(diǎn)40個(gè)，輸出接點(diǎn)56個(gè)。根據(jù)PLC控制系統(tǒng)的要求，最終確定水平繞線機(jī)所需要I/O模塊接點(diǎn)數(shù)，同時(shí)還應(yīng)在實(shí)際需要接點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上在增加10%～20%的備用量，以便隨時(shí)根據(jù)生產(chǎn)需要增加控制功能。

9 水平繞線機(jī)PLC系統(tǒng)的安裝與維護(hù)

（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(diǎn)，禁止與其他設(shè)備串聯(lián)接地。

（4）PLC內(nèi)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(jié) 語(yǔ)

通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)水平繞線機(jī)PLC控制系統(tǒng)的研究使用維護(hù)表明，水平繞線機(jī)上的PLC控制系統(tǒng)完全能夠滿足生產(chǎn)各種偏轉(zhuǎn)線圈各項(xiàng)工藝技術(shù)要求，具有程序設(shè)計(jì)思路清晰，硬件電路簡(jiǎn)單實(shí)用，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，使用維護(hù)簡(jiǎn)便，具有良好的性能、價(jià)格比顯著等優(yōu)點(diǎn)。伴隨著各種偏轉(zhuǎn)線圈功能的提高，選用的PLC在實(shí)際工作中還一定要依據(jù)實(shí)際情況作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以便設(shè)計(jì)出更加符合水平繞線機(jī)發(fā)展期望的控制系統(tǒng)。

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