基于PLC具有示教功能打磨內焊線機設計

方光耀（江門市高級技工學校,廣東江門529000）

基于PLC具有示教功能打磨內焊線機設計

方光耀
（江門市高級技工學校,廣東江門529000）

摘要:電熱水壺在生產過程中因生產工藝的要求發熱盤壓焊連接因而產生焊縫，因而需要將其打磨平整以方便下一步拉絲工藝，傳統方法使用手工打磨，難度較大、產能較低。現利用PLC和伺服電機與企業共同開發一款自動打磨內焊縫的設備為企業大大提高了產能和減低了用工成本，取得很好經濟效益。

關鍵詞:打磨焊縫;觸摸屏;PLC;伺服電機;定位控制;示教功能

1概述

電熱水壺在生產過程中因生產工藝的要求發熱盤壓焊連接因而產生焊縫，因而需要將其打磨平整以方便下一拉絲工藝，傳統方法使用手工打磨，由于電熱水壺錐形形狀，工人打磨難度較大、產能較低、成本較高。現利用PLC和伺服電機與企業共同開發一款自動打磨內焊縫的設備。其主要的設計思路利用PLC控制兩軸的伺服電機作內外（Y軸）和左右（X軸）運動帶動磨頭進入電熱水壺的壺底焊縫處，模擬人手作左右運動實現焊縫的打磨。詳見設備示意圖1。

圖1設備示意圖

2使PLC和伺服電機定位控制系統的介紹

從圖1的示意圖看出設備的執行部分是由兩個伺服電機控制工作臺上的熱水壺壺體作左右和內外運動

圖2PLC系統中常見采用步進電動機或伺服電動機為執行元件的定位控制系統框圖

圖2定位控制系統框圖

圖中PLC作為控制器發出控制指令，使步進電動機或伺服電動機按控制要求完成位移和定位。驅動器是集功率放大和位置控制為一體的智能裝置，其作用把控制器送過來的信號進行功率放大，用于驅動電動機運轉，根據控制命令和反饋信號對電動機進行連續控制。

使用PLC作為定位控制器已成為當前應用的一種趨勢。目前，PLC都能提供一軸或多軸的高速脈沖輸出及高速硬件計數器，許多PLC還設計有多種脈沖輸出指令和定位指令，使定位控制的程序編寫十分簡易、方便，與驅動器的硬件連接也十分簡單。

PLC控制步進或伺服驅動器進行定位控制大致有以下方式：通過數字I/O方式進行控制、通過模擬輸出方式進行控制、通過通信方式進行控制和通過高速脈沖方式進行控制。

通過輸出高速脈沖進行位置控制是目前比較常用的方式。PLC的脈沖輸出指令和定位指令都是針對這種方法設置和應用的。

3設備主要器件的選型

3.1可編程控制器選型

PLC作為該設備的核心，PLC在我國的應用已有30多年的歷史，PLC自20世紀70年代后期進入中國以來，應用增長十分迅速。現在國產的PLC在學習進口PLC的基礎，經過多年的消化取得很大進步，呈現出百花齊放的現象，其無錫信捷PLC多年來穩居國產PLC銷量第一位，其高性價比得到大量用戶的認可。

3.2觸摸屏選型

觸摸屏同樣采用信捷的產品，觸摸屏的型號為“TG-765,該產品采高速的CPU，ARM9、400MHZ主頻、128M內存，1600萬色TFT液晶顯示LED背光，分辨率800*480像素，2個COM口，獨立通訊，支持232、485、422等通訊方式，可實現多屏一機。適用于環境惡劣的場合，耐腐蝕性液體、氣體，運行溫度可達到-10℃-60℃。軟件上支持C語言腳本功能，運算、自由協議編寫、繪圖，提高編程自由度支持BMP、JPG格式圖片顯示；支持數據采集保存功能，支持時間趨勢圖，XY趨勢圖等多種形式的數據管理方式。以上特點方便了實現友好、簡易快捷的畫面設計。

3.3伺服電動機及驅動器的選型

伺服電動機及驅動器同樣采用信捷的產品，驅動器的“DS2-20P4-AS”,

電動機的型號“MS-60ST-20P4”,該驅動器用三種控制方式，三種方式能無縫切換，位置控制、速度控制、轉矩控制，在這里將其設置為位置控制方式。驅動器高達400HZ的高速響應，功率為400W。伺服電動機最高轉速為額定3000rpm/最高4000rpm，內置編程器為2500線增量型編碼器。

4程序設計

我在程序設計中先畫出順序功能圖（SFC）利用PLC的步進指令STL編寫梯形圖實現模塊的程序設計。程序中主要分為三個模塊程序：手動操作程序塊、自動運行程序塊、示教記憶點坐標程序塊。

4.1手動操作程序塊

手動操作在梯形圖中由狀態“S0”來完成，具體操作見圖3觸摸屏操作畫面，其中磨頭啟停、工件旋轉啟停在梯形圖中由“ALT”指令來完成。內外、左右運動手動操作，使用功能指令“DPLSF”來完成，詳見梯形圖圖4，“DPLSF”無加減速時間參數，當手動操作接通M44或M45，驅動指令時可發出無限個脈沖，修改D64寄存器的數值實現改發脈沖的頻率的改變，通過選擇X100、X10、X1的倍率實現改變D64的數值實現快捷的伺服電動機的調速。同時修改D64的正負值實現伺服電動機的正反轉的運動。

圖3觸摸屏上手動操作畫面

圖4手動操作梯形圖

4.2自動運行程序塊

當用戶操作觸摸屏時，從手動操作畫面切換到自動畫面時，系統工作臺先進行向右回原點復位，復位完成后，啟動向外回原點復位。當復位完成，才可以按X0自動啟動，如圖5。

圖5

4.3示教記憶點坐標程序塊

示教記憶點的原理，利用手動操作工作臺作定位運行，信捷XC2系列的PLC具有累積脈沖個數的寄存器，其中D8170（雙字）累積Y0通道，D8173（雙字）累積Y1通道，見圖6觸摸屏畫面。

圖6示教記憶向內定位一畫面

在畫面中右邊調用手動操作程序模塊，可實現手動向內外定位和手動左右定位。同時畫面中左上方“當前坐標”顯示實時的坐標，其原理是將累積的脈沖數除以常數100（因為通過設置伺服驅動器的電子齒輪實現0.1mm為100個脈沖）。當選擇合適的定位坐標，用戶可以在“修改坐標”一欄有兩個選擇：

（1）按下保存按鍵，將當前的坐標保存下來；

（2）在點擊內外數據處，觸摸屏將彈出數字鍵盤，這時可以設定參數。使用了這種示教坐標方式，大大方便了用戶的操作，不需要用尺子測量，用戶反映非常滿意。另處，還可以非常方便設置定位速度。

5總結

本方案設計成功，并為企業生產了5臺，使用一年多（平均每天連續工作達12小時），電氣上并未發生過故障，用戶反映非常好。整套設計的核心器件，PLC、觸摸屏、伺服電動機都是采用國產器件，這次設計經驗大大樹立了我對國產工控器件的信心，我覺得作為自動化專業的教師，有必要應用和推廣國產的工控產品，讓更多的人使用國產工控產品，讓高性價比的工控產品打破洋品牌壟斷工控市場的局面。

本產品的設計存在不足的效率還不是很高，每臺設備平均產能是400多個左右的壺，為了提高效率在新的設計中，增加了雙工位。另本設計只能對一些直線焊縫進行打磨，對一些曲線焊縫（如壺身）就無能為力了，限制了設備使用范圍。所以在未來的設計中，系統在曲線的、弧線的示教功能開發進行攻關，以求設備達到更寬、更廣的使用場合。

參考文獻:

[1]李金城.三菱FX系列PLC定位控制應用技術[M].電子工業出版社,2014(01):1.