基于PLC的制動(dòng)器磨合試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

謝晨 黃寧 吳學(xué)敏 王冉 韓屹松

摘 要：電磁制動(dòng)器是工業(yè)生產(chǎn)中電機(jī)制動(dòng)的重要部件，它結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)單，能靈敏、可靠地完成制動(dòng)過程。本論文詳細(xì)論述了一種基于PLC為核心的制動(dòng)器磨合試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)，通過電磁制動(dòng)器對(duì)電機(jī)負(fù)載進(jìn)行磨合，主要包括主控制器PLC、人機(jī)交互界面HMI、磨合單元等三部分。系統(tǒng)可通過現(xiàn)場(chǎng)硬件按鈕實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的啟動(dòng)與停止，同時(shí)通過觸摸屏進(jìn)行磨合參數(shù)設(shè)置，使電機(jī)負(fù)載達(dá)到最佳磨合效果。

關(guān)鍵詞：電磁制動(dòng);PLC;人機(jī)交互界面HMI

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

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)中，制動(dòng)特性是影響電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。特別是在某些生產(chǎn)機(jī)械中，如卷揚(yáng)機(jī)、龍門刨床等，工作過程中需要減速或停車，拖動(dòng)這些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)也就需要頻繁的制動(dòng)。常用的制動(dòng)方式有機(jī)械制動(dòng)、電氣制動(dòng)等。機(jī)械制動(dòng)是通過機(jī)械裝置來卡住電機(jī)主軸，使其減速，如電磁制動(dòng)器。

電磁制動(dòng)器廣泛應(yīng)用于、化工、機(jī)床、建筑、電梯、包裝等行業(yè)中的制動(dòng)場(chǎng)合，是電機(jī)制動(dòng)過程的重要部件，它能靈敏、可靠地完成制動(dòng)過程 [1]。當(dāng)制動(dòng)器通電后其繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)，將銜鐵吸回，同時(shí)銜鐵壓縮固定在鐵心內(nèi)的彈簧;失電時(shí)，繞組放電，彈簧將銜鐵彈出，銜鐵要在摩擦盤上產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)停車。本設(shè)計(jì)利用其磨損作用，對(duì)電機(jī)負(fù)載進(jìn)行磨合，通過控制磨合時(shí)間、磨合間隔及磨合次數(shù)，從而達(dá)到最終可滿足生產(chǎn)要求的磨合效果。

1 硬件設(shè)計(jì)

（1）硬件系統(tǒng)組成。系統(tǒng)硬件部分包括PLC主控制器、磨合單元、人機(jī)交互界面HMI設(shè)備等三部分。本可通過人機(jī)交互界面進(jìn)行磨合時(shí)間、磨合間隔、磨合次數(shù)等參數(shù)的輸入與調(diào)整，并可通過現(xiàn)場(chǎng)硬件按鈕及觸摸屏遠(yuǎn)程軟按鈕實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的啟動(dòng)，當(dāng)磨合次數(shù)到達(dá)設(shè)定值后即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)停止，同時(shí)可通過觸摸屏進(jìn)行不同工藝的設(shè)定，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線工藝的多樣化，達(dá)到可滿足生產(chǎn)要求的產(chǎn)品磨合效果。試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的硬件組成。

（2）硬件系統(tǒng)選型。1）PLC控制器。本系統(tǒng)專門針對(duì)磨合流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，屬于小型系統(tǒng)。在PLC選型時(shí)，結(jié)合試驗(yàn)臺(tái)的輸入/輸出點(diǎn)的數(shù)量、通訊模式等多方面進(jìn)行考量。因此選用西門子S7-200系列CPU作為系統(tǒng)主控制器。2）人機(jī)交互界面HMI。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，觸摸屏技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線中。觸摸屏具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、可視化良好等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)操作員對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程控制，使系統(tǒng)控制更為便捷。本系統(tǒng)的人機(jī)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(jìn)行組態(tài)，并通過以太網(wǎng)口與PLC進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)觸摸屏與PLC的雙向通信。本系統(tǒng)的人機(jī)交互界面主要完成磨合參數(shù)設(shè)置，即操作員可通過人機(jī)界面對(duì)不同電機(jī)輸入相應(yīng)參數(shù)（包括電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置、磨合時(shí)間、磨合間隔及磨合次數(shù)）。并通過用戶管理功能，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安全設(shè)置，只有用戶名和密碼輸入正確后，操作員方可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置與修改，大大提升了系統(tǒng)的安全性。

2 控制系統(tǒng)組成

（1）PLC程序設(shè)計(jì)。首先根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行主程序流程圖的設(shè)計(jì)：觸摸屏可完成對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、磨合時(shí)間、間隔時(shí)間及磨合次數(shù)的設(shè)定。磨合時(shí)間表示電機(jī)失電后，電磁制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)過程中，與產(chǎn)品的摩擦?xí)r間;間隔時(shí)間表示電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，與制動(dòng)器分離的時(shí)間。按下啟動(dòng)按鈕后，PLC檢測(cè)觸摸屏上操作員輸入的電機(jī)轉(zhuǎn)速、磨合時(shí)間、間隔時(shí)間及磨合次數(shù)等參數(shù)，并完成滿足工藝要求的磨合過程。

（2） 轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)。以1#電機(jī)為例，轉(zhuǎn)速可通過觸摸屏進(jìn)行選擇，7種轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)通過繼電器的狀態(tài)進(jìn)行控制。組態(tài)設(shè)計(jì)中選用文本IO域，地址VW0為觸摸屏中試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)速度存儲(chǔ)地址，表1中所列為電機(jī)的7種速度，組態(tài)中設(shè)置對(duì)應(yīng)索引值分別為0～7，即為二進(jìn)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(duì)電機(jī)速度的選擇。同理，其他三臺(tái)電機(jī)均對(duì)應(yīng)三個(gè)繼電器，分別對(duì)應(yīng)7種速度，編程方法同1號(hào)電機(jī)。最終將四臺(tái)電機(jī)的速度用通過“與”指令輸出至QW0，即可完成觸摸屏對(duì)四臺(tái)電機(jī)的速度選擇功能。

（3）磨合次數(shù)程序設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)工藝要求，本系統(tǒng)需要在觸摸屏完成磨合次數(shù)的選擇后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)次數(shù)的磨合動(dòng)作，直至達(dá)到操作員在觸摸屏上選擇的次數(shù)后即可自動(dòng)停止。程序中通過定時(shí)器完成磨合時(shí)間與磨合間隔可完成磨合功能，但只有達(dá)到觸摸屏上設(shè)置的磨合次數(shù)后，磨合過程才會(huì)停止。因此，在程序的設(shè)置上，需要使用遞減函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)調(diào)試

基于PLC的制動(dòng)器磨合試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)調(diào)試主要完成以下幾個(gè)步驟：

（1）完成計(jì)算機(jī)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(shí)間、間隔時(shí)間、磨合次數(shù)及電源選擇，完成現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。人機(jī)交互界面如圖1所示。

4 結(jié)論

通過對(duì)本系統(tǒng)的研究，提出了以PLC控制的全自動(dòng)磨合試驗(yàn)臺(tái)裝置，并對(duì)磨合工藝進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)控制要求進(jìn)行分析、并進(jìn)行程序及組態(tài)設(shè)計(jì)，從而滿足生產(chǎn)線實(shí)際需求的磨合質(zhì)量和效率。

本試驗(yàn)臺(tái)中應(yīng)用于企業(yè)實(shí)際磨合工藝生產(chǎn)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(shí)解決了企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)問題。

參考文獻(xiàn)：

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[3]【日】巖木詳主編，森田克己，野一美著.機(jī)電一體化入門[M].科學(xué)出版社.

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