PLC控制在鏜床改造上的應用

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.北京鐵路電氣化學校，北京，102202）

0 引言

對鏜床進行電氣系統改造時，利用原有的伺服控制器，原先電氣柜不滿足新設計要求，故棄用，新增加一個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，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 鏜床工藝動作要求

根據生產工序的要求，改造后的工藝需要滿足:工件放到工位后，自動完成找零位，確定原點位置，保證后續工序位移正確，夾緊氣缸自動夾緊工件，然后兩邊的刀頭開始自動前進，行進到慢速位，根據提前設定好的行進位移，刀頭開始自動鏜工件，一直行進到停止位，夾緊氣缸松開，刀頭自動退到起始位，開始下一次動作循環。整個過程要求定位精準，行進位移完全按照設定參數，從而保證該道工序的精準度。

圖1 動作順序

2 PLC系統構成圖

改造后的鏜床需要具備以下基礎功能：

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

自動：工件放到工位后，先“回到零位”，然后按下電氣柜上的“啟動”按鈕，工件自動按照程序設定進行一輪循環動作。

參數設置：根據工藝需求，設定各個位置的參數。

報警顯示：當設備有報警時，主畫面的報警指示燈會閃爍，然后切換到“報警畫面”，查找相關報警。

整個操作集中在觸摸屏上。

整個電氣系統的主要I/O點如圖2所示。

圖2 I/0點

另外，設備配備有一套小型液壓系統，兩套夾緊油缸，PLC通過控制電磁閥的開與關，通過油缸的伸縮，實現對工件的夾緊和松開。整個系統只有開關量，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設置好，通過PLC控制伺服，進而實現位移的更改。

3 電氣系統要求

按照生產要求以及預算規定，制定新的電氣元件采購計劃，原先電氣柜內能用的電氣元件都利用，采購新的電氣元件秉著性價比，以最低的成本實現最好的功能。

元件清單如表1所示。

表1

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

4 PLC和觸摸屏的選型

■ 4.1 CPU的選型

基于系統功能要求、性價比，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個開關量輸入，24個開關量輸出，點數在滿足實際需求的同時，還有余量，滿足要求，而且它屬于西門子里比較經濟型的CPU模塊，在小型自動化設備上應用比較廣泛。自帶以太網口，可以方便的與觸摸屏進行連接，同時有高速脈沖輸出，可以和伺服控制器連接，實現設備的調速和定位等，基本指令執行時間非常快，完全滿足現場控制需求。

■ 4.2 觸摸屏的選型

觸摸屏需滿足系統穩定，性價比高，綜合考慮，選擇昆侖通態的TPC1061Ti，10.2英寸高亮度顯示屏，圖像顯示和數據處理都可以滿足設計要求，而且該型號的觸摸屏，在工廠內其它設備上也有安裝，方便出現故障后，能夠快速維修更換，節省時間，保證生產。

5 PLC系統控制過程

■ 5.1 手動操作

油泵電機啟動：油泵電機無論在手動畫面和自動畫面都可以啟動和停止，而且沒有連鎖條件。

伺服電機動作：X軸是面向設備操作的左側，Y軸是面向設備操作的右側。

為了方便操作者校尺，伺服電機動作有兩種操作方式：

相對運動：以X軸操作為例，在X軸相對位移中輸入一個值M，然后再按下“X軸進”，X軸前進M，按下“X軸退”，X軸后退M。

絕對運動：以X軸操作為例，先按下“X軸回原點”后，“X軸定位位置”中輸入一個值N，按下“X軸定位啟動”，無論X軸電機在哪個位置，都會回到位移N處。

刀頭電機動作：按下“左電機啟動”，左電機啟動，按下“左電機停止”，左電機停止；按下“右電機啟動”，右電機啟動，按下“右電機停止”，右電機停止。

夾緊松開電磁閥動作：手動時，夾緊松開電磁閥都是點動控制。

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。

定位進退：按下“定位進”氣動閥得電，工裝夾緊；按下“定位退”，定位退啟動閥得電，工裝松開。

圖3 手動畫面

■ 5.2 手動伺服速度設置

在“X軸手動速度”或“Y軸手動速度”中輸入相應速度，最大值為10。

自動操作：以X軸為例，在圖4參數設置畫面中，分別輸入“X軸起點坐標”為0，“慢速位坐標”、“停止位坐標”、“快速速度”、“慢速速度”、“定位進延時”、“定位退延時”。

圖4 參數設置

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”按鈕，自動程序開始。

“單次回零根數”設定為實際需要的根數，產量到設定值后，程序自動回零。

參數設置：參照圖4的參數設置界面，X軸和Y軸的慢速坐標位數據設置應一致。

參數設置界面中有“二次夾緊位置1”、“二次夾緊位置2”、“二次夾緊位置3”，操作者可自行設置相應數據，數據設置是以X軸為參考軸，數據設置范圍必須在“X軸慢速坐標位”到“X軸停止坐標位”之間。

報警畫面：在系統出現報警后，界面的報警指示燈會閃爍，進入“報警畫面”后，查看相關報警信息。

故障處理：當需要處理故障后，維修人員在“手動畫面”中按下“設備維護”按鈕，進入維修界面。

圖6 維修畫面

此時，操作工無法進行任何操作，可以避免誤操作傷害到維修人員。

當夾夾緊限位有任何一個損壞時，緊急處理方式是在“參數設置”界面按下“夾緊強制到位”，在“強制夾緊延時”框內輸入時間，這個時間為操作人員根據夾緊到位的時間具體來設置，松開限位同理。

6 改造后效果

■ 6.1 生產效率提高

原先的操作系統由于缺少初始資料，無法實現全自動操作，操作者只能靠手動操作，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”按鈕，即可實現全自動操作，生產效率提高很多。

■ 6.2 維修效率提高

原始設備采用運動控制板加PC機，現場有一個電氣柜加一個操作柜，中間有好幾個線束，并且都有輕微受損，電氣元件沒有統一到一個柜內，當出現故障時，查找故障極其費勁，維修時間增長，嚴重影響到生產，改造后，有了完整的電氣圖紙，每個線路上都有線號，由于操作和元件集中到一個柜內，故障率大幅降低，即使出現輕微小故障時，操作者完全可以根據觸摸屏屏幕上的提醒，去查找原因，省去了專業維修工去查找故障，查找故障和處理故障速度很快，極大的節省了維修時間。

7 總結

隨著工廠中對生產效率提升的要求，廠內設備需要滿足24小時全自動化運行，設備能否穩定運行成為提高生產效率的關鍵性因素，電氣系統設計必須要滿足穩定，維修快。對于一些以前的破舊設備，在機械結構和液壓系統完好的情況下，電氣系統非常有必要做出改造。