PLC的機(jī)械壓力機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

工業(yè)機(jī)器人、可編程控制器和數(shù)控機(jī)床被稱為自動(dòng)化工業(yè)的三大支柱，現(xiàn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。在機(jī)械制造業(yè)中機(jī)床是不可或缺的設(shè)備之一，其各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)的精密配合才能更有效的保證正?；虺~完成工作量。并且只有在不斷的優(yōu)化更新PLC在控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)，才能促進(jìn)我過(guò)制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，使得機(jī)床控制水平更上一層樓。

2 機(jī)械壓力機(jī)控制系統(tǒng)原理

圖1 控制原理圖

圖1可以看出,PLC 是控制系統(tǒng)的核心,輸入信號(hào)為傳感器與接近開關(guān), 移動(dòng)按鈕, 行程開關(guān)，凸輪開關(guān),雙手輸出操作站，壓力開關(guān)，液位開關(guān)等;其輸出信號(hào)控制中間繼電器, 接觸器, 電磁閥,信號(hào)燈。能對(duì)微調(diào)，寸動(dòng),單次, 連續(xù)預(yù)置行程控制;能對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的定時(shí)控制與監(jiān)控,;能對(duì)液壓超載保護(hù)控制和平衡器的風(fēng)壓自動(dòng)調(diào)整與監(jiān)視控制;并利用凸輪能實(shí)現(xiàn)單次防重復(fù)。簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，利于對(duì)壓力機(jī)的操控與監(jiān)視，提高了安全性能分析。壓力機(jī)不可放置在暴露的外界環(huán)境中，周圍的環(huán)境溫度應(yīng)在-5-40℃并且保證環(huán)境干燥，通風(fēng)良好，沒(méi)有酸堿腐蝕。壓力機(jī)具有必要的操作、指示、連鎖與安全保護(hù)裝置，符合GB5226-2002《機(jī)床電氣設(shè)備通用技術(shù)條件》和JB3350-83《機(jī)械壓力機(jī)安全技術(shù)條件》。

3 系統(tǒng)整體控制方案設(shè)計(jì)

3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

壓力機(jī)控制系統(tǒng)的核心是歐姆龍CJ2M-CPU33可編程控制器，D網(wǎng)通訊選項(xiàng)卡，2個(gè)安全繼電器(PZHZ X4P,PNOZ X2.8P)，OMRON的RS-422/485選項(xiàng)板、電源模塊、I/O控制單元、0.7m連接電纜、I/O接口單元、溫度控制單元、模擬量模塊、繼電器輸出模塊、直流輸入單元、總線模塊、DeviceNet通信模塊等。皆安裝在電控柜內(nèi)。為了便于機(jī)床操作和維修，在操作面板上除配備了必要的指示燈外，還設(shè)置了PRO-FACE的GP4501TADW觸摸屏，其額定電壓DC24V屏幕大小10.4英寸，用于指示壓力機(jī)主要控制回路的工作狀況及參數(shù)設(shè)置，如控制壓力，裝模高度、氣墊行程等參數(shù)。本壓力機(jī)采用了一系列機(jī)電一體化技術(shù)，主電機(jī)采用交流變頻電動(dòng)機(jī)，行程控制和其它輔助動(dòng)作的控制則應(yīng)用了電子凸輪開關(guān)，具備潤(rùn)滑次數(shù)檢測(cè)功能，可以在觸摸屏上顯示關(guān)鍵潤(rùn)滑點(diǎn)的供油次數(shù);應(yīng)用數(shù)字測(cè)控技術(shù)，具有裝模高度調(diào)整功能。

PLC和變頻器連接，壓力的飛輪以及傳動(dòng)系統(tǒng)由額定電壓AC380V，額定頻率50HZ的三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。PLC通過(guò)Ethernet局域網(wǎng)絡(luò)通信變頻器，由設(shè)定標(biāo)簽名稱與地址對(duì)接的報(bào)文實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的轉(zhuǎn)速控制和實(shí)際當(dāng)前速度的反饋以及啟動(dòng)停止、三相線電壓電流的監(jiān)控。以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是總線型拓?fù)?，是一種計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)。IEEE組織的IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)制定了以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定包括物理層的連接、電子信號(hào)和介質(zhì)訪問(wèn)層協(xié)議的內(nèi)容。使之節(jié)點(diǎn)對(duì)接更迅速，更穩(wěn)定，更精確，有效的在工業(yè)環(huán)境中精準(zhǔn)工作。PLC和觸摸屏的連接，也使用以太網(wǎng)通訊，制作觸摸屏畫面監(jiān)控相應(yīng)的地址信息以及更改各類參數(shù)值。DeviceNet是由美國(guó)Allen-Bradley公司制造的一種自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。PLC攜帶D網(wǎng)模塊，PLC通過(guò)D網(wǎng)通訊模塊連接電子凸輪與轉(zhuǎn)角指示器，實(shí)時(shí)監(jiān)控滑塊角度。圖2是網(wǎng)絡(luò)通訊圖。圖3與圖4是操作站I/O地址分配表，由接線圖和原理圖配置硬件接線，此處原理圖和接線圖不一一給出。

圖2 網(wǎng)絡(luò)通訊圖

圖3 操作站關(guān)鍵輸入地址分配表

圖4 雙閥控制輸出地址分配

3.2硬件通訊配置

(1)因?yàn)樽冾l器選用的AB755系列變頻器，所以與歐姆龍PLC進(jìn)行通訊時(shí)需要中間EDS文件來(lái)實(shí)現(xiàn)，首先變頻器和PC用網(wǎng)線連接，設(shè)置好共同的IP網(wǎng)段，用Rs-linx安裝EDS文件，掃描變頻器節(jié)點(diǎn)，設(shè)置固有的IP地址。然后用OMRON軟件中的Network Configurator通過(guò)EIP來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊。掃描網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)定完成標(biāo)簽速度給定與反饋。

圖5 標(biāo)簽名稱長(zhǎng)度設(shè)定

圖6 組態(tài)完成界面

然后在PLC符號(hào)中將程序中的速度給定與反饋地址匹配好設(shè)置的標(biāo)簽名稱，便可以通過(guò)操作站次數(shù)設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的操作。以下是主電機(jī)速度設(shè)定與反饋的程序段，

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關(guān)閉

應(yīng)用案例 | 倍福 TwinCAT TCP/IP 為網(wǎng)絡(luò)通信開啟無(wú)限可能圖7 主電機(jī)控制程序

(2)Pro-face觸摸屏與PLC實(shí)現(xiàn)EIP通訊，同樣將兩者用網(wǎng)線連接，在PC端和HIM端設(shè)置相同的IP地址段，然后將編輯好的觸摸屏程序下載到觸摸屏中，離線HIM同時(shí)要在觸摸屏輸入控制器PLC的IP地址，PLC的IP：192.168.1.99，觸摸屏IP：192.168.1.10，變頻器IP：192.168.1.5。

圖8 人機(jī)界面中各畫面之間的關(guān)系

介紹一些關(guān)于編制畫面時(shí)涉及到的一些功能元件與原理介紹。

位開關(guān)：用于信號(hào)輸入畫面中;功能開關(guān)：用于畫面之間的切換;指示燈：用于兩種不同狀態(tài)的顯示區(qū)別;數(shù)值顯示器與時(shí)間顯示器：直接顯示所需要的數(shù)值和與系統(tǒng)相一致的時(shí)間，使各畫面更為一致整潔;文本，圖像等。

利用人機(jī)界面與PLC的對(duì)話功能，在觸摸屏上將輸入輸出以及一些重要的中繼訊號(hào)做成文字和變色框圖，行成工作狀態(tài)流程圖的形式顯示，工作狀態(tài)流程節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)綠色為接通，紅色為中斷。如圖9為機(jī)床各部位重要參數(shù)的監(jiān)控，如圖10位主潤(rùn)滑的監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)潤(rùn)滑次數(shù)的不正常時(shí)，觸摸屏隨時(shí)顯示當(dāng)前潤(rùn)滑故障紅色報(bào)警指示。如圖11為各部位操作提示界面，當(dāng)左邊的故障報(bào)警指示燈從綠色變?yōu)榧t色時(shí)提示此部位存在故障必須進(jìn)行相應(yīng)部分的硬件檢查和程序測(cè)試,在右側(cè)做了主要功能的畫面切換開關(guān)，然后在程序中作出對(duì)應(yīng)的畫面號(hào)的內(nèi)容，進(jìn)一步仔細(xì)監(jiān)控工作的所有的步驟，為壓機(jī)工作的狀態(tài)分析提供了可靠的依據(jù)。

圖9 機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控界面

圖10 潤(rùn)滑狀態(tài)監(jiān)控

圖11 操作提示界面

4 主要程序段和操作流程

潤(rùn)滑主要程序段：壓力機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)由油箱、油泵、濾油器、壓力繼電器、分油器等部分組成。其中，一組高低油位檢測(cè)開關(guān)，及若干套油泵、濾油器均安裝在油箱上面。操作及工作狀態(tài)顯示則集中在操作站上。按下“油泵開動(dòng)”按鈕，“油泵運(yùn)行”指示燈亮，油泵運(yùn)行一分鐘后，“潤(rùn)滑正?！敝甘緹袅?，表明潤(rùn)滑系統(tǒng)工作正常。如果“過(guò)濾器堵塞”指示燈亮?xí)r，表明潤(rùn)滑油中雜質(zhì)堵塞了濾油器，應(yīng)予以清理;在油箱加油過(guò)程中，請(qǐng)注意觸摸屏上的“高油位”指示燈，如果亮，表明油箱已滿，應(yīng)停止加油。在油泵運(yùn)行后，對(duì)于機(jī)床主要部位的潤(rùn)滑情況，通過(guò)接近開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)。其中，對(duì)主分油器、連桿次分油器進(jìn)行潤(rùn)滑次數(shù)檢測(cè)，并且每個(gè)部位潤(rùn)滑次數(shù)均達(dá)到要求后，視為潤(rùn)滑正常，潤(rùn)滑正常作為條件，連鎖主電機(jī)、行程動(dòng)作。

(1)潤(rùn)滑次數(shù)監(jiān)控程序段和操作流程

圖12 潤(rùn)滑監(jiān)控程序段及操作流程

(2)如圖(13)所示為行程雙閥啟動(dòng)繼電器程序段和主電機(jī)開動(dòng)操作。

圖13離合器-制動(dòng)器閥組啟動(dòng)程序段及主電機(jī)開動(dòng)

審核編輯：湯梓紅

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