基于PLC具有示教功能打磨內(nèi)焊線機(jī)設(shè)計(jì)

方光耀（江門(mén)市高級(jí)技工學(xué)校,廣東江門(mén)529000）

基于PLC具有示教功能打磨內(nèi)焊線機(jī)設(shè)計(jì)

方光耀
（江門(mén)市高級(jí)技工學(xué)校,廣東江門(mén)529000）

摘要:電熱水壺在生產(chǎn)過(guò)程中因生產(chǎn)工藝的要求發(fā)熱盤(pán)壓焊連接因而產(chǎn)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(tǒng)方法使用手工打磨，難度較大、產(chǎn)能較低?，F(xiàn)利用PLC和伺服電機(jī)與企業(yè)共同開(kāi)發(fā)一款自動(dòng)打磨內(nèi)焊縫的設(shè)備為企業(yè)大大提高了產(chǎn)能和減低了用工成本，取得很好經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞:打磨焊縫;觸摸屏;PLC;伺服電機(jī);定位控制;示教功能

1概述

電熱水壺在生產(chǎn)過(guò)程中因生產(chǎn)工藝的要求發(fā)熱盤(pán)壓焊連接因而產(chǎn)生焊縫，因而需要將其打磨平整以方便下一拉絲工藝，傳統(tǒng)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(chǎn)能較低、成本較高?，F(xiàn)利用PLC和伺服電機(jī)與企業(yè)共同開(kāi)發(fā)一款自動(dòng)打磨內(nèi)焊縫的設(shè)備。其主要的設(shè)計(jì)思路利用PLC控制兩軸的伺服電機(jī)作內(nèi)外（Y軸）和左右（X軸）運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)磨頭進(jìn)入電熱水壺的壺底焊縫處，模擬人手作左右運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊縫的打磨。詳見(jiàn)設(shè)備示意圖1。

圖1設(shè)備示意圖

2使PLC和伺服電機(jī)定位控制系統(tǒng)的介紹

從圖1的示意圖看出設(shè)備的執(zhí)行部分是由兩個(gè)伺服電機(jī)控制工作臺(tái)上的熱水壺壺體作左右和內(nèi)外運(yùn)動(dòng)

圖2PLC系統(tǒng)中常見(jiàn)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行元件的定位控制系統(tǒng)框圖

圖2定位控制系統(tǒng)框圖

圖中PLC作為控制器發(fā)出控制指令，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)按控制要求完成位移和定位。驅(qū)動(dòng)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(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行功率放大，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)控制命令和反饋信號(hào)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行連續(xù)控制。

使用PLC作為定位控制器已成為當(dāng)前應(yīng)用的一種趨勢(shì)。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(jì)數(shù)器，許多PLC還設(shè)計(jì)有多種脈沖輸出指令和定位指令，使定位控制的程序編寫(xiě)十分簡(jiǎn)易、方便，與驅(qū)動(dòng)器的硬件連接也十分簡(jiǎn)單。

PLC控制步進(jìn)或伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行定位控制大致有以下方式：通過(guò)數(shù)字I/O方式進(jìn)行控制、通過(guò)模擬輸出方式進(jìn)行控制、通過(guò)通信方式進(jìn)行控制和通過(guò)高速脈沖方式進(jìn)行控制。

通過(guò)輸出高速脈沖進(jìn)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(duì)這種方法設(shè)置和應(yīng)用的。

3設(shè)備主要器件的選型

3.1可編程控制器選型

PLC作為該設(shè)備的核心，PLC在我國(guó)的應(yīng)用已有30多年的歷史，PLC自20世紀(jì)70年代后期進(jìn)入中國(guó)以來(lái)，應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速?，F(xiàn)在國(guó)產(chǎn)的PLC在學(xué)習(xí)進(jìn)口PLC的基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)多年的消化取得很大進(jìn)步，呈現(xiàn)出百花齊放的現(xiàn)象，其無(wú)錫信捷PLC多年來(lái)穩(wěn)居國(guó)產(chǎn)PLC銷(xiāo)量第一位，其高性價(jià)比得到大量用戶的認(rèn)可。

3.2觸摸屏選型

觸摸屏同樣采用信捷的產(chǎn)品，觸摸屏的型號(hào)為“TG-765,該產(chǎn)品采高速的CPU，ARM9、400MHZ主頻、128M內(nèi)存，1600萬(wàn)色TFT液晶顯示LED背光，分辨率800*480像素，2個(gè)COM口，獨(dú)立通訊，支持232、485、422等通訊方式，可實(shí)現(xiàn)多屏一機(jī)。適用于環(huán)境惡劣的場(chǎng)合，耐腐蝕性液體、氣體，運(yùn)行溫度可達(dá)到-10℃-60℃。軟件上支持C語(yǔ)言腳本功能，運(yùn)算、自由協(xié)議編寫(xiě)、繪圖，提高編程自由度支持BMP、JPG格式圖片顯示；支持?jǐn)?shù)據(jù)采集保存功能，支持時(shí)間趨勢(shì)圖，XY趨勢(shì)圖等多種形式的數(shù)據(jù)管理方式。以上特點(diǎn)方便了實(shí)現(xiàn)友好、簡(jiǎn)易快捷的畫(huà)面設(shè)計(jì)。

3.3伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)器的選型

伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)器同樣采用信捷的產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)器的“DS2-20P4-AS”,

電動(dòng)機(jī)的型號(hào)“MS-60ST-20P4”,該驅(qū)動(dòng)器用三種控制方式，三種方式能無(wú)縫切換，位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制，在這里將其設(shè)置為位置控制方式。驅(qū)動(dòng)器高達(dá)400HZ的高速響應(yīng)，功率為400W。伺服電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速為額定3000rpm/最高4000rpm，內(nèi)置編程器為2500線增量型編碼器。

4程序設(shè)計(jì)

我在程序設(shè)計(jì)中先畫(huà)出順序功能圖（SFC）利用PLC的步進(jìn)指令STL編寫(xiě)梯形圖實(shí)現(xiàn)模塊的程序設(shè)計(jì)。程序中主要分為三個(gè)模塊程序：手動(dòng)操作程序塊、自動(dòng)運(yùn)行程序塊、示教記憶點(diǎn)坐標(biāo)程序塊。

4.1手動(dòng)操作程序塊

手動(dòng)操作在梯形圖中由狀態(tài)“S0”來(lái)完成，具體操作見(jiàn)圖3觸摸屏操作畫(huà)面，其中磨頭啟停、工件旋轉(zhuǎn)啟停在梯形圖中由“ALT”指令來(lái)完成。內(nèi)外、左右運(yùn)動(dòng)手動(dòng)操作，使用功能指令“DPLSF”來(lái)完成，詳見(jiàn)梯形圖圖4，“DPLSF”無(wú)加減速時(shí)間參數(shù)，當(dāng)手動(dòng)操作接通M44或M45，驅(qū)動(dòng)指令時(shí)可發(fā)出無(wú)限個(gè)脈沖，修改D64寄存器的數(shù)值實(shí)現(xiàn)改發(fā)脈沖的頻率的改變，通過(guò)選擇X100、X10、X1的倍率實(shí)現(xiàn)改變D64的數(shù)值實(shí)現(xiàn)快捷的伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。同時(shí)修改D64的正負(fù)值實(shí)現(xiàn)伺服電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。

圖3觸摸屏上手動(dòng)操作畫(huà)面

圖4手動(dòng)操作梯形圖

4.2自動(dòng)運(yùn)行程序塊

當(dāng)用戶操作觸摸屏?xí)r，從手動(dòng)操作畫(huà)面切換到自動(dòng)畫(huà)面時(shí)，系統(tǒng)工作臺(tái)先進(jìn)行向右回原點(diǎn)復(fù)位，復(fù)位完成后，啟動(dòng)向外回原點(diǎn)復(fù)位。當(dāng)復(fù)位完成，才可以按X0自動(dòng)啟動(dòng)，如圖5。

圖5

4.3示教記憶點(diǎn)坐標(biāo)程序塊

示教記憶點(diǎn)的原理，利用手動(dòng)操作工作臺(tái)作定位運(yùn)行，信捷XC2系列的PLC具有累積脈沖個(gè)數(shù)的寄存器，其中D8170（雙字）累積Y0通道，D8173（雙字）累積Y1通道，見(jiàn)圖6觸摸屏畫(huà)面。

圖6示教記憶向內(nèi)定位一畫(huà)面

在畫(huà)面中右邊調(diào)用手動(dòng)操作程序模塊，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)向內(nèi)外定位和手動(dòng)左右定位。同時(shí)畫(huà)面中左上方“當(dāng)前坐標(biāo)”顯示實(shí)時(shí)的坐標(biāo)，其原理是將累積的脈沖數(shù)除以常數(shù)100（因?yàn)橥ㄟ^(guò)設(shè)置伺服驅(qū)動(dòng)器的電子齒輪實(shí)現(xiàn)0.1mm為100個(gè)脈沖）。當(dāng)選擇合適的定位坐標(biāo)，用戶可以在“修改坐標(biāo)”一欄有兩個(gè)選擇：

（1）按下保存按鍵，將當(dāng)前的坐標(biāo)保存下來(lái)；

（2）在點(diǎn)擊內(nèi)外數(shù)據(jù)處，觸摸屏將彈出數(shù)字鍵盤(pán)，這時(shí)可以設(shè)定參數(shù)。使用了這種示教坐標(biāo)方式，大大方便了用戶的操作，不需要用尺子測(cè)量，用戶反映非常滿意。另處，還可以非常方便設(shè)置定位速度。

5總結(jié)

本方案設(shè)計(jì)成功，并為企業(yè)生產(chǎn)了5臺(tái)，使用一年多（平均每天連續(xù)工作達(dá)12小時(shí)），電氣上并未發(fā)生過(guò)故障，用戶反映非常好。整套設(shè)計(jì)的核心器件，PLC、觸摸屏、伺服電動(dòng)機(jī)都是采用國(guó)產(chǎn)器件，這次設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)大大樹(shù)立了我對(duì)國(guó)產(chǎn)工控器件的信心，我覺(jué)得作為自動(dòng)化專業(yè)的教師，有必要應(yīng)用和推廣國(guó)產(chǎn)的工控產(chǎn)品，讓更多的人使用國(guó)產(chǎn)工控產(chǎn)品，讓高性價(jià)比的工控產(chǎn)品打破洋品牌壟斷工控市場(chǎng)的局面。

本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)存在不足的效率還不是很高，每臺(tái)設(shè)備平均產(chǎn)能是400多個(gè)左右的壺，為了提高效率在新的設(shè)計(jì)中，增加了雙工位。另本設(shè)計(jì)只能對(duì)一些直線焊縫進(jìn)行打磨，對(duì)一些曲線焊縫（如壺身）就無(wú)能為力了，限制了設(shè)備使用范圍。所以在未來(lái)的設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)在曲線的、弧線的示教功能開(kāi)發(fā)進(jìn)行攻關(guān)，以求設(shè)備達(dá)到更寬、更廣的使用場(chǎng)合。

參考文獻(xiàn):

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