基于松下PLC-觸摸屏折彎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陳　龍　張　河　席恩科

(1.河北建筑工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.張家口市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，河北 張家口 075000；3.張家口三北拉法克鍋爐有限公司，河北 張家口 075000)

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基于松下PLC-觸摸屏折彎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陳龍1張河2席恩科3

(1.河北建筑工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.張家口市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，河北 張家口 075000；3.張家口三北拉法克鍋爐有限公司，河北 張家口 075000)

可編程邏輯控制器(PLC)，作為工業(yè)自動(dòng)化三大技術(shù)支柱(PLC、機(jī)器人、CADPCAM)之一,被稱作為工業(yè)控制的靈魂.在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力方面，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，誕生了各種各樣的特殊功能單元、產(chǎn)生了各種人機(jī)界面單元、通信單元；使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易.觸摸屏的應(yīng)運(yùn)而生無疑是21世紀(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域里的一個(gè)巨大的革新.本文主要介紹了松下PLC和昆侖通態(tài)觸摸屏控制系統(tǒng)在折彎設(shè)備中的應(yīng)用，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便，可視化功能強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了對自動(dòng)折彎過程的智能控制.

松下PLC；觸摸屏；自動(dòng)折彎

0　引　言

自動(dòng)旋轉(zhuǎn)折彎機(jī)是一種實(shí)現(xiàn)對金屬鈑金材料折彎成型的自動(dòng)化裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

1)PLC控制使機(jī)器運(yùn)作十分穩(wěn)定；

2)具有手動(dòng)、自動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)等多種功能任意選擇；

3)折彎軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精巧，折彎角度精確.

本文以某企業(yè)項(xiàng)目自動(dòng)旋轉(zhuǎn)折彎控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，闡述了使用松下PLC和昆侖通態(tài)觸摸屏實(shí)現(xiàn)對自動(dòng)折彎系統(tǒng)的智能控制.自動(dòng)旋轉(zhuǎn)折彎機(jī)用來完成對特定產(chǎn)品上兩排pin針的90°折彎，是根據(jù)產(chǎn)品的特殊結(jié)構(gòu)要求研發(fā)設(shè)計(jì)出的專用折彎設(shè)備.

PLC產(chǎn)品具有標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化的特點(diǎn)，有品種齊全的各種硬件裝置可供選用，能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng).PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線.PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和小型交流接觸器[1].

觸摸屏(touch screen)即工業(yè)人機(jī)界面(Human Machine Interface),簡稱HMI，是一種可接收觸頭等輸入訊號(hào)的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動(dòng)各種連結(jié)裝置，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動(dòng)的影音效果.觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式.它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備此外,新一代工業(yè)人機(jī)界面還具有簡單的編程、對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)登錄及配方等智能化控制功能[2].

1　系統(tǒng)組成及工作流程

1.1系統(tǒng)組成

成型的自動(dòng)折彎設(shè)備主要有上下運(yùn)動(dòng)部件、前進(jìn)/后退運(yùn)動(dòng)部件、折彎軸系統(tǒng)三大部分構(gòu)成.整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行是通過步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和氣缸來實(shí)現(xiàn)的，為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精確順利折彎，在所有運(yùn)動(dòng)部位(氣缸、電機(jī))及關(guān)鍵監(jiān)測點(diǎn)(產(chǎn)品是否上料，各個(gè)部件是否在原位)設(shè)計(jì)安裝了傳感器,當(dāng)設(shè)備的動(dòng)作不到位或者達(dá)到極限工位,控制系統(tǒng)將通過傳感器來監(jiān)測控制設(shè)備,從而控制自動(dòng)折彎過程的暫停并發(fā)出聲、光報(bào)警,同時(shí)通過觸摸屏提示對應(yīng)故障點(diǎn)的出錯(cuò)信息.

1.2工作流程

折彎設(shè)備實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的折彎成型需經(jīng)過以下操作步驟完成：

1)操作員按下初始化程序按鈕；

2)將產(chǎn)品放入產(chǎn)品工裝；

3)傳感器檢測到產(chǎn)品放入后水平步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)前進(jìn)/后退運(yùn)動(dòng)部件前進(jìn)至設(shè)定位置，豎直步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)部件下移至設(shè)定位置，伺服電機(jī)帶動(dòng)折彎軸旋轉(zhuǎn)折彎實(shí)現(xiàn)第一次折彎，前進(jìn)/后退運(yùn)動(dòng)部件后退至設(shè)置位置，上下運(yùn)動(dòng)部件上移至原位，同時(shí)旋轉(zhuǎn)軸回原位；

圖1　折彎設(shè)備工作的總體流程

4)類似于步驟2的操作實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的第二次折彎；

5)啟動(dòng)耐折測試儀完成產(chǎn)品的性能測試和高折測試；

6)分選產(chǎn)品.

折彎設(shè)備工作的總體流程如圖1所示：

2　硬件設(shè)計(jì)

硬件電路中PLC與觸摸屏等其它各主要元器件接線原理圖如下所示：

圖2　PLC與主要元器件連接原理圖

2.1硬件選擇

1)PLC的選擇.選用的PLC為松下電工生產(chǎn)的AFPX-CT系列產(chǎn)品，用以實(shí)現(xiàn)精確地控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和整個(gè)系統(tǒng)的報(bào)警裝置.FP-X系列PLC是一款通用性高性價(jià)比的小型PLC，優(yōu)點(diǎn)包括I/O處理能力強(qiáng)、程序執(zhí)行速度快、高速計(jì)數(shù)和脈沖輸出最高可達(dá)100kHz，它具有豐富的通信功能，使用USB電纜直接與計(jì)算機(jī)連接，配合FPWIN GR編程軟件豐富的指令功能，可以執(zhí)行復(fù)雜的過程量運(yùn)算控制以及離散量的快速順序處理.FP-X系列PLC主要有中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出單元(I/O)、電源盒編程器幾部分構(gòu)成[3].

2)人機(jī)界面選擇昆侖通態(tài)的TP7062K系列觸摸屏，昆侖通態(tài)觸摸屏TPC7062KS是一套以嵌入式的一體化觸摸屏，以低功耗CPU為核心(ARM CPU，主頻400 MHz).昆侖通態(tài)觸摸屏TPC7062KS軟件能與松下PLC完成良好的通訊.

3)電機(jī)的選擇.折彎系統(tǒng)中選用了兩款電機(jī)：一款是BSHB368系列步進(jìn)電機(jī)，另一款是MHMD042G1U系列伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)是用來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的水平和方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而伺服電機(jī)是用來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的兩次折彎動(dòng)作，另外兩種電機(jī)必需有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器來完成運(yùn)轉(zhuǎn).

4)繼電器的選擇.選擇的繼電器為HH53P-24V系列繼電器，可以有效的實(shí)現(xiàn)漏電觸電、過載、短路等保護(hù)功能[4].

5)耐折測試儀的選用品牌為青島儀迪，用以實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品1 000 V耐折測試，保證產(chǎn)品良好的耐折性.

6)交流接觸器.選用的交流接觸器的型號(hào)為LC1-D40，此交流接觸器為防護(hù)式，動(dòng)作結(jié)構(gòu)為直動(dòng)式，觸頭為雙斷點(diǎn)，具有功耗低、重量輕、體積小、安全可靠、壽命長等一系列特點(diǎn)[5].

2.2松下PLC的I/O接口分配

根據(jù)實(shí)際操作和折彎過程功能的需要，設(shè)計(jì)松下PLC的I/O接口分配見下表:

表1　PLC I/O接口分配

對設(shè)備的操作控制及指示完全通過觸摸屏實(shí)現(xiàn),可實(shí)現(xiàn)的操作功能包括程序的初始化、手動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行、暫停、結(jié)束、運(yùn)動(dòng)部件的前進(jìn)和后退以及折彎裝置的開關(guān)啟停等共計(jì)31個(gè)輸入控制.輸出指示由對應(yīng)所有控制按鈕模擬指示燈的開合功能實(shí)現(xiàn).

3　軟件設(shè)計(jì)

3.1PLC程序設(shè)計(jì)

松下PLC使用的編程軟件為FPWINGR，F(xiàn)PWIN-GR，采用典型的Windows界面，有中、英文兩版本.

圖3　PLC過程控制流程圖

FPWIN-GR為新近開發(fā)出來的軟件，各項(xiàng)功能更合理、使用也更加方便[6].程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示：

3.2觸摸屏程序設(shè)計(jì)

本文所使用的昆侖通態(tài)觸摸屏的編程軟件為MCG工控組態(tài)軟件，MCGS是一套基于Windows平臺(tái)的，快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，可運(yùn)行于Microsoft Windows xp等操作系統(tǒng).包括三個(gè)版本，分別是網(wǎng)絡(luò)版、通用版、嵌入版.具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn).通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備.用戶只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無紙記錄儀、無人值守的現(xiàn)場采集站、人機(jī)界面等專用設(shè)備.

通過觸摸屏和PLC的配合使用，方便快捷地實(shí)現(xiàn)了對折彎機(jī)參數(shù)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)的電動(dòng)控制，通過對報(bào)警界面的設(shè)計(jì)更直觀的發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題.折彎系統(tǒng)中昆侖通態(tài)觸摸屏程序設(shè)計(jì)流程如下：

新建任務(wù)→添加實(shí)時(shí)

數(shù)據(jù)→添加設(shè)備

通用口→運(yùn)行策略

的設(shè)計(jì)→用戶窗口

設(shè)計(jì)→

調(diào)試運(yùn)行

下列圖示為MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對折彎過程可視化控制的界面設(shè)計(jì)：

圖4　觸摸屏參數(shù)設(shè)定界面　　　　　　　　　　圖5　報(bào)警界面的設(shè)計(jì)

圖6　手動(dòng)畫面的設(shè)計(jì)

4　結(jié)束語

本文采用PLC和觸摸屏的配合使用，實(shí)現(xiàn)了對折彎系統(tǒng)的精確控制，提高了控制程序和人機(jī)界面的靈活性.該控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高,折彎數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,現(xiàn)已正式投入使用,充分發(fā)揮了PLC運(yùn)算速度快、使用靈活和抗干擾能力強(qiáng)、故障率低、維護(hù)保養(yǎng)容易等優(yōu)勢,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠,操作方便,生產(chǎn)出的產(chǎn)品獲得了用戶的認(rèn)可和肯定.

[1]李全利.PLC運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)踐(松下).機(jī)械工業(yè)出版社,2011

[2]李方園.觸摸屏工程應(yīng)用.電子工業(yè)出版社,2008

[3]陳浩.案例解說PLC、觸摸屏及變頻器綜合應(yīng)用中國電力出版社,2007

[4]肖明耀.松下PLC應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn).中國電力出版社,2012

[5]孫克軍.低折電控設(shè)備選型與使用200例.中國電力出版社,2007

[6]肖明耀.松下PLC應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn).中國電力出版社,2012

Design of Bending System based on Panasonic PLC and Touch Screen

CHEN Long1，ZHANG He2，XI En-ke3

(1.Hebei University of Architecture，Zhangjiakou,Hebei 075000；2.Zhangjiakou Special Equipment Supervision and Inspection Department,Zhangjiakou 075000,China;3.Zhangjiakou Sanbei·Rafako Boiler Co.,Ltd,Zhangjiakou 075000,China)

PLC，as one of the most important technology in three technology stanchions of industrial automation,has been regarded as the soul of industry control.PLC has proceeded into process control region because of its ability in analog dealing,digital operation,man-machine interface and network.With the rapid development of the technology,more and more machines and site operations tend to use the man-machine interface.The powerful function and complicated data processing of the PLC lead to the emerging of man-machine interface which is simple and convenient to match the PLC.The man-machine interface which emerges as the times requirement is a huge innovation in automation aspects of 21century.This paper mainly introduces the Panasonic PLC and Kunlun on-state touch screen which are applied in bending device.The structure of the whole system is compact,easy to work,and the visual function is powerful.It accomplished the intelligent control to automatic bending.

Panasonic PLC;touch screen;automatic bending

2015-12-23

陳龍(1979-),男，助理實(shí)驗(yàn)師，從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化研究.

TH 12

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