基于PLC和觸摸屏的多工位數(shù)控油壓機控制系統(tǒng)設計

馮美英，孫定華

（1.柳州職業(yè)技術學院汽車工程學院，廣西 柳州 545006；2.常州交通技師學院工程車輛系，江蘇 常州 213018）

0 引言

油壓機是一種通過專用液壓油做為工作介質(zhì)，通過液壓泵作為動力源，靠泵的作用力使液壓油通過液壓管路進入油缸/活塞，然后油缸/活塞里有幾組互相配合的密封件，不同位置的密封都是不同的，但都起到密封的作用，使液壓油不能泄露。最后通過單向閥使液壓油在油箱循環(huán)使油缸/活塞循環(huán)做功從而完成一定機械動作來作為生產(chǎn)力的一種機械。數(shù)控油壓機就是用數(shù)控技術操作的油壓機，擺脫了人工操作。本文對某企業(yè)的多工位數(shù)控油壓機的控制要求，介紹基于PLC和觸摸屏的多工位數(shù)控油壓的設計。

1 控制系統(tǒng)要求

本文所設計的對象是用于壓制高爾夫球桿桿頭專用多工位數(shù)控油壓機，它的工作流程圖如圖1所示[1]：

圖1 設備工作流程圖Fig. 1 Work flow chart of equipment

根據(jù)生產(chǎn)工藝不同，所需沖頭隨工藝不同而選擇。

2 控制系統(tǒng)的硬件設計

2.1 控制系統(tǒng)硬件選擇

本系統(tǒng)選用PLC和觸摸屏作為它的控制核心部件，采用PLC和觸摸屏結合起來起來控制的原因主要有：（1）PLC在工業(yè)方面的應用技術已經(jīng)比較成熟，而且可靠性及抗干擾能力強；（2）采用觸摸屏配合PLC來實現(xiàn)系統(tǒng)控制，可以使PLC的應用更加靈活。同時還可以實現(xiàn)設備與現(xiàn)場操作的人機可視化[2]。

在本設備中PLC選擇采用西門子公司的SIMATIC S7-300，它由多種模塊部件組成，包括導軌、電源模塊、CPU模塊、接口模塊、輸入/輸出模塊等，各種模塊能以不同方式組合在一起，從而可使控制系統(tǒng)設計更加，滿足不同的應用需求。觸摸屏選用西門子的TP170B，它是彩色觸摸屏，很適合多個參數(shù)需要設定和實時顯示的工業(yè)環(huán)境。PLC和觸摸屏采用PC/MPI適配器和RS232電纜來實現(xiàn)通信。

2.2 硬件結構及接線圖設計

根據(jù)控制系統(tǒng)要求，所設計的控制系統(tǒng)硬件結構及外部接線圖如圖2所示[3]。

圖2 系統(tǒng)硬件結構及外部接線圖Fig .2 System hardware structure and external wiring diagram

3 控制系統(tǒng)的軟件設計

3.1 PLC控制系統(tǒng)的流程圖設計

由系統(tǒng)的要求，本方案設計出了PLC控制系統(tǒng)的流程圖如圖3所示[4]。

3.2 觸摸屏設計

3.2.1 主畫面設計

如圖4左圖所示，主畫面為開機時默認進入的頁面，按下“進入主菜單”按鍵可進入“主菜單窗口”。

3.2.2 主菜單窗口設計

圖3 PLC控制系統(tǒng)流程圖Fig. 3 Flow chart of PLC control system

圖4 觸摸屏主畫面和主菜單圖Fig. 4 Main screen and main menu of touch screen

主菜單畫面設計如圖4右圖所示，在主菜單頁面可以進入整個操作系統(tǒng)中的任意頁面，其中“四沖連續(xù)”按鍵是在全自動狀態(tài)下的選擇按鍵，如果此按鍵按下，則視為選擇機臺在全自動狀態(tài)下的工作方式。如果沒有按下此按鍵，機臺的工作狀態(tài)是連續(xù)壓制1～3工位，即第三工位完成后即不壓制第四工位，而是等待操作員再次按下雙手按鈕后才進行第四工位的壓制。

“電機復位”按鍵用于復位電機，當液壓系統(tǒng)出現(xiàn)以下異常情況：（1）液壓閥卡死造成工作臺上升而無法受控時；（2）當工作臺上升到極限位時強迫電機停止。這時“電機復位”按鍵用于再次啟動電機?！半姍C復位”按鍵在正常情況一般不采用[5]。

3.2.3 手動操作界面設計

手動操作界面設計如圖5左圖所示。在以下情況可以進行手動操作：（1）當電氣操作箱上的選擇開關處于手動狀態(tài)(即：選擇開關處于中間位置)時；（2）當機臺模具需要調(diào)整、試壓時。

3.2.4 自動控制界面設計

自動控制畫面設計如圖5右圖所示，自動控制窗口為“半自動”或是“全自動”工作模式的公共窗口。在此窗口下可以設置“半自動”工作模式所需要工作的工位，以及各工位壓力[6-7]。

圖5 觸摸屏手動操作和自動控制畫面Fig. 5 Manual operation and automatic control screen of touch screen

當需要選擇“半自動”工作模式時，電氣操作箱的轉換開關旋轉至“半自動”將工作臺回原點。選擇所需工作工位。即按下“1號位” 或“2號位”或 “2號位”或“4號位”相應按鍵，設定所選工位的工作壓力，當某一工位無效時相應的工位壓力亦無效。

3.2.5 靜壓時間窗口設計

靜壓時間是用于設置主缸、頂缸各動作的時間。

“頂缸頂出時間”是在“半自動”或“全自動”工作模式下所設工位壓制完成頂缸的頂出時間，頂缸的動作必須在頂缸有效的情況下頂缸時間才起作用。

“頂缸回程時間”是在“半自動”或“全自動”工作模式下，所設工位壓制完成頂缸頂出完成后，頂缸執(zhí)行回程動作的時間[8]。它必須在頂缸有效的情況下頂缸時間才起作用。設置范圍：0-2S。

“主缸保壓時間”即主缸壓制工件，達到設定壓力后的停止時間。在執(zhí)行保壓過程中除安全光幕檢測部分工作外，其他部分均處于暫停狀態(tài)。設定范圍：0-0.5S。

“主缸卸壓時間”是主缸保壓完成后準備回程時的卸壓時間。當卸壓時間執(zhí)行完畢時則主缸回程。設定范圍：0-10S。

基于以上原因，靜壓時間窗口設計如圖6左圖所示。

圖6 靜壓時間與定位控制窗口Fig. 6 Static pressure time and positioning control window

3.2.6 定位窗口設計

定位窗口設計如圖6右圖所示，定位控制窗口的操作與“手動操作” 操作的功能差不多。中間顯示欄可用于顯示工作臺是否回歸原點，工作臺若回歸原點后中間顯示欄將顯示“0”。

3.2.7 歷史曲線與動態(tài)曲線窗口設計

歷史曲線用于記錄工作時間中主缸的輸出壓力，用于查看歷史的壓力狀況。動態(tài)曲線用于顯示主缸的實時壓力[9]。它們的窗口設計如圖7所示。

圖7 歷史曲線與動態(tài)曲線窗口Fig. 7 Historical curve and dynamic curve window

4 結論

采用PLC與觸摸屏結合的電氣控制方案，可以使多工位數(shù)控油壓機系統(tǒng)運行方便、可靠、靈活。為工人操作提供了簡單的操作界面。此方案已經(jīng)在某企業(yè)得以應用約半年時間，系統(tǒng)中的伺服電機運行良好、機器定位精度高。同時此方案也可以為其它控油壓機的控制系統(tǒng)設計提供相應設計思路。