基于PLC 技術(shù)的軸承加工系統(tǒng)研究

蔡黎黎

（哈爾濱軸承集團公司技術(shù)中心，黑龍江哈爾濱 150036）

1.PLC 控制系統(tǒng)概述

PLC 控制系統(tǒng)也稱為可編程邏輯控制器，主要采用的是一種可編程的儲存器，在內(nèi)部可以用作相應的儲存程序，執(zhí)行邏輯運算工作單元和順序控制，完成復雜的技術(shù)控制和相關(guān)算術(shù)操作。在具體工作過程中，通過數(shù)字和模擬式數(shù)據(jù)輸入的方法，有效控制各種不同類型機械設備以及工業(yè)生產(chǎn)流程。PLC 系統(tǒng)在我國各大工業(yè)產(chǎn)業(yè)內(nèi)部應用非常廣泛，并且在具體的應用過程中具有較強的性能優(yōu)勢，受到了各大工業(yè)生產(chǎn)單位的廣泛認可和使用。在我國機械生產(chǎn)領域中，對滾動軸承的生產(chǎn)精度以及工作性能的要求越來越高，同時在軸承的加工和生產(chǎn)過程中，正在不斷朝著微型化摩擦力更低、穩(wěn)定性更高以及使用耐久度更長等方面發(fā)展。在軸承加工系統(tǒng)研究領域當中，通過PLC 控制技術(shù)的有效應用，在整個軸承加工精度上有了明顯提升，對推動軸承加工系統(tǒng)的高層次發(fā)展打下了良好的基礎。

2.PLC 控制技術(shù)的主要工作原理

PLC 控制技術(shù)主要指的是可編程邏輯控制器，具體來講屬于計算機當中的CPU，在工作過程中可以對大量復雜的數(shù)據(jù)信息進行快速收集和處理，但是實際的使用工作范圍和作用與普通的CPU 相比有著明顯的差異性。對PLC 控制技術(shù)而言并不單純指的是一個對應的工作單元，準確來講PLC 屬于一個完整的控制工作系統(tǒng)，擁有自身獨立的CPU 控制單元，系統(tǒng)當中還配備了各種不同類型的功能模板以及I/O 接口等，通過I/O 接口采集對應的模擬量和開關(guān)量，并且對數(shù)據(jù)作進一步分析和處理，具有非常強大的可編程控制工作能力。通常情況下，通過使用梯形圖程序當中所提供的各種軟繼電器，可以對一些相對比較復雜的邏輯控制程序進一步控制，有效避免傳統(tǒng)硬件式的繼電器在連接過程中存在復雜線路，以及消耗更大經(jīng)濟成本等方面的缺陷。PLC 控制系統(tǒng)在工作過程中，主要分為3 個重要的工作環(huán)節(jié)，即信息輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)輸出刷新等，屬于一個非常完整的掃描工作周期，在PLC 系統(tǒng)的運行工作過程中，將會重復執(zhí)行上述3 個主要的工作階段[1]。

3.PLC 技術(shù)的軸承加工系統(tǒng)研究

3.1 PLC 控制系統(tǒng)工作的整體要求

根據(jù)軸承加工過程中的相關(guān)工藝流程以及相關(guān)工作特性，有效結(jié)合PLC 在我國各大工業(yè)產(chǎn)業(yè)當中的應用案例，對軸承加工系統(tǒng)現(xiàn)場的具體要求標準進行分析。在軸承加工系統(tǒng)的工作過程中，對PLC 控制系統(tǒng)的應用要求可以分為：

（1）在PLC 技術(shù)的應用過程中，要求整個軸承加工系統(tǒng)的操作流程更加簡單，同時靈活多變，后續(xù)的維護工作容易上手，并且還需要保證整個軸承加工系統(tǒng)的工作符合對應的生產(chǎn)工作要求。（2）要求軸承加工系統(tǒng)在工作穩(wěn)定性上更高，并且要兼?zhèn)潇`活性特點。（3）要求該系統(tǒng)具有較強的人機互動工作效果，可以充分實現(xiàn)軸承加工過程中的操作靈活性和穩(wěn)定性，有效保證軸承在加工過程中整個工作流程可以得到實時性監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題可以及時進行維護和檢修。通過PLC 技術(shù)應用在上位計算機和下位PLC 側(cè)應，能夠有效提出相關(guān)流程加工和監(jiān)控信息。（4）通過PLC 技術(shù)的應用必須具備更加先進的網(wǎng)絡系統(tǒng)，要使用達到世界領先水平的硬件軟件網(wǎng)絡，并且在軸承加工過程中具有更強的實用性[2]。

3.2 軸承PLC 控制系統(tǒng)的設計工作步驟

PLC 控制系統(tǒng)在使用過程中，具有比較強的應用性以及工藝復雜性等多方面特點，其中主要涵蓋了很多檢測儀表以及相關(guān)控制設備。在PLC 控制系統(tǒng)的設計過程中，需要對幾種功能加以明確：

（1）需要對整個系統(tǒng)設計的工藝要求以及設備功能進行確認；（2）需要針對PLC 控制系統(tǒng)的相關(guān)配置進行合理設計，從中需要選擇出相應的控制器設備I/O 模塊以及電源模塊等；（3）需要制定出符合控制工作要求的相關(guān)工作條件，對I/O 接口進行合理分配，對各數(shù)據(jù)通道數(shù)量加以明確，有效建立起I/O 點地址表；（4）要繪制出對應的接線圖，有效確認控制系統(tǒng)的輸入端和輸出端，保證輸入輸出端的設備功能完好，以此來有效完成整個配件系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性；（5）根據(jù)控制系統(tǒng)與檢測工作對象之間存在的差異性，制定出對應的模塊化控制工作程序，同時進行初步調(diào)試和分配工作；（6）針對其中程序無法滿足要求的問題需要及時進行整改。在完成初步程序調(diào)整之后，需要有效做好聯(lián)機調(diào)試工作，針對程序中存在的各種問題進行有效修整，充分保證連接調(diào)試工作符合PLC 控制系統(tǒng)的工作標準，最后需要保證在軟件和硬件完全通過測試之后正式投入使用和運行。

3.3 PLC 系統(tǒng)硬件選型

本次研究工作重點介紹了軸承內(nèi)套圈在加工過程中使用的PLC 硬件以及相關(guān)操作方法，其中重點包含了CPU模塊、PLC 基礎框架、供電電源、數(shù)字量輸入模塊、輸出模塊、信息通訊模塊以及智能化控制工作模塊等。

（1）在PLC 基礎框架的選擇工作中，基于SU 系列的控制器，在基礎框架構(gòu)成方面分別選擇的是5 槽、7 槽、9 槽，所對應的型號分別為U-14B、U-16B、U-18B。相關(guān)使用人員在具體使用過程中，可以依照系統(tǒng)具體的大小以及安裝位置有較確定的槽數(shù)。（2）在CPU 模塊的選擇過程中，本次軸承加工過程中選擇的是SU-6BCPU 模塊，該CPU 的工作性能相對較強，同時順序指令的處理速度可以達到0.3us，在處理指令的類型上，可以達到191 種上位通訊工作?；贑CM 網(wǎng)絡最大可以向其中加入8個網(wǎng)絡，其中還包含了PLC 控制系統(tǒng)、電源輸入端以及DC24V 電源輸出部分。通過該工作模塊的使用可以充分滿足軸承加工過程中內(nèi)套圈內(nèi)徑加工的精度控制。（3）在輸入模塊的選擇工作方面，軸承內(nèi)套圈的直接加工所需要的輸入點總數(shù)量達到80 個，為了進一步提高輸入模塊的工作能力。在本次軸承加工工作中，工作人員選擇使用兩種不同型號的輸入模塊，分別為U-08N，包含32 個輸入點位和U-09N，包含64 個輸入點位。（4）在輸出模塊的選擇工作中，對于軸承內(nèi)套圈直徑的加工所使用到的輸入模塊，總數(shù)量為42 個，為了進一步拓展輸出模塊的工作能力，在本次工程加工工作中選擇對應輸出模塊型號為右-18T，其中包含了32 個輸入點[3]。（5）在本次軸承加工生產(chǎn)過程中，所使用的上位通信工作模塊，選擇的是光陽電子上位通信模塊U-01DM。該通訊模塊支持CCM、MODCON 無協(xié)議通訊協(xié)議以及點對點通訊等相關(guān)功能。通過對U- OIDM 通訊協(xié)議的合理使用，可以和其他PLC系統(tǒng)之間實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的快速交換，同時還可以實現(xiàn)與上位計算機之間進行串行信息通信，有效建立起PLC 控制網(wǎng)絡系統(tǒng)。在軸承加工生產(chǎn)工作中，通過運用U-01DM基于CCM 協(xié)議和上位計算機系統(tǒng)之間進行串行通信，以此來充分實現(xiàn)生產(chǎn)工作流程監(jiān)控工作效果。（6）在智能控制模塊的選擇工作方面，可以通過使用模擬量輸出工作模塊對整個信息交換速率進行有效掌控，同時在智能軟件的設計工作中，通過加入高速限制單元對其進行合理控制。（7）在智能模塊的選擇過程中，主要是針對PLC 控制系統(tǒng)內(nèi)部高速計數(shù)器模塊類型的合理選擇。通過使用高速計數(shù)器工作模塊，主要目標是解決主軸工作臺在工作過程中產(chǎn)生的計數(shù)泄漏問題。在本次軸承生產(chǎn)工作當中，通過使用高速技術(shù)模塊U-01Z，在工作當中最高的技術(shù)頻率為100k，同時CPS 數(shù)據(jù)的加減計算能力更強，可以有效解決漏掉技術(shù)等方面的不足問題。

4.結(jié)語

通過PLC 技術(shù)的有效應用，可以進一步提高軸承加工工作的自動化控制程度，使得整個軸承產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量大幅度提高，軸承產(chǎn)品的生產(chǎn)合格率得到了進一步提升，在生產(chǎn)設備的維護和維修工作方面也得到了進一步改進。因此PLC 技術(shù)在未來的發(fā)展過程中，將會在我國軸承加工領域得到更加廣泛的應用，推動我國機械化產(chǎn)業(yè)不斷朝著更高目標發(fā)展。