和利時(shí)LM系列PLC在多工位雙面軸承加脂加蓋機(jī)中的應(yīng)用

李銀川¹ 劉田茜²

（1、北京和利時(shí)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司，北京，100176）

（2、日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東，276826）

　　摘要 本文介紹了LM系列PLC在軸承加脂加蓋機(jī)中應(yīng)用，通過標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議進(jìn)行上、下位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)了一體化控制。采用操作數(shù)循環(huán)移位指令編程技術(shù)，可任意選擇各工位開或關(guān)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不合格產(chǎn)品自動(dòng)檢測(cè)和篩選功能，完成高速流水線下的軸承加脂加蓋工序。

　　關(guān)鍵詞 PLC；循環(huán)移位；軸承加脂加蓋機(jī)

　　中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

　　文章編號(hào)：

　　1 引言

　　軸承加脂加蓋機(jī)器是軸承加工行業(yè)的主要設(shè)備，集機(jī)、電、氣等技術(shù)于一體，主要用于單面蓋、雙面蓋、鐵蓋或橡膠蓋的成型加工。軸承加脂加蓋生產(chǎn)流水線機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工位比較多，實(shí)際生產(chǎn)中要求工位可靈活選擇設(shè)定，并能及時(shí)檢測(cè)生產(chǎn)中的故障進(jìn)行停機(jī)排查。傳統(tǒng)的軸承加脂加蓋機(jī)器控制系統(tǒng)通常采用繼電器接觸器控制，但由于繼電器系統(tǒng)線路復(fù)雜、故障率高、維修工作量大，導(dǎo)致系統(tǒng)控制精度低、控制靈活性差、操作不直觀，故很少能實(shí)現(xiàn)單雙面可選，加脂加蓋在一條生產(chǎn)線上同時(shí)進(jìn)行。為此，本文采用可靠性高、靈活性好的PLC作為系統(tǒng)的主控元件，并采用觸摸屏對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和故障監(jiān)控，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

　　2雙面軸承加脂加蓋機(jī)介紹

　　2.1設(shè)備組成

圖1軸承加脂加蓋設(shè)備實(shí)物圖

　　如圖1所示，軸承加脂加蓋設(shè)備實(shí)物圖。多工位雙面軸承加脂加蓋設(shè)備，主要由機(jī)械系統(tǒng)、氣動(dòng)控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。

　　機(jī)械系統(tǒng)主要有上料裝置、工位送料裝置、注脂、脂檢、加蓋、壓蓋、蓋檢、旋轉(zhuǎn)翻身裝置和均脂裝置等組成。上料裝置采用圓盤供料和PU帶傳送上料。工位送料采用夾持式送料方式，避免了軸承的磕碰傷。注脂采用非接觸式注脂定位技術(shù)，保證了在注入油脂時(shí)注脂頭不接觸保持架。采用工業(yè)視覺系統(tǒng)進(jìn)行油脂透光檢查，可檢查出保持架不良品。加蓋采用串料桿上料方式，可適應(yīng)鐵蓋或塑蓋。壓蓋采用氣液增壓缸壓蓋，通過可設(shè)定上、下限的線性電位器進(jìn)行蓋平面高度檢查。翻身采用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)定位技術(shù)，保證每次完成180度工件旋轉(zhuǎn)。勻脂采用時(shí)間長(zhǎng)短可調(diào)的旋轉(zhuǎn)均脂方式。

　　氣動(dòng)控制系統(tǒng)采用自適應(yīng)式氣液增壓技術(shù)，在壓頭和防塵蓋接觸后加力實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊靜力壓蓋，壓蓋力連續(xù)可調(diào)。

　　電氣控制系統(tǒng)采用和利時(shí)公司PLC控制器和觸摸屏人機(jī)界面，可進(jìn)行各種故障自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)聲光報(bào)警，自動(dòng)停機(jī)保護(hù)。

　　2.2工位選擇工藝原理

　　完整的雙面軸承加脂加蓋生產(chǎn)流水線依次要進(jìn)行送料、加脂、脂檢、空操作、A面加蓋、空操作、A面蓋檢、A面壓蓋、翻身、空操作、B面加蓋、空操作、B面蓋檢、B面壓蓋、刪除和均脂等16個(gè)工位動(dòng)作，其工序過程如圖2所示。只有前一個(gè)動(dòng)作檢測(cè)執(zhí)行成功，后面才能執(zhí)行，如果前面動(dòng)作執(zhí)行不成功，則對(duì)應(yīng)此產(chǎn)品的后面工位均不執(zhí)行，并且執(zhí)行不成功的這個(gè)不良產(chǎn)品將一直移到刪除工位進(jìn)行刪除。例如：產(chǎn)品脂檢不合格，則后面工位均不動(dòng)作，移至刪除位刪除不良品。

圖2 工序流程圖

　　各工位開或關(guān)選擇有兩種模式：

　?。?） 觸摸屏內(nèi)手動(dòng)選擇

各工位開或關(guān)可在觸摸屏內(nèi)修改。比如，在觸摸屏內(nèi)設(shè)定‘是否需要加脂’這個(gè)條件，設(shè)定為加脂則執(zhí)行加脂程序，設(shè)定不加脂則加脂程序不執(zhí)行，依次類推，直至均脂。

　?。?） 自動(dòng)循環(huán)過程自動(dòng)選擇

　　自動(dòng)循環(huán)過程各工位除了要根據(jù)觸摸屏內(nèi)設(shè)定的工位選擇條件執(zhí)行外，還要依賴脂檢、蓋檢的結(jié)果自動(dòng)選擇后續(xù)工位是否執(zhí)行。譬如，如果某產(chǎn)品做A面蓋檢后發(fā)現(xiàn)不合格，則此不良品移至后續(xù)的工位時(shí)，動(dòng)作都不執(zhí)行，在刪除工位進(jìn)行不良品刪除。

　　3 監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　3．1 PLC介紹

　　3.1.1 PLC工作原理

　　PLC工作方式又掃描方式和中斷方式，所謂掃描方式是周而復(fù)始的執(zhí)行一系列任務(wù)。任務(wù)循環(huán)執(zhí)行一次稱為一個(gè)掃描周期，其掃描的工作過程如下：

　?。?）讀輸入：將物理輸入點(diǎn)上的狀態(tài)復(fù)制到輸入過程映像寄存器中。

　?。?）執(zhí)行邏輯控制程序：執(zhí)行程序指令并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在變量存儲(chǔ)區(qū)中。

　?。?）處理通訊請(qǐng)求：即執(zhí)行通訊任務(wù)。

　?。?）執(zhí)行CPU自診斷：檢測(cè)固件、程序存儲(chǔ)器和擴(kuò)展模塊是否工作正常。

　?。?）寫輸出：在輸出過程映像寄存器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)被復(fù)制到物理輸出點(diǎn)。

　　中斷方式是指當(dāng)中斷事件發(fā)生時(shí)則立即執(zhí)行一次相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，不受掃描周期的影響，響應(yīng)速度快，從而進(jìn)一步提高了PLC控制的可靠性。中斷事件不發(fā)生時(shí)，不掃描中斷服務(wù)程序，這樣可以節(jié)約掃描時(shí)間，減少掃描周期。

　　3.1.2 PLC特點(diǎn)

　?。?）PLC邏輯判斷和控制能力強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好。PLC從硬件上采用隔離、濾波措施有效地抑制和消除了干擾。

　?。?）擴(kuò)展性和柔性好，且可移植性好，在不改變硬件的情況下，只改變軟件的程序就可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。

　?。?）編程語(yǔ)言豐富，可以采用不同語(yǔ)言編寫程序，? LM系列PLC支持6種編程語(yǔ)言，包括：梯形圖（LD）、指令表（IL）、結(jié)構(gòu)化文本（ST）、功能塊圖（FBD）、順序功能圖（SFC）和連續(xù)功能圖（SFC）。給編寫程序帶來很大方便。

　　3．2 監(jiān)控系統(tǒng)方案

　　16工位雙面軸承加脂加蓋機(jī)器的電氣控制系統(tǒng)是整機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其中各工位的開或關(guān)選擇是保證控制系統(tǒng)整體性能的關(guān)鍵所在。根據(jù)各工位的具體控制要求，本文采用可編程控制器和觸摸屏相結(jié)合的控制方案。其中PLC完成對(duì)各工位接近開關(guān)、傳感器信號(hào)的采集和邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)各電磁閥、步進(jìn)電機(jī)等輸出裝置的動(dòng)作控制；觸摸屏實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的設(shè)置、顯示以及故障報(bào)警。

　　3．3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　分析設(shè)備工藝要求，系統(tǒng)需要36路數(shù)字量輸入，25路數(shù)字量輸出和2路模擬量輸入，同時(shí)需要一點(diǎn)高速脈沖輸出實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制。系統(tǒng)選用和利時(shí)公司的LM 系列可編程控制器LM3106A、LM3210、LM3212、LM3221和LM3310實(shí)現(xiàn)控制。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　LM3106A本體集成14通道24VDC輸入， 10通道晶體管輸出，可連接4個(gè)擴(kuò)展模塊。具有2點(diǎn)100KHz高速脈沖輸出，一個(gè)RS-232串行通訊接口，支持Modbus RTU從站協(xié)議，可與和利時(shí)觸摸屏進(jìn)行串口通訊。

　　LM3210是8通道數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊，LM3212是16通道數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊，M端為模塊各自的外接DI公共端，可接24VDC傳感器電源的正端或負(fù)端，以適應(yīng)源型\漏型的DI。

　　LM3221是16通道晶體管輸出擴(kuò)展模塊，輸出額定負(fù)載電壓為24VDC。

　　LM3310是4通道的模擬量輸入擴(kuò)展模塊，4個(gè)通道可獨(dú)立配置為0-10V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)輸入或者0-20mA、4-20mA可選標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸入。

　　觸摸屏選用和利時(shí)公司5.7″彩色顯示屏。

　　4 程序設(shè)計(jì)

　　4.1 主站程序設(shè)計(jì)

　　觸摸屏主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，對(duì)軸承加脂加蓋機(jī)器進(jìn)行工位開或關(guān)選擇，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的在線監(jiān)視、控制、調(diào)試、維護(hù)。完成數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析和操作保護(hù)三類功能，可分為以下幾個(gè)方面：

　　（1）參數(shù)設(shè)定、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集處理和顯示及命令控制界面，如圖4所示。

　?。?）為保證監(jiān)控系統(tǒng)的安全性，對(duì)于某些特殊的控制參數(shù)設(shè)有多級(jí)密碼保護(hù)功能，以確?？刂茀?shù)及系統(tǒng)的安全性。

　?。?）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)手、自動(dòng)控制，即達(dá)到系統(tǒng)的自動(dòng)控制，又便于設(shè)備的調(diào)試與維護(hù)。

　?。?）具有報(bào)警和故障顯示功能，對(duì)系統(tǒng)達(dá)到預(yù)警提示及安全控制的功能。如圖4-圖7。

4.2 PLC程序設(shè)計(jì)

4.2.1 PLC應(yīng)用程序

　　根據(jù)多工位雙面軸承加脂加蓋機(jī)工作過程對(duì)控制系統(tǒng)提出的要求，整個(gè)PLC應(yīng)用程序分公共程序、手動(dòng)模式程序、自動(dòng)模式程序、工位控制程序和報(bào)警程序。

　?。?）公共程序主要對(duì)系統(tǒng)工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)良品和不良品的計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)。

　?。?）手動(dòng)模式程序可單獨(dú)進(jìn)行各工位的開或關(guān)選擇設(shè)定，并可以單獨(dú)對(duì)各工位進(jìn)行動(dòng)作測(cè)試，全部為點(diǎn)動(dòng)。在自動(dòng)模式運(yùn)行前，需要先在手動(dòng)模式下進(jìn)行設(shè)備初始化操作。

　?。?）在自動(dòng)循環(huán)模式下，按啟動(dòng)按鈕，每次檢測(cè)到有送料信號(hào)時(shí)，產(chǎn)品在流水線上的每個(gè)工位進(jìn)行移位傳遞，完成要求的工位動(dòng)作和檢測(cè)，如此循環(huán)。

　?。?）工位控制程序是整個(gè)系統(tǒng)的核心，根據(jù)觸摸屏上工位開或關(guān)的設(shè)定和自動(dòng)過程中脂檢和蓋檢的結(jié)果，控制各工位16位操作數(shù)相應(yīng)位置1或0，執(zhí)行循環(huán)移位，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各工位動(dòng)作的控制。

　?。?）報(bào)警程序進(jìn)行包括設(shè)備運(yùn)行不到位超時(shí)、產(chǎn)品在流水線積壓、缺料等各種故障自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)聲光報(bào)警，觸摸屏顯示，必要時(shí)進(jìn)行自動(dòng)停機(jī)保護(hù)。

　　4.2.2 工位選擇控制編程思路

　　此生產(chǎn)線一共有16個(gè)工位，可以對(duì)應(yīng)定義16個(gè)16位的word型掉電保持區(qū)操作數(shù)%MW300-%MW330，分別對(duì)應(yīng)各工位的控制位：1號(hào)%MX300.0,2號(hào)%MX302.1,3號(hào)%MX304.2，4號(hào)%MX305.3……15號(hào)%MX329.6,16號(hào)%MX331.7。1號(hào)送料工位裝有光電傳感器，通過該傳感器對(duì)16個(gè)操作數(shù)進(jìn)行移位控制，每次1號(hào)工位檢測(cè)到新送過來一個(gè)產(chǎn)品，做一次移位，把工件位置確定下來。在需要檢測(cè)工作的位置也就是3、7和13號(hào)位置裝有檢測(cè)傳感器，產(chǎn)品檢測(cè)到不合格時(shí)，將各操作數(shù)對(duì)應(yīng)此檢測(cè)位置的控制位置0，那么當(dāng)移位到各工位控制位時(shí)，就不執(zhí)行工位操作。

　　例如：0000，0000，0000，0001表示第一個(gè)產(chǎn)品剛進(jìn)來，當(dāng)這個(gè)產(chǎn)品走到工位4，操作數(shù)是0000，0000，0000，1111，此時(shí)若脂檢工位(工位3)有不合格檢測(cè)信號(hào)則將各操作數(shù)的第3控制位%MXm.2均置0，操作數(shù)是0000，0000，0000，1011，下一個(gè)新產(chǎn)品送到移位后操作數(shù)是0000，0000，0001，0111，此時(shí)%MXm.3位（4號(hào)工位控制位）是0，則4號(hào)工位不執(zhí)行工位動(dòng)作。依次類推，直至此不合格產(chǎn)品最終在刪除工位進(jìn)行刪除。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　將PLC和觸摸屏應(yīng)用于16工位雙面軸承加脂加蓋機(jī)控制系統(tǒng)，可集中處理工藝要求的復(fù)雜邏輯，能實(shí)現(xiàn)加脂加蓋可選、單雙面可選、工位可選以及設(shè)備運(yùn)行中故障報(bào)警及時(shí)停機(jī)，控制靈活，極大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和控制精度，從而使軸承成品的質(zhì)量也隨之提高。系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中，得到了較好的驗(yàn)證，有較好的市場(chǎng)前景

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] PLC在球面軸承外滾道超精機(jī)中的應(yīng)用》，黃現(xiàn)蓮 王福平，中國(guó)機(jī)械傳動(dòng)。

　　[2]《 LM系列小型一體化PLC硬件手冊(cè)》，北京和利時(shí)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司，2008

　　[3]《 LM系列PLC軟件手冊(cè)》，杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司，2008

　　[4]《 LM系列小型一體化PLC指令手冊(cè)》，杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司，2008

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