PLC控制在镗床改造上的应用

郭海娟，吴利芳

（1.秦皇岛益兴重工科技有限公司，河北秦皇岛，066000；2.北京铁路电气化学校，北京，102202）

0 引言

对镗床进行电气系统改造时，利用原有的伺服控制器，原先电气柜不满足新设计要求，故弃用，新增加一个700＊350＊1250的电气柜，选用西门子PLC，原先电气柜中的断路器，保险以及继电器能用的都利用，由于伺服控制器线束上没有线号，而且接头处有掉焊，所以新买入伺服控制器插头，重新配线，原有的电缆有破损的地方，故弃用。

1 镗床工艺动作要求

根据生产工序的要求，改造后的工艺需要满足:工件放到工位后，自动完成找零位，确定原点位置，保证后续工序位移正确，夹紧气缸自动夹紧工件，然后两边的刀头开始自动前进，行进到慢速位，根据提前设定好的行进位移，刀头开始自动镗工件，一直行进到停止位，夹紧气缸松开，刀头自动退到起始位，开始下一次动作循环。整个过程要求定位精准，行进位移完全按照设定参数，从而保证该道工序的精准度。

图1 动作顺序

2 PLC系统构成图

改造后的镗床需要具备以下基础功能：

手动：操作按钮集中在触摸屏上，要求操作相应的功能按钮完成相应的动作，各功能操作互不干涉。

自动：工件放到工位后，先“回到零位”，然后按下电气柜上的“启动”按钮，工件自动按照程序设定进行一轮循环动作。

参数设置：根据工艺需求，设定各个位置的参数。

报警显示：当设备有报警时，主画面的报警指示灯会闪烁，然后切换到“报警画面”，查找相关报警。

整个操作集中在触摸屏上。

整个电气系统的主要I/O点如图2所示。

图2 I/0点

另外，设备配备有一套小型液压系统，两套夹紧油缸，PLC通过控制电磁阀的开与关，通过油缸的伸缩，实现对工件的夹紧和松开。整个系统只有开关量，没有其它模拟量，相对来说，控制比较简单，只需要将伺服控制器的参数设置好，通过PLC控制伺服，进而实现位移的更改。

3 电气系统要求

按照生产要求以及预算规定，制定新的电气元件采购计划，原先电气柜内能用的电气元件都利用，采购新的电气元件秉着性价比，以最低的成本实现最好的功能。

元件清单如表1所示。

表1

8 断路器OSMC32N2C10A 3 个 施耐德9 断路器 OSMC32N1C6A 1 个 利旧10 保险 6A 1 个 利旧11 接触器 LC1-D32 2 个 施耐德12 接触器 LC1-D25 1 个 施耐德13 热继电器 LRD-22C 16～24A 2 个 施耐德14 热继电器 LRD-14C 7～10A 1 个 施耐德15 插座 三孔 1 个 利旧16 中间继电器 DRM270024LT 10 个 魏德米勒 利旧17 X6插头 55100－0600 2 个18 X5端子座 54306－5011 2 个19 X5外壳 54331－0501 2 个20 急停按钮 1 个 施耐德21 电控柜700×350×1250+200mm 1 个22 辅材 1 套

4 PLC和触摸屏的选型

■ 4.1 CPU的选型

基于系统功能要求、性价比，采购周期等，综合考虑，选择西门子的S7-200 smart系列里的6ES7 288-1ST60-0AA0模块，晶体管输出，DC24V供电，此CPU含有36个开关量输入，24个开关量输出，点数在满足实际需求的同时，还有余量，满足要求，而且它属于西门子里比较经济型的CPU模块，在小型自动化设备上应用比较广泛。自带以太网口，可以方便的与触摸屏进行连接，同时有高速脉冲输出，可以和伺服控制器连接，实现设备的调速和定位等，基本指令执行时间非常快，完全满足现场控制需求。

■ 4.2 触摸屏的选型

触摸屏需满足系统稳定，性价比高，综合考虑，选择昆仑通态的TPC1061Ti，10.2英寸高亮度显示屏，图像显示和数据处理都可以满足设计要求，而且该型号的触摸屏，在工厂内其它设备上也有安装，方便出现故障后，能够快速维修更换，节省时间，保证生产。

5 PLC系统控制过程

■ 5.1 手动操作

油泵电机启动：油泵电机无论在手动画面和自动画面都可以启动和停止，而且没有连锁条件。

伺服电机动作：X轴是面向设备操作的左侧，Y轴是面向设备操作的右侧。

为了方便操作者校尺，伺服电机动作有两种操作方式：

相对运动：以X轴操作为例，在X轴相对位移中输入一个值M，然后再按下“X轴进”，X轴前进M，按下“X轴退”，X轴后退M。

绝对运动：以X轴操作为例，先按下“X轴回原点”后，“X轴定位位置”中输入一个值N，按下“X轴定位启动”，无论X轴电机在哪个位置，都会回到位移N处。

刀头电机动作：按下“左电机启动”，左电机启动，按下“左电机停止”，左电机停止；按下“右电机启动”，右电机启动，按下“右电机停止”，右电机停止。

夹紧松开电磁阀动作：手动时，夹紧松开电磁阀都是点动控制。

一直按着“左夹紧”，左夹紧电磁阀得电，左夹紧，“左夹紧到位”指示灯亮；

一直按着“左松开”，左松开电磁阀得电，左松开，“左松开到位”指示灯亮。

右边同理。

定位进退：按下“定位进”气动阀得电，工装夹紧；按下“定位退”，定位退启动阀得电，工装松开。

图3 手动画面

■ 5.2 手动伺服速度设置

在“X轴手动速度”或“Y轴手动速度”中输入相应速度，最大值为10。

自动操作：以X轴为例，在图4参数设置画面中，分别输入“X轴起点坐标”为0，“慢速位坐标”、“停止位坐标”、“快速速度”、“慢速速度”、“定位进延时”、“定位退延时”。

图4 参数设置

图5 主画面

按下“回零”，等“X轴回零成功”和“Y轴回零成功”指示灯亮后，正常上料，按下触摸屏下方的“启动”按钮，自动程序开始。

“单次回零根数”设定为实际需要的根数，产量到设定值后，程序自动回零。

参数设置：参照图4的参数设置界面，X轴和Y轴的慢速坐标位数据设置应一致。

参数设置界面中有“二次夹紧位置1”、“二次夹紧位置2”、“二次夹紧位置3”，操作者可自行设置相应数据，数据设置是以X轴为参考轴，数据设置范围必须在“X轴慢速坐标位”到“X轴停止坐标位”之间。

报警画面：在系统出现报警后，界面的报警指示灯会闪烁，进入“报警画面”后，查看相关报警信息。

故障处理：当需要处理故障后，维修人员在“手动画面”中按下“设备维护”按钮，进入维修界面。

图6 维修画面

此时，操作工无法进行任何操作，可以避免误操作伤害到维修人员。

当夹夹紧限位有任何一个损坏时，紧急处理方式是在“参数设置”界面按下“夹紧强制到位”，在“强制夹紧延时”框内输入时间，这个时间为操作人员根据夹紧到位的时间具体来设置，松开限位同理。

6 改造后效果

■ 6.1 生产效率提高

原先的操作系统由于缺少初始资料，无法实现全自动操作，操作者只能靠手动操作，改造后，操作者只需要每次在上料完成后，在柜门上按下“启动”按钮，即可实现全自动操作，生产效率提高很多。

■ 6.2 维修效率提高

原始设备采用运动控制板加PC机，现场有一个电气柜加一个操作柜，中间有好几个线束，并且都有轻微受损，电气元件没有统一到一个柜内，当出现故障时，查找故障极其费劲，维修时间增长，严重影响到生产，改造后，有了完整的电气图纸，每个线路上都有线号，由于操作和元件集中到一个柜内，故障率大幅降低，即使出现轻微小故障时，操作者完全可以根据触摸屏屏幕上的提醒，去查找原因，省去了专业维修工去查找故障，查找故障和处理故障速度很快，极大的节省了维修时间。

7 总结

随着工厂中对生产效率提升的要求，厂内设备需要满足24小时全自动化运行，设备能否稳定运行成为提高生产效率的关键性因素，电气系统设计必须要满足稳定，维修快。对于一些以前的破旧设备，在机械结构和液压系统完好的情况下，电气系统非常有必要做出改造。