基于PLC的货车滚动轴承压装机控制系统设计.pdf

第 6期 总第 1 6 3 期 2 0 1 0年 1 2月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAI ENGI NEERI NG AUT0M ATI ON No． 6 De c ． 文章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 0 0 6 0 1 3 8 0 2 基于 P L C的货车滚动轴承压装机控制系统设计 王小明 ，鲍 晓敏 ，刘爱博 华东交通大学 机 电工程学院，江西 南昌 3 3 0 0 1 3 摘 要 针对货车滚动轴承压装质量不高， 易导致列车发生热轴、 切轴事故的现状 ， 进 行 了压装 工序 的分析研究。 设 计 了以西 门子公司s 7 3 0 0型 P L C为核心 的滚动轴承压装机控制系统，并运用 三菱公 司 A9 8 5 G OT系统设 计 了图形操作终端，可实时显示和复现各特性 曲线。 关键词 滚动轴承；压装 ；P L C；控制系统设计 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 0 弓 l 言 货 车滚动轴 承压装 机 的主要 用途是 采用冷 压方式 将 滚动 轴承压装 到车轴 上 ，在进 行压装 时 ，需 要对轴 承 与轴之 间的摩擦 力 、贴 合力进行 严格 测量 ，并保证 两个滚动轮轴承的压装力基本平衡，否则会因轴承压 装质 量不 高而导致 列车发 生热轴 、 切 轴事故 。 因此 ， 正 确判 断压装 力 的大小 ，保证 轴 承压装质 量 ，对 保 障行 车 安全 至关 重要 。本文利 用 P I C技术 ，对该压 装机控 制系统进行设计 ，以实现压装质量的实时有效监测。 1 货车滚 动轴承压 装机 的工作原理 滚动轴 承的压装 主要 是通过液 压系统 对 电磁 阀得 失电的控制和压力继电器工作信号的反馈来完成各工 序的工作。 滚动轴承压装机液压控制回路如图 1所示。 各 电磁 阀通 、断 电状 态顺序 如下 1 原位 初始 为卸荷 状态 ，所 有 电磁阀 断 电。 2 顶 轮对 电磁 阀 1 D T、5 D T 通 电 ，顶轮对 缸 工作，轮对被顶起，顶起结束 由定时器延时控制 ，延 时时 间一定要 大于轮 对被顶起 时 间。 3 伸 引套 电磁 阀 5 D T 保 持 ，同时 将 电磁 阀 2 DT接通，开始伸套定位，当压力达到压力继 电器 l YJ凋定压力时， 发出信号使伸引套工序结束 ， 电磁阀 2 D T 保持 。 4 靠轮 电磁 阀 7 D T开始 工作 ， 靠轮缸 工作 ， 轮 对被夹紧，当达到压力继电器 4 YJ 调定压力时，发出 信 号靠 轮定位结束 。 5 压装 电磁 阀 4 D T 和 9 D T工作 ， 压装 缸伸 出 进行 压装 。 6 退 回 电磁 阀 4 D T 和 9 D T 复位 。 如果 将 电磁 阀 8 D T和 3 D T接通则压装缸和靠轮缸一起退 回。而 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 3 2 3 ；修 凹日期 2 0 1 0 0 7 2 1 作者简介 王小明 1 9 5 9 ． 男 ． 江西吉安人 ． 高级 工程师 ， 本科。 引套缸则 依靠压 装缸退 回阻尼而 一同退 回 。 ＼ r j 8 D 1 、却 兰工 7 D T[ 丁～ 靠轮 I [ V 厂 ] I 6 D T 趣 岛二 5 D T 7 - } I 顶事 { 0V T 广百] J 1 。＼。 1 1 V T 0 厂 ] J ’ L i 3 D T 五E丑 2 D T ； } } 一 rr_ _ 肉 1 D1 I j ，， I l 1 ．．一 ．，，； ， ．． 。 ．上 一 一 J m 江 9 T S R P 一 { 审 上一 ] 雁 I 一 I I ’ I一一L L 二 4 D T I 专 R R P L 兰 一 J 1 图 1 滚动轴承压装机液压控 制回路 7 落轮对电磁阀 6 DT接通， 顶轮缸退回，当压 力继电器 2 YJ 发出信号时表示轮对落下，6 DT复位， 此 时可将轮对送出压装机 ，可进行下一车轴轴承压装。 8 复位最后将电磁阀 1 D T复位，系统回到卸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年第 6 期 王小明，等基 于 P L C的货 车滚动轴承压装机控制 系统设计 1 3 9 荷状 态 。 2 P L C控制 系统的硬 件设计 滚动轴 承压装 机控制 系统 由传感 检测 系统 、液 压 控制 系统 、人机 交互 系统 、P L C控 制系统 组成 ，其硬 统 、液压 系统 、检测 系统和开关 控制 面板 以及压装 数 据的运算处理 ，并与上位机进行交互通信 ，是整个控 制 系统 的核心 。本 文选用 西 门子公 司人机界 面好 、编 程 功 能强 的 S 7 3 0 0型 P I C作 为该 控制 系 统 的控制 件组成及结构如图 2 所示 。其中 P L C负责对机械系 器。P I c硬件具体输入信号分配见表 1 。 位 移 传 感 器 I I压 力 传 感 器 l 开 关 量 I 网 词臣 I I I f f f 模 拟 量 输 入 模 块 I 数 字 量 输 入 模 块 I l 数 字 量 输 出 模 块 1 ， f f 可编程控制器 C P U I A d a p t e 电 l1 5 V P L C供电 { 源 2 4 V 直流 模 电源 直流电源 模块 块 f 1 f l 2 2 0 V交流电源模块 l G O T图形终端 f l 3 8 0 V三相交流电源供 电 I 表 1 P LC输 入 信 号 分 配 表 图 2 P L C控 制系统硬 件原理框 图 输入信号名称 代码 地址 输入信 号名称 代码 地址 电机启动 S B l 1 0 ． o 压装 S B1 0 I 1 ． 1 电机停止 S B 2 1 0 ． 1 退 回 S B1 l I 1 ． 2 热油器开启 S B 3 I O ． 2 落轮对 S B 1 2 I 1 ． 3 热油器关闭 S B 4 I O ． 3 压力继 电器 l 1 Y J I 1 ． 4 急停按钮 S B 5 1 0 ． 4 压力继 电器 2 2 Y J I 1 ． 5 自动压装开始 S B 6 1 0 ． 5 压力继 电器 3 3 Y J I 1 ． 6 顶轮 对 S B 7 1 0 ． 6 压力 继 电器 4 4 Y J I 1 ． 7 伸引套 S B 8 I O ． 7 手动压装模式 S B l 3 I 2 ． O 靠轮 S B 9 I 1 ． 0 自动压装模式 S B l 4 l 2 ． 1 3 P L C控 制系统 的软件 设计 3 ． 1 PI C 数 据 结 构 设 计 该控制 系统采 用结构 化程序 设计 方法 ，将所要 实 现 的功能封装 到各 个块 中 ， 完成 调用并 绘制 成结构 图 。 其 中，总控 制块 OB 1主要 用 于 电机 和 油 泵 的启 停 控 制 、手 动和 自动压装 块 的调用控 制 ；手 动压装 块仅 涉 及到I ／ O输入 、 输 出 ， 无 静态 变量需要 保存 ， 故采用 F C 功能调用 ； 自动压装 为顺序 控制 ，以功 能块 的形式被 别的逻辑 块调用 ；在进 行压 装数据 处理 时 ，一 部分在 压装 进行 时被 调用 压 装数 据 处理 块 F C 4 ， 另 外 一部 分是在压装结束后被调用 背压、 最大压、 贴和压计算 块 F C 6 ， 并且需要设置静态变量存储区， 为触摸屏的 数 据 处 理 提供 数 据 来 源 ，因此 设 置共 享 背 景 数 据 块 D B 1 来 保存 中间变 量 。 3 ． 2 P I C 的程序 设 计 图 3为压装数据处理块 F C 4的 P I C程序流程 图。 4 上 位机监控 系统 方案 设计 该控制系统要求上位机能够实时监控压装机的运 行情况 ，即能 够反 映轴承 的压力 曲线并 计算压装 力 的 最大值 和终止 压力值 ，以及 触摸 屏 能够和 P I C通讯 ， 实现压装 机数 据输入选 定 和输 出结果显 示功能 。为方 便人工操作 ，本系统选用三菱公司A9 7* GOT 6 4 0 x 4 8 0 触摸屏 。 其供电电压2 4 VD C，电流消耗2 O 0 mA， 有 RS 一4 2 2和 R S 一 2 3 2 C两 个 通 讯 口，本 设 计 选 用 RS 一2 3 2 C通 讯 口 ，其 硬件 连接 如图 4所示 。 图 3 压装数据处理块 F C 4程序流程图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 0年 第 6期 用 UMAC的程 序开 发平 台 P e wi n 3 2 P R O 可 以很方 便 地 编写 出牙齿加 工 的运 动控制 程序 。 3 结束语 本文针对六轴义齿加工机床独特的运动方式，搭 建 了由 “ I P C UMA C运 动控制器 ”组 成 的开发式数 控系统，利用 UMAC卓越的实时监控和运动控制功 能 ，实现 了机床 的基本 功能 ，为本 系统 的进一步完 善 打下了基础，同时可为国内研究义齿修复系统的人员 提供参考 。 参考 文献 [ 1 ] 吕培军 ， 李 彦生． 国产 口腔修复 C AD／ C A M 系统 的研究 与开发[ J ] ． 中华 口腔医学杂志， 2 0 0 2 ， 3 7 5 3 6 7 ～ 3 7 0 ． [ 2 ] 佚 名． C E R E C -- 口腔 临床 C A D／ C A M 系统 临床应用 2 o 年 [ E B ／ O L] ．[ 2 0 0 6 7 2 o ] h t t p ／ ／ ww w． k q 8 8 ． c o r n ／ k q x f ／ k q x f l 1 ／ 2 0 0 6 7 ／ 2 0 ／ 1 6 2 2 8 4 ． h t mt [ 3 ] 宋雅丽， 李佳． C A D／ C A M 技术在义齿快速成形 中的应用 与发展口] ． 机械设计 ， 2 0 0 4 4 8 - 1 3 ． 图 5牙齿 加 T T艺 流 程 图 App l i c a t i o n o f Ope n NC S y s t e m i n S i x a x i s De nt ur e Ca r v i ng M a c h i n e GUO Che ng l o ng，LUO Xu e ke， ZHANG Con g pe n g Co l l e g e o f El e c t r o me c ha n i c a l En gine e r i n g，No r t h Ch i n a Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，Be ij i n g 1 0 01 4 4，Ch i n a Ab s t r ac tA s ma l l s i z e s i x a xi s d e nt u r e c a r vi ng ma c h i n e wi t h h i g h e f f i c i e n c y an d h i gh p r e c i s i o n i s de s i gn e d on t h e ba s i s of t h e f i v e a xi s d e nt ur e c a r vi n g ma c hi n e d e s i gne d i n e a r l i e r t i me by a n a l y z i ng t he s t r uc t ur e s of s ome a dva nc e d f or e i g n de nt ur e c a r v i n g ma c hi ne s ． The n， ma t c hi n g wi t h t he s t r u c t u r e of t he ma c hi ne． a n o pe n NC s ys t e m b e i n g ma d e up of I PC a nd U M AC mo t i on c o nt r ol l e r i s de s i gn e d．Thi s pa p e r i n t r od uc e s t he mo t i on s t r uc t ur e o f t he ma c hi ne a n d t h e pr oc e s s o f s e t t i ng up t he har d wa r e o f NC s y s t e m． I n t h e e nd，t h e we l l ma c hi n i n g p e r f or ma n c e i s s h own by e xp er i me nt ． Ke y wor d sde nt u r e； NC ma c hi ne t o ol ；c a r vi ng ma c hi n e 上 接 第 1 3 9页 参考文献 5 结 论 [ 1 ] 胡敏． 深入浅出西门子 s 7 3 0 0 P L C [ M] ． 北京 航空航天 本设计立 足 于提高 铁路滚 动轴 承的 压装质 量 ，提 大学出版社， 2 O 0 4 出 T -J P I C的 电气 控制 系统方案 。 该 方案将 压装 过 [ ] 张万忠 电器与 P L C控制技术[ M] 北京 化学工业出版 三 要 鉴 耋 篓 龛 、。妻 量 篓 [ 。 ] 胡32 宏, Z U伟 U 6．‘货 车 滚 动 轴 承 采 用 压 装 力 一 位 移 曲 线 判 定 压 装 据 处 理 能 力 强 。 同 时 采 用 能 实 时 监 测 压 装 质 量 的 上 位 三 ； ； 1 i ～ ～ ‘ ～ 机 监控 系统 ，并 在 图形操作 终端 设计 自动与手 动两 种 控制方式 ，使 整个 系统 的柔 性大 大增强 。 De s i g n o f PLC b a s e d Co nt r o l S y s t e m f o r Fr e i g h t Tr a i n Be a r i ng Pr e s s W ANG Xi a o rui ng， BAO Xi a o mi n，LI U Ai b o S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d El e c t r i c a l En g i n e e r i n g， Abs t r a c t Thi s pa p e r d i s c us s e s t he pr e s s mou nt i ng pr o c e s s of S 7 3 0 0 Pl C， a n d g i v e s a g r a p h i c o p e r a t i o n t e r mi n a l b a s e d r e pr od uc t i o n o f c ha r a c t e r i s t i c c ur ve ． Ea s t Ch i n a J ia o t o n g Uni v e r s i t y，Na n e h a n g 3 3 0 0 1 3，Ch i n a r o l l i n g b e a r i n g s ， d e s i g n s a n e l e c t r ic a l c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n S i e me n s o n M i t s u b i s h i A9 8 5 GOT s y s t e m ， r e a l i z e s t h e r e a l t i me d i s p l a y a n d Ke y wor dsr o l l i n g be a r i n g； p r es s mo unt i ng；PLC； c o nt r ol s y s t e m de s i g n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m