基于PLC的插头插销弯折测试装置的研制与应用.pdf

2 0 1 2年 1 0月 第 4 0卷 第 2 0期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAUL I CS Oe t ．2 01 2 Vo 1 ． 40 No ． 2 0 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 2 0 ． 0 0 4 基于 P L C的插头插销弯折测试装置的研制与应用 冯 小军 ，韩 强 ，陈金周 ，兰敏 ，刘耀 先 ，方 志军 1 ．东莞出入境检验检疫局 ，广东东莞 5 2 3 0 7 1 ； 2 ．汕尾 出入境检验检疫局 ，广东汕尾 5 1 6 6 0 0 ； 3 ．东莞市科翔试验设备有限公 司，广东东莞 5 2 3 1 1 9 摘要 开发～种基于 P L C的插头插销弯折测试装置 ，该装置以 P L C作为系统控制器，利用步进电机直接驱动测试夹 具，采用文本显示器作为人机交互界面 H MI 。与传统测试系统相比，人机交互更加方便，可维护性和可移植性更好。 关键词插头插销；弯折；测试装置；P L C 中图分 类号 T P 2 9 文献标识码 B 一 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 2 0 0 1 1 5 De v e l o pme n t a n d App l i c a t i o n o f a Pl u g Pi n Be nd i ng Te s t Eq ui p me nt Ba s e d o n PLC F E N G X i a o j u n ，H A N Q i a n g ， C H E N J i n z h o u ， L A N Mi n ， L I U Y a o x i a n ， F A N G Z h i j u n 1 ． D o n g g u a n E n t r y - e x i t I n s p e c t i o n a n d Q u a r a n t u i n e B u r e a u o f t h e P e o p l e ’ S R e p u b l i c o f C h i n a ， Do n g g u a n Gua ng d o n g 5 2 3 0 7 1， Ch i n a； 2 ． S h a n w e i E n t r y e x i t I n s p e c t i o n a n d Q u a r a n t u i n e B u r e a u o f t h e P e o p l e ’ S R e p u b l i c o f C h i n a ， S h a n w e i G u a n g d o n g 5 1 6 6 0 0，Ch i n a ； 3 ． K e x i a n g T e s t i n g E q u i p me n t C o ． ，L t d ． ，D o n g g u a n G u a n g d o n g 5 2 3 1 1 9 ，C h i n a Ab s t r a c t A p l u g p i n b e n d i n g t e s t e q u i p me n t w a s d e v e l o p e d b a s e d o n P LC ． A P L C w a s t a k e n a s t h e c o n t r o l s y s t e m o f t h e e q u i p me n t wh i c h e mp l o y e d a HMI a n d a s t e p p i n g mo t o r ．T h e e q u i p me n t i s p r o v e d t o b e c o n v e n i e n t a n d e a s y t o e x p l a n t i n p r a c t i c a l a pp l i c a t i o n． Ke ywor d sPl ug pi n；Be nd i n g； Te s t e q ui p me n t ；PLC 电器 附件产 品作为电源系统与 电器产品之间 的桥 梁 ，已经成为人们生活不可或缺的产品。电源插头作 为诸多种类 的电器 附件之一 ，是人们 日常生活 中最 常 见和最普通的一种产品，它在为人们提供安全 、方便 用电的同时，由于产品质量或使用不当造成的人身和 财产安全事故屡有发生。可见，电器附件产品的使用 安全性，成为决定产品质量的重要因素，世界各国都 非常重视电器附件产品的检测工作。 1 插头插销弯折试验装置研究的意义 插头插销 的弯折测试 是澳大利亚 、新西兰 、 日 本 及 台湾等国家和地区此类产品的机械强度方面 的重要 检测项 目，主要是检查插头插销片在受到外力 如 意外跌落，使用不 当等造成弯 曲，再通过外力校 直后 ，是否对插销片造成不 良影 响。如果插销 片金属 的韧性和延展性不够，在使用过程中，容易在弯折、 校直后导致插销片产生疲劳裂纹或内部结构断裂。特 别是，由于插销外层包裹的绝缘层的遮蔽未能及时发 现 ，就会在使用过程中因断裂点的接触电阻过大而导 致 温升 过高 ，进 而引起火灾 ，或 因插销片断裂后残 留 在插座 中，导致带电件外露 而产生触 电的危 险。 目前 ，国内市场 尚无能够完全满足该 项 目测试 的 全 自动化设备。为了高效准确地进行该项 目的检测 ， 有必要针对上述两标准对该测试项 目的要求进行插销 弯折试验装置的研制 ，在提高检测效率和准确度的同 时，杜绝此类不安全产 品流人 国际市场，维护 “ 中 国制造 ”声誉 。 2 插头插销弯折的检测方法及要求 2 ． 1 澳大利 亚 、新 西 兰插 头插 销 的测 试 方 法及 要 求 根据澳大利亚／ 新西兰 插头插 座认可 及测试 规范 A S ／ N Z S 3 1 1 2 2 0 1 1 条款 2 ． 1 3 ． 7 ． 2的规定“ 所有 电流额定值不大于 1 5 A的扁平插销的插头 ，必须通 过插销弯折检测 。载流和 中性插销应 向插头中心施加 力 ，接地插销则仅向一个方向施加力。施力点在距离 插头表面 1 4士 0 ． 5 m m处。施力方向应平行于插头表 面。插销在施力点方向位移 7 ． 5 0 ． 3 m m，弯曲速度 收稿 日期 2 0 1 1 0 9 3 0 作者简介冯小军 1 9 6 9 一 ，男，工学学士，工程师，主要从事电器附件领域检测工作。E～m a i l F e n g X i a o J u n d g ．g d c i q ． g o v ． c n 。通信作者韩强，Em a i l 7 9 8 7 9 5 9 8 q q ． c o m。 第 2 O期 冯小军 等 基于P L C的插头插销弯折测试装置的研制与应用 。1 3 该装置 主要 由人 机交 互界 面 H M I 、可 编程 控 制器 P L C 、步进驱 动 器 、步 进 电机 、丝 杠 滚珠 驱 动 、夹紧装置等部分组成。带配置功能的人机对话界 面 H MI 可实 现澳 大 利亚／ 新 西兰标 准 和 日本 、台 湾标准检测模式的转换以及各种测试参数的设定 ；可 编程控制器 P L C 可实现设定模式 、参数 的指令输 出；步进驱动器、步进电机、丝杠滚珠驱动、夹紧装 置等部分完成测试功能 。 3 ． 2 测 试装 置 的硬 件 组成 该装置 的控制系统硬件如 图 4所示 。该 系统 由监 控部分、控制部分和驱动部分构成 ，主要实现包括控 制参数 的设 置 、状 态和数据显示 、对弯折装置 的控制 等功能。P L C与 H M I的通信采用 主从方 式，通 过 R S 2 3 2方式实现 ，其 中监控部分和显示 部分选用人 机 对话界面 H MI 来实现 ，系统控制部分选用性 能稳 定、可靠性高 、稳定的 P L C，采用雷赛公司的相关伺 服产 品作 为系统 的驱动部分 。 图4 硬件结构图 3 ． 2 ． 1 测试装置 的监部分 人机交互界面 H M I 已成为可编程逻辑控制器 P L C 的最佳 人 机对话 工 具 ，其 主要 功能 为 向 P L C 发送控制指令、接收 P L C反馈信息、实时数据及状 态信息汇集及处理 控制参数和状态显示等 。 选用 T o u c h Wi n 0 P 3 2 0小 型人机 界 面文本 显示 器 H M I ，其 主要 特 点 为 3 ． 7英 寸单 色 S T N液 晶显 示 ，带 背景光 ，可显示 2 4字 符 4行 ，即 1 2汉 字 4行 ，7个按 键可 被定 义成 功 能键 ，通 讯 口为 R S 2 3 2 方 式 ，可支持多种主流 P L C 。 3 ． 2 ． 2 测试装置的控制部分 选用 P L C作为控制单元，充分利用 了 P L C的各 种技术优点实现控制系统和执行系统的硬件隔离 ， 滤波措施 有效 地抑 制 和消 除 了干 扰 ，扩 展 性好 ，具 有串行通信能力，程序可移植性强 ，在不改变硬件 的情况下只改变 软件 的程序就可 以实现不 同的功 能 。因此 ，采用 P L C作为 系统 的控制 单 元 ，可 以缩 短开发周期 ，提高系统的可靠性。该系统中 P L C的 主要功能是 接收 H MI 的指令 ，完成对折弯机各执 行机构的控制；实时采集现场数据和状态信息，并 及时传送给 H MI 。在运作的过程 中，P L C还负责监 控机 械 的状 态 和 限位 开关 状 态 。即 在 P L C的控 制 下 ，步进 电机驱动拨 块左右 运 动 ，从 而 完成 对 插 销 的弯 折测试 。 选用三菱公 司 的 F X 1 S - 1 0 M T作 为系 统 的控制 单 元。三菱 F X 1 S系列 P L C指令集丰富，运算速度快， 可靠性高，系统体积适 中，I ／ O资源丰富，且具有 R S 2 3 2串行通信功能，并且能通过串行通信传输数 据 ，是三菱 P L C家族中体积最小的精典产品。F X 1 S 系列是适应于极小规模控制的、大小只有一张卡那么 大的 P L C 。F X 1 S系列作为小型 P L C，却具有完整的 性 能和通 讯功 能等扩 展性 。所 以 ，F X 1 S系列可 以用 于那 些以前 用小型 P L C无法控制 的广 阔领域 。 3 ． 2 ． 3测试装置 的驱动部分 选用 雷 赛 高 性 能 M5 4 2两 相 步 进 驱 动 器 和 5 7 H S 1 3 两相混合式步进 电机作为驱动系统，通过丝 杠 、滚珠 、直线滑块等传动机构，驱动夹块左右运 动，完成弯折测试 。 M 5 4 2型两相 步进驱 动器 ，具有更低 的电机发热 、 运行噪声和更高 的平 稳性 ，主要驱 动 5 7型两 相混合 式步进电机 。此驱 动 器带有 二 进制 和五进 制多 达 1 5 种细分选择 ，最大步数为 2 5 0 0 0 P ／ r ；其工 作峰值 电 流为 1 ． 0～ 4 ． 2 A，输出电流共有 8档，电流的分辨率 约为 0 ． 4 5 A；具有 自动 半 流 ，过 压和 过流 保护 等功 能。 由于采用 了三态控制技术 ，比市面上大多数低成 本驱动器在 电机噪声和发热方面均有 明显改善 。 步进 电机是一种专 门用 于位 置和速度精确控制 的 特种 电机。步进 电机的最 大特点是 其 “ 数 字性 ” ，对 于微电脑发过来的每一个脉冲信号，步进电机在其驱 动器的推动下运转一个 固定 角度 简称 一步 。如接 收到一 串脉冲 ，步进 电机 将连 续运转 一段相 应距 离 ， 并可通过控制脉 冲频 率 ，直接 对 电机 转速进 行控 制。 5 7 H S 1 3两相混合 式步进 电机具有温升低 、可靠性 高 、 运行平稳 的特点 。 3 ． 2 ． 4 测试装置的夹持部分 由于插头外形及结构不一 ，为保证装夹后插头插 销的位置满足测试要求 ，该装置通过简单、适用的手 动装置在 Y 轴 、z 轴方向实现调节 ，并通过角度盘实 l 4 机床与液压 第 4 0卷 现以Y 轴为中心的旋转角度调节。 3 ． 3 测试装置的软件设计 3 ． 3 ． 1 软件开发环境 该装置的软件开发环境选用三菱公司的 S WO C P ． F X G P WI N C ，该软件是应 用 于三菱 F X系列 P L C的 中文编程软件 ，简称 F X G P 。其主要 特点是 1 支持用梯形图 、指令表和状态转移图这 3种 语言来创建 P L C的程序，可以给编程元件和程序块 加上注释 。 2 程序可以储存 ，并支持打印功能，方便存储 和管理。 3 可通过计算机的串行 口和编程电缆 ，将用户 程序下载到P L C ，即与 P L C进行通信、文件传输并可 实现各种监控和测试功能。 3 ． 3 ． 2 程序设计 该 系统程序设计 流程如 图 5所示 ， P L C与 H MI 通 过 R S 2 3 2进行数据交换。P L C与步进驱动用串 口连 接 ，接收 H M I 发送 的控 制命令 ，进行试 验 的数据 采 集和分析工作，同时把试验数据传送给 H M I 。图6为 程序梯形图。 读取HMI 设置数据 Y 复位拨杆到初始位置 启动运行计时器 L 1 ． 开始弯折 念 ＼ 竺 ／ 停止弯折 I 复位拨杆到初始位置 ， ／ N 图5 P L C程序流程图 图 6 程序 的梯形 图 4应用实例 用该测试装置对澳大利亚、新西兰、日本等国家 的插头插销进行 实际检 测 ，能完全满足检测 标准 的要 求。下面 ，以澳大利亚插头插座 A S ／ N Z S 3 1 1 2 2 0 0 4 A 1 2 0 0 6 标准条款 2 ． 1 3 ． 7 ． 2 插销弯折试 验为例 ，介绍 该装置的使用。 该装 置要实 现 的主 要功 能 1 在 澳 大利 亚／ 新西 兰标准插 头与 13 本 、 台湾标 准插 头检测模 式之