基于PLC和触摸屏的齿轮销压装机控制系统觹.pdf

基于 P L C和触摸屏的齿轮销压装机控制系统 周 国栋 ，张墩利 ，周 国喜 湖 南广播 电视 大学机 电系， 湖南长沙4 1 0 0 0 4 木 的过程控制 ，通过压力传感器实时监控 压力大小。该设备样机运行表明 ，系统完全满足精 度及 关键 词P L C触摸屏齿轮销压装机 中图分类号 T P 2 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 1 O 1 0 0 3 0 0 2 行星齿轮式减速起 动机结构紧凑 、传动比大 、效率高 ． 在汽车发动机 中应用广泛 ，该减速 机在制造过程 中 ，齿 轮 销 的安装是制约 该零件质量和效率 的瓶颈 ．国 内目前此类 设备 主要 采用油压机来 完成齿 轮销 的压装 ，设 备体积 大 、 能耗高 、油污和噪声都很大 ，并且齿 轮销的压人状态无法 实时监控 ，产品合格率低 ，仅为 6 3 ％左 右 ，进 口设备则价 格昂贵 ，而且三个齿轮销要分三次 压入 ，生产效率低 。本 项 目设 计并制作 了一 种新型的压装机床 ，压力单元采用全 气液增 压控制 ，可提 供 5 0 k N的压入 力 ，压人力增 加一倍 ． 能耗只有采用液压系统的 2 0 ％，油污和噪声得到有效降低 。 并且可以一次完成三个齿轮销的安装并实时监控安装压力 。 大大提高 了安装 质量和效率 。该设 备控制系统 主要 由 P L C 和触摸屏组成 ，采用 的压力传 感器单元替代 了进 口的压力 传感器单元 ，成本只有进 口的 l 7 ％。样机运行表 明 。该系 统运行可靠 ．达到设计要求 。 1 控制要求及 系统组成 1 ． 1控制 要求 齿轮销压机机械部分采用全气 液控 制 ．主要部件 有模 架缸垂直移动机构 ，增压缸快进 、增 压 、退 回机构 ，退料 缸机构等 。每个 机构 由预压式气液增 压缸驱动 。其压 装过 程必须让以上三个机构协调动作 ．并且 实验表明必须保证 压装时压 力达到 4 9 k N之间。为 了达到安装过程 的 自动化 和保证压装质量 ．必须满足以下控制要求 1 压装过程 自动完 成 ，并具 有装料 自动检 测功能 ， 以保证操作安全 2 为满足压力传感器和 P L C模拟量输入之 间的电平 匹配．必须设计合适的压力变送 电路 ； 湖南省科技厅项 目 编号 2 0 1 0 G K 3 0 9 5 收稿 日期 2 0 1 0 0 8 1 2 可靠性等方面的要求。 ■ ■■_ 3 能够实时通过触摸屏监控压 头压 力大小 ，并计算 出均值和峰值 4 具有超压力和欠压力报警和保护 功能 ，安全压力 预设 范围可以通过触摸屏调节。 根据齿轮销压装机设备 的特点和控制要求 ，采用 P L C 和触摸屏组成控制系统来到达控制的 目的，实现解决一 次 将 多 个 销 子 压 人 及 对 压 人 销 的 压 人 力 进 行 智 能 监 控 的技 术 问题 ，并提高压装效率 ，保证压装质量。 1 ． 2系统 组成 齿 轮销 压装 机控 制系 统的组 成 。如 图 1所示 ，系统 P L C控制 器 C P U本体用于控 制多路 开关量输入 和输 出，以 协 调控 制三 个执 行机 构动作 ；P L C扩 展 1个模数 转换 模 块 ， 以实 时 监 控 l1个 压 头 压 力 。 图 1 压装机控制系统组成图 工业 自 压装机系统使用触摸屏作为操作和监控的上位机 ，完 成 P L C与操作者之 间的交互 ，负责用户的操作输入 、设备 的参数设定 、压 力的实时监控 。P L C及其扩展的模拟模块 作为控制 的下位机 ．一方面接收来 自传感器采集的现场开 关量和压力模拟量输入信息 ；另一方面通过 R S 2 3 2串口与 触摸屏进行通讯 ，接收触摸屏传来 的中间控制信号 ，发送 控制信号给气液驱动器 ，以驱动执行机构动作 ，完成齿轮 销压装过程 ⋯。 2硬件 配置 2 ． 1 可编 程控 制器 本 系 统 模 拟 输 入 量 3个 ， 开 关量输入 1 6个 ，开关量输 出 l 1 个 。 本 压 装 机 系 统 中 的 P L C除 满 足 一 般 的 I ／ O 点 数 外 ．更 重 要 的是应 有 较高 的模 数转 换功 能 ． 以 实 现 对 压 装 头 压 力 的 监 控 。综合 考虑 到其 可靠 性 、性 价 比 以 及 对 P L C 熟 悉 程 度 等 因 素 ． 选 用 了 L G K7 M D T 3 0 S型 P L C。该 P L C为 2 4 V 直 流 供 电 ， 直 流数字 量输 入 ．晶体 管直 流 电路输 出类 型，具有 1 8个数 字 量输人点 、l 2个数字量输出点 ， 可连 接 2个 扩 展模 块 ，提 供 1 个 R S 2 3 2通 讯 口 ，用 于 P L C与 触 摸屏 系统 的连 接 。为满 足系 电 压 为 0 ～I O V， 因此 需 要 设 计 一 个 压 力 变 送 电路 ， 以匹 配 传感器输 出和 P L C输入 J 。图 2为变送器电路原理。 3软件实现 3 ． 1 P L C控 制程序 L G K 7 M P L C程序 是在 K G L _ WI N F o r Wi n d o w s软件 环境 下编 写 的。该 软件 是 L G公 司推 出 的专 用 于该公 司 P L C产 品 编 程 的 软 件 ] _ 具 ，它 支 持 L G 的全 系列 产 品 ，操 作方便 ．功能强 大，支持多种编程方式 ．为用户开发 、编 辑 和监控应用程序提供了 良好 的编程环境 。 统对模拟量输人的要求 ，增加 了 1 个扩展模 拟量输人模块 G 7 F A D 2 A。该模 块提供 4通道模拟 量输 入 ，转换数位 长 1 2 b i t ，数字 范 围为 0 ～ 4 0 0 0 ．模 拟输 入 量 电压 范 围 为 0 ～ 1 0 V，可满足j个压头压力信号监测 。 2 ． 2触摸屏 为了使压装 系统操作简易方便 ，系统选用 了触摸屏作 为人机界面。操作指令通过 R S 2 3 2协议送人 P L C ，再通过 P L C控 制 软件 对 该 指令 进 行 处 理 ，发 布驱 动 命 令 信号[2 3 。 综合考虑系统的控制要求以及系统的整体结构 、价格 性能等各项 因素 ，采 用了台湾威 纶 f WE I N V I E W1公 司生 产的 M T 5 0 8 T E型触 摸屏 。该触摸 屏是专 门面向 P L C控制 应用而设计的，可与 L G K 7 M系列的 P L C连接，其功能强 大 ，且 P L C与触摸屏之间 2可以直接存取通信 ．并不需要 设计 P L C通信程序 ．使用方便 。 2 ． 3压 力变送 电路 为实时监测压装头压力 大小 ，需选用 合适 的压 力传 感 器 ，本 系统 压力在 9 k N以内 ，因此选用 MO T O R O L A公 司 的 M P X 2 0 1 0 ．该传感 器有效监测 压力范 围为 1 0 k N，但 是 MP X 2 0 1 0输 出电压为 0 ～ 2 5 m V差模信号 ，而 P L C有效输 入 图 2 压力变送电路图 根据齿轮销压机工作流程，控制程序采用模块化设计 ， 其 主要 由模架缸位置控制 ，增 压缸运动控制 ．退 料缸位置 控制 ，现场压力监控等组成 。其基本流程如图 3所示 。 r _ 焉 ． _ _ ■ 可 习 1曩 7_ - 黑 ] 毫 ＼3 1 ＼ 警 【 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 1 ． ， ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． J ． i ． ． ． ． 。 ． ． ． ． i ． ． __ j 图 3 P L C控 制 流 程 下转 第 9 4页 技 术 过 了 E M C电气性 能试验 ，性能 优越 ．精度高 ，T作稳定 性 好 3 结 构简单 ，便 于维护 ，硬件采 JI} j 大 规模集 成 电 路 ，元 件 少 ，故 障 点 少 ， 主要 整 流 元 件 及 逆 变 元 件 采 用 进 口产品，可靠性高 ，使用寿命长 4词 速性 能优 越 ， 以全 数 字 变 频 调 速 为 基 础 ，以 软 起动 P I D为核心 ，使异步电动机调速性能更平滑 。 5 故障 自诊断功 能强 大 ，L C D液 晶显示器 显示 故 障 ，州断一 目了然，大大节约了使_} } j 维护成本 ，硬件 作 状态 } { 1 软件来 峪控 ，软件运行状态可 以通过硬件来反 映 ， 排 除 、处 理 、维 修故 障 方 便怏 捷 6能 量 网馈 ．节 能 明 显 。 可 控 整 流 系 统 Z J T MS C 2 是 一种 利 用 脉 宽调 制 P WM技 术 可 以 将 直 流 电逆 变 同交 流 电网的静态逆变器 ．变频测速将转子馈 的功 率，通过 变 频 器 反馈 同电 网 ， 节约 大量 电能 。 5结 论 1 由于采用变频调速 ，相对于转子 串电阻 速 ，节 电率可达 1 5 ％～ 2 0 ％3 1 ．可节省大量 电费 ，很 好的实现 _『 节能降耗 2 隔爆兼本安型变频 速精度高 ，性能优越 ，起 动 运行平稳 ，调速平滑 ，减少 _r提升机 传动部位 的冲击 ．很 好的延 K J 设备使用寿命。 3 L C D液晶 示屏显示运行参数 ，操作简单 ，维护 方 便 ．大 大节 约 了劳 动 力 ， 4 隔爆兼本质安全型 变频 电控 系统是煤矿斜巷提升 运输系统的装备水 平实现 了质的飞跃 ．具有 良好的防爆性 能 ，很好的实现 丁安全生产 ，减少了机电事故的发生 ，值 得 ， 泛摊 广 、 参考文献 [ 1 ]张玉峰．煤矿绞车电控 系统的 P L C变频 改造设计[ J ]．煤 矿 机械 ，2 00 9，3 0 7 1 3 51 3 8 ． [ 2．】吴忠智．变频 器原理与应 用 [ M] 北京 中国电力 出版社 ， 2 0 0 7 [ 3 ]王建亮．转子变频调速 系统在矿井提升机 中的应 用 [ J ] 煤 矿 安 全 ，2 0 0 9，4 0 65 7 5 9 ． 第～作者简 介 杜 彦刚 ，男 ．1 9 8 2年生 ，甘肃 天水人 ，大 学 专 科 ，助理 1 一 程师 。研究领域 机电设备。 f 编 辑 王 智 圣1 ， I P ． 1’ l I P ． I P , I P ． l ’ ， ， ll ， l ， I P , ，I P ． ， 1 ， I P ． ，， ，I D“ l， l’ ’ l i b ， I P ． 1 ， l I P , ， ’ 上接 第 3 】页 3 ． 2触摸屏 画面规 划 触 摸 屏 I 面 设 汁足 在 E a s y B u i h t e r 5 0 0组 态 软 件 环 境 下 完 成 的 ．进 入 该 环 境 ，可 以设 置 系统 参 数 ．创 建 窗 口及 添 加 各类 元 件 等 根据水压装系统 的] 二 作要求 及特点 ，触摸屏厕面主要 包括开机画面 、T作 显示 画面 、调 整画面和 没置 商面等 其 中显 示画面用 来 示文 时压力 大小 、各 位置 传感器 状 态 ， 以及 启 动 、急 停 和 复位 按 钮 ；调 整 画 面用 来 对 个 液 压 ～ 作 缸 进 行 独 立控 制 ， 以用 于 系 统 调试 ；设 置 画 面用 来 设 置安 全 压 力 范 围 ．当压 装 不 同 齿 轮 销 时 ．可 以设 置不 同 安全 力范固 ，当超范嗣压力和压力 不够时，系统 会 止 砰报警， 、各个 面的切换可以通过一个主菜单来实现 。 3 ． 3 P L C和 触摸屏 的通讯 和连接 P L C和 触 摸 屏 的 通 讯 问题 是 一 个 很 容 易 解决 的 问 题 L G K7 M P L C 与 MT 5 O 0系列 触 摸 屏 采 取 串行 通 信 的方 式 ， 双方要正常地通讯不需要对 串口设置相 同的数据位 、起始 位 、结束位 、波特率和奇偶校验。触摸屏通 参数设置为 P ￡ C类 型 选 择 L G K7 M／ DT 3 0 S．通 讯 I3 ． 类 型 选 择 R S 2 3 2， 站号 为 2 ，传输 速率 9 6 0 0 b i t ／ s或 1 9 2 0 0 b i t／ s ，8个数据 位 ，J个停止位 、偶校验P L C端参数设置和触摸屏一致 MT 5 0 0系 列 触 摸 屏 与 L G K7 M 之 间 进 行 的 是 RS 2 3 2 串行 通信 ，二 者 接线 如 图 4所 示 完成硬件接线后 ，将 P L C和触摸屏的通讯参数随程序 分 别 下载 到 各 一的硬 件 巾 ，即 可 实现 二 者 之 间 的通 汛 。 4结语 该设备经制造安装调试 、生产现场 作的检 测．存 触摸屏 9 针 D型母头 P LC 9针 D型公头 图 4 P L C和 触 摸 屏连 接 罔 人销 的 同 时并 能对 销 的 最 大 压 人 力 进 行 监 控 。产 品 成 品 率 和 安 装效 率 大 大 提 高 ，达 到 了预 期 的设 计 效 果 由 于 P L C 和触摸屏 的联合应用 ，简化了现场操作 。提 高了控制程 序 和 人机 界 面 的灵 活性 。 参考文献 f 1 ]薛迎成P I C与触摸屏控制技术 [ M]．北京 中国电力出版 社 ． 2 0 08 ． f 2 ]王树 东，唐伟强．基 于触摸屏和 P L C的行车控制 系统设计与 应用 [ J ]．电气自动化，2 0 0 7 4 7 1 7 3 ． 『 3 ]深圳 市伟纶通科技 有限公 司．E a s y B u i h t e r 5 0 0使 用手 册 [ Z ]． 2 0 0 6 ． [ 4]王熠东．传感器应用电路 4 0 0侈 I [ M]．北京 中国电力出版 社 ． 2 0 08 ． 第一作者简介周围栋 ，男 ，1 9 7 9年生，湖南长沙人 ，硕士 ，讲 师研究领域 机电 ⋯体化技 术 、汁算 机控 制技术 已发表沦文 4篇 f 编 辑 向 飞