李永鑫
摘 要:2015年富奧汽車零部件股份有限公司泵業(yè)分公司為大眾公司配套節(jié)油性能更穩(wěn)定、性價比更高的EA211油泵產(chǎn)品。為了保障產(chǎn)品的性能指標達到大眾主機廠的審核驗收要求,急需自制油泵總成性能試驗臺。經(jīng)過市場調(diào)研及性價比對照,主要部件選用操作簡單、穩(wěn)定性好、在工業(yè)中應(yīng)用廣泛的松下PLC、觸摸屏、伺服控制器及伺服電機,經(jīng)過軟件編輯組態(tài)程序,配盤反復(fù)調(diào)試后,成功完成這臺油泵總成性能試驗臺的自制工作,并取得良好的效果。
關(guān)鍵詞:可編程控制器 觸摸屏 伺服系統(tǒng) 自制試驗臺
中圖分類號:TK407 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)01(a)-0002-03
近年來隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展,在國家“雙創(chuàng)”戰(zhàn)略的指導(dǎo)下,電氣設(shè)備制造行業(yè)迅速復(fù)蘇,擁有強大的電氣自動化技術(shù)對企業(yè)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用,在現(xiàn)代化的企業(yè)中運用自身所學(xué)的理論知識,設(shè)計自制或改造設(shè)備已經(jīng)屢見不鮮。在了解產(chǎn)品基本性能的前提下,怎樣才能投資少見效快,這才是技術(shù)人員要解決的實際問題。近年來,隨著PLC觸摸屏數(shù)字伺服應(yīng)用逐漸成熟,這方面的非標設(shè)備占有率逐年加大,系統(tǒng)的穩(wěn)定性逐年提高,而且價格持續(xù)下降,最終我們選用了松下產(chǎn)品。
1 自制方案設(shè)計
首先要了解EA211 1.4T油泵產(chǎn)品的工作原理,針對產(chǎn)品功能設(shè)計試驗臺動作原理,該次自制試驗臺共完成兩項指標,即檢測油泵軸負載扭矩和油泵的吸油能力。先檢測扭矩,完成后再檢測吸油能力,由于是干式試驗臺,油泵不與機油直接接觸,應(yīng)用真空原理,驅(qū)動油泵達到一定轉(zhuǎn)速,將機油吸到一定高度。
試驗臺動作原理確定后,設(shè)計試驗臺的框架及動作流程,運用觸摸屏作為PLC的上位機,PLC進行外部信息收集并進行內(nèi)部處理,控制氣缸動作及伺服電機運轉(zhuǎn),觸摸屏既能與PLC進行實時數(shù)據(jù)通訊,又能對各種傳感器信號加以顯示,并可以手動設(shè)定產(chǎn)品的試驗工藝參數(shù),經(jīng)過論證后最終確定這是一種有效的電氣設(shè)計方法。
具體工作如下:制造試驗臺框架及油箱,制作伺服電機連接法蘭,將伺服電機與工裝連接好。氣缸閥體固定好,設(shè)計電氣原理圖,硬件配盤,編輯PLC和觸摸屏組態(tài)軟件程序,修改驅(qū)動器的控制參數(shù),設(shè)置RFID卡傳輸數(shù)據(jù),連接好各個電氣部件,配盤反復(fù)調(diào)試程序,最后使動作符合產(chǎn)品工藝要求。
2 主要電氣部件簡介
2.1 松下可編程控制器(PLC)
可編程控制器于1986年在美國首次登場,是用于自動控制的控制器。與當(dāng)時作為控制領(lǐng)域的主流繼電器自控方式相比,具有高可靠性、長壽命、易于編寫和可修改程序等特點。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,可編程控制器更加小型化、高性能化、低價格化?,F(xiàn)在早已經(jīng)應(yīng)用到電氣自動化工控的各個領(lǐng)域??删幊炭刂破鞯墓ぷ髟硎菍碜暂斎朐O(shè)備的信號,按照給定的條件進行處理、運算、判斷,并將結(jié)果輸出到外部設(shè)備。
2.2 松下觸摸屏
工業(yè)用觸摸屏出現(xiàn)在中國企業(yè)大約十幾年時間,盡管時間不長,但發(fā)展很快,尤其是近幾年普及性逐年提高。日本松下觸摸屏又稱為可編程終端,它已經(jīng)成為系列化產(chǎn)品,屏幕尺寸規(guī)格齊全,有單色液晶和彩色液晶的區(qū)別,工作電壓均為直流24 V,觸摸開關(guān)壽命100萬次以上。觸摸屏的通訊方式有RS232C和RS485兩種,GT32配備USB接口,可以和各大公司不同品牌的PLC連接。松下觸摸屏具備獨有的穿越功能,即計算機與觸摸屏用USB口相連,觸摸屏再與PLC用串口相連,安裝在計算機的組態(tài)工具GTWIN和PLC編程軟件FPWIN可以分別與觸摸屏和PLC通訊。
2.3 伺服驅(qū)動與電機
我們選用的是松下MCDKT3520CA1驅(qū)動器,主回路電源200 V系列單相三相供電均可,有控制信號、模擬/數(shù)字信號、脈沖信號輸入輸出功能,通訊功能有USB、RS232、RS4853種形式,控制功能有位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制及全閉環(huán)控制4種方式。與之相配套的是松下MHMD082G1U高慣量伺服電機,功率0.75 kW,最高轉(zhuǎn)速3 000 r/min。具有響應(yīng)速度快、定位時間短、動作平滑振動低、速度穩(wěn)定性好、電機小型化、指令分辨率高等特點。
3 設(shè)計電氣控制系統(tǒng)連接原理框
設(shè)計電氣控制系統(tǒng)連接原理框如圖1。
4 試驗臺的調(diào)試工作
4.1 硬件配盤
設(shè)計電氣原理圖,根據(jù)電氣原理圖進行硬件配盤。各電氣部件按照功能進行合理布局,按照原理圖進行線號打印。布線整齊,易于維修。弱電信號使用屏蔽線,強電線束與弱電線束盡量分開,減少干擾。
4.2 PLC的調(diào)試
PLC的調(diào)試是該次自制試驗臺成功與否的關(guān)鍵一步,松下PLC編程命令豐富,基本命令20條,特殊命令380條,這些命令足以滿足自制試驗臺的需要。該次應(yīng)用使用的特殊指令有數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)寫入、數(shù)據(jù)傳輸、寄存器計數(shù)、模擬量采集計算、數(shù)據(jù)比較等。
現(xiàn)在舉例說明幾步關(guān)鍵工作的處理。
4.2.1 PLC與巴魯夫RFID卡的通信
巴魯夫RFID卡是能夠讀和寫的存儲部件,將RFID讀卡器接上DC24V電源,通過RS232C與PLC相連,用自帶軟件將波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗等數(shù)據(jù)與PLC端設(shè)定一致,否則無法正常與PLC通信。讀卡器固定,當(dāng)RFID卡通過時,讀卡器將數(shù)據(jù)讀到PLC的存儲寄存器(D區(qū)),通過PLC再上傳到觸摸屏,在觸摸屏上顯示年月日和流水號,收到上到序合格信號會自動落下夾緊,開始檢測。完成后將扭矩值和吸油時間及合格信號寫到RFID卡內(nèi),最終上傳到服務(wù)器(見圖2)。
4.2.2 扭矩信號和電機轉(zhuǎn)速信號的處理
(1)扭矩信號處理。
電機、扭矩傳感器及工件安裝在同一高度水平線上,垂直固定擺放,調(diào)整好各部件位置,使空載時扭矩信號趨近于零。正常工作時扭矩傳感器發(fā)出的信號,經(jīng)過放大器轉(zhuǎn)換為標準的4~20 mA的電流,再通過A/D模塊,進入PLC的WX11通道,通過公式計算,將實際處理的結(jié)果實時上傳到觸摸屏。
(2)電機實際轉(zhuǎn)速信號處理。
按照工藝要求,這個試驗設(shè)備需要3種速度,分別是50 r/min、600 r/min、100 r/min,設(shè)備先以50 r的轉(zhuǎn)速進行扭矩檢測,測完扭矩后,速度自動轉(zhuǎn)換到600 r進行吸油性能檢測,兩項試驗均測試完成,以100 r/min轉(zhuǎn)一圈,每次都停在同一位置,為操作人員上下工件提供方便。驅(qū)動器設(shè)定為轉(zhuǎn)速模式,用PLC的開關(guān)量控制驅(qū)動器地址,修改地址內(nèi)的參數(shù)來確定速度,達到開關(guān)量接通信號不同轉(zhuǎn)速不同。驅(qū)動器輸出0~5 V的標準速度信號經(jīng)過A/D模塊,進入PLC WX10通道,再經(jīng)過計算上傳到觸摸屏,進行轉(zhuǎn)速實時顯示。
5 驅(qū)動器的參數(shù)調(diào)整
5.1 松下A5驅(qū)動器參數(shù)設(shè)定說明
P0.01=1 速度模式
P3.00=3 8速度調(diào)速模式
P3.04=0 速度1 零速
P3.05=50 速度2 扭矩轉(zhuǎn)速
P3.06=600 速度3 吸油轉(zhuǎn)速
P3.08=100 速度5 準停轉(zhuǎn)速
4.17=160 1 V輸出對應(yīng)160轉(zhuǎn)速,5 V對應(yīng)800轉(zhuǎn)。
5.2 松下A5驅(qū)動器接口I/O端子說明(X4)
端子號 含義
7 +DC24V
41 -DC24V
29 伺服使能信號輸入
33 速度選擇輸入1
30 速度選擇輸入2
28 速度選擇輸入3
35 伺服準備好輸出
43 模擬量速度輸出+
17 模擬量速度輸出-
6 觸摸屏調(diào)試及說明
觸摸屏作為PLC的上位機,起到控制、設(shè)定、顯示PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)的作用。該次觸摸屏共做6個畫面,分別為掃描畫面、運行畫面、手動畫面、參數(shù)畫面、密碼畫面、上序不合格確認畫面。
掃描畫面功能:讀卡器讀取射頻卡內(nèi)的數(shù)據(jù)并上傳,最終顯示在畫面上方,便于操作人員查看。在該畫面下按設(shè)置鍵直接進入?yún)?shù)設(shè)定畫面,按密碼鍵直接進入密碼設(shè)定畫面,按手動鍵直接進入手動操作畫面。
運行畫面功能:檢測到前序為合格件,畫面會自動切換到該畫面,工裝會自動落下,扭矩傳感器傳動缸會向下動作與工件連接進行試驗。如果試驗合格,夾具會自動松開。如果不合格,夾具不會松開,必須按該畫面的不合格確認鍵,夾具才會松開,阻擋氣缸落下,工件滑出。按返回鍵回到掃描畫面。
手動畫面功能:此功能為手動運行各種動作,比如氣缸的動作、高低速的改變,此功能主要用于手動調(diào)整工裝及維護工作。
參數(shù)設(shè)定畫面功能:設(shè)定扭矩檢測時間、合格扭矩范圍、吸油檢測時間3個參數(shù),如果工藝參數(shù)有調(diào)整,可以直接修改參數(shù),PLC程序不用改動。
密碼設(shè)定畫面功能:這個功能主要是防止其他人員調(diào)整工藝參數(shù),造成不必要損失。只有工藝技術(shù)員輸入正確密碼才能進行修改,保證試驗臺正常使用。
上序不合格確認畫面:讀卡器讀取卡內(nèi)信息時,在PLC中有一個判斷,如果收到上到序不合格信號,立即彈出該畫面,試驗臺不會對此工件檢測,操作人員按畫面上的確認鍵,阻擋氣缸會落下,人員將不合格件直接滑出工作區(qū)。
圖3為掃描畫面和運行畫面。
7 整機調(diào)試時出現(xiàn)的問題
(1)給驅(qū)動器發(fā)出運作指令后,驅(qū)動器顯示ERR-380報警。
驅(qū)動器“380”號報警為電機過載,經(jīng)查找,原因是驅(qū)動器與伺服電機電樞線相序不正確,重新調(diào)相后,再次啟動工作正常。
(2)測試油泵時設(shè)備扭矩過大報警。
原因:機械連接摩擦力過大。
解決:經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)機械設(shè)計時傳動機構(gòu)摩擦力大,加裝平面軸承后,問題解決。
射頻卡與可編程控制器無法通訊。
設(shè)備聯(lián)機后無法上傳前到序測試結(jié)果,本序不知上序檢測是否合格。經(jīng)過反復(fù)查找,原因是兩測通訊參數(shù)設(shè)置不一致,射頻卡測奇偶校驗設(shè)置為無,可編程控制器測設(shè)置為奇,都設(shè)置成一致后通訊正常。
8 結(jié)語
整個工程項目構(gòu)思論證設(shè)計安裝調(diào)試歷時40天,經(jīng)過一年的驗證。穩(wěn)定性能達到了同行業(yè)標準,這個試驗臺的順利完成得到公司領(lǐng)導(dǎo)的大力支持,還使得技術(shù)人員更好地理論聯(lián)系實際,本崗位技能更上一個臺階。在經(jīng)濟效益方面,這個試驗臺節(jié)約外委加工費用45萬元。同時也證實一點,工程技術(shù)人員只要在本崗上發(fā)揮好聰明才智,合理運用電控部件,自制適合產(chǎn)品使用的設(shè)備是可行的,我們有能力為公司創(chuàng)造價值和節(jié)約費用,使得我們自制的設(shè)備為公司在產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量攻關(guān)、“兩改善”等方面發(fā)揮積極作用,通過這個試驗設(shè)備的完成,筆者有信心帶動周邊有關(guān)人員積極參與,爭取為公司上產(chǎn)品、上質(zhì)量、上效益和發(fā)展進步,做出更大的貢獻。
參考文獻
[1] 松下PLC編程手冊[Z].
[2] 松下觸摸屏編程手冊[Z].
[3] 巴魯夫射頻卡使用說明書[Z].
[4] 昆侖通態(tài)軟件使用說明書[Z].