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].