基于PLC的伺服控制系統(tǒng)在密封墊圈繞制系統(tǒng)中的應(yīng)用

國際金屬加工網(wǎng)

摘要：介紹了基于PLC控制的伺服電機系統(tǒng)在密封墊圈繞制中的應(yīng)用荣暮，闡述了密封墊圈繞制系統(tǒng)中PLC控制的設(shè)計进副，討論了系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計，包括電氣線路設(shè)計署氏、軟件編程設(shè)計惕秧、文本通訊、PLC控制伺服電機定位和電焊機工作的設(shè)計嫉卵。
0 前言
　　PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)的炫、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置移卢，目的是用來取代繼電器蜕裳、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能呈锣，建立柔性的程控系統(tǒng)锤衡。PLC具有通用性強、維護方便秒准、可靠性高试郎、抗干擾能力強、編程簡單等特點供役，已在工業(yè)自動化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用泻帮。特別是在電機控制上，PLC集成了專用的控制指令集计寇，這可大大縮短編程者對程序的開發(fā)時間锣杂，提高調(diào)試的效率。
　　位置伺服系統(tǒng)番宁，一般是以足夠的位置控制精度（定位精度）元莫、位置跟蹤精度（位置跟蹤誤差）和足夠快的跟蹤速度作為它的主要控制目標。系統(tǒng)運行時要求能以一定的精度隨時跟蹤指令的變化蝶押，因而系統(tǒng)中伺服電動機的運行速度常常是不斷變化的踱蠢。故伺服系統(tǒng)在跟蹤性能方面的要求一般要比普通調(diào)速系統(tǒng)高且嚴格得多，并且不會出現(xiàn)象步進電機在高速狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)運動時出現(xiàn)“脫步”等現(xiàn)象棋电，其在位置控制方面具有相當高的精度而且在高速旋轉(zhuǎn)運動時具有與低速運動狀態(tài)下相同的轉(zhuǎn)矩茎截，即可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩運行。伺服電機的以上一些特性可以很好地滿足本系統(tǒng)的設(shè)計需要离陶。
　　密封墊圈在石油管道稼虎、液氣壓系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的用途，是一種密封性極其優(yōu)良的產(chǎn)品招刨。主要原材料包括鋼帶和石墨等敬挂，因為其良好的密封性，所以在全球的需求量非常龐大匣酸，企業(yè)為提高其生產(chǎn)效率永韭，要求采用自動生產(chǎn)設(shè)備。
　　該生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)大都采用的是手工操作的方式卡撤，在生產(chǎn)過程中徊押，時刻需要人工干預(yù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，通過測量來確定產(chǎn)品是否符合工藝要求企亮。比如呢旋，時刻需要用游標卡尺來測量產(chǎn)品的外徑來保證產(chǎn)品的質(zhì)量;整個焊接過程完全由人工操作，自動化程度低讶里，產(chǎn)品的生產(chǎn)效率低下奸先，已無法滿足日益增強的競爭需要剑督，所以提高效率迫在眉睫。
1 系統(tǒng)組成
　　根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求和對實際系統(tǒng)的測量币芽，預(yù)估電機帶動模芯運行所需的力矩和運行速度菠食，綜合不同規(guī)格下的各種要求，選取了PLC作為控制系統(tǒng)西设，驅(qū)動伺服電機和焊機瓣铣，采用文本顯示器設(shè)置相應(yīng)參數(shù)。
　　1.1 硬件部分
　　本系統(tǒng)電氣硬件控制電路的設(shè)計贷揽，主要包括保護電路棠笑、電源變換電路、伺服電機驅(qū)動部分電路擒滑、伺服電機供電電路和控制電路腐晾。對于伺服電機的控制采用PLC作為主控制器叉弦，主要控制線有4根：伺服使能信號線丐一、指令脈沖輸出信號線、伺服電機旋轉(zhuǎn)方向控制線和伺服電機故障信號輸出線淹冰。前3根信號線的引出主要是對伺服電機的位置運動進行控制库车，通過相應(yīng)設(shè)置和程序設(shè)計來達到要求的精度。故障輸出信號線主要是對電機的不正常運行進行保護樱拴，比如電機的過流柠衍、過壓運行等。通過適當?shù)某绦騺韺收闲盘栠M行處理晶乔，保證伺服系統(tǒng)運行的安全性和可靠性枪岖。除此之外，還安裝了急停按鈕對特別緊急事件進行處理奖肋，以保證系統(tǒng)的安全性仑连。
　　電氣主電路主要由空氣開關(guān)、熔斷器（保險絲）遣拔、電源指示燈瀑尔、接觸器、電源開關(guān)按鈕嘶刚、急停開關(guān)按鈕等組成元糯。功能是保證220V電源供電的安全性與可靠性，同時紧碴，熔斷器等可以對后續(xù)電路過流等情況起到一定的保護作用旷程。220V交流電源電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成24V直流電源電壓驅(qū)動電磁閥工作，控制氣缸的動作與釋放拔较。PLC開關(guān)量輸人中有2個光電開關(guān)量的輸入起衫，主要為鋼帶和石墨缺料時的信號輸入林索，通過PLC程序來控制伺服電機和各機械部件在上述狀態(tài)時的運動。
　　1.2 軟件部分
　　軟件設(shè)計主要對輸入的開關(guān)量等信息進行分析洪灯、處理坎缭、綜合后輸出控制信號來對伺服電機和執(zhí)行部件（主要為焊機）進行可靠的運動控制。滿足系統(tǒng)控制精度的要求签钩。
　　在實際生產(chǎn)過程中掏呼，由于石墨帶的剛度不夠，在繞制過程中容易發(fā)生斷裂等問題铅檩。因此在實際程序設(shè)計中要求伺服電機在啟動和制動過程均要有加減速時間以防止電機產(chǎn)生速度突變憎夷，造成石墨帶的斷裂和危及操作人員的安全。根據(jù)系統(tǒng)要求昧旨，將系統(tǒng)運行狀態(tài)中的某些參數(shù)通過通信模塊顯示于文本屏上拾给，達到實時監(jiān)控的目的。其中參數(shù)主要為產(chǎn)品工藝的要求參數(shù)兔沃，比如焊點數(shù)蒋得、材料繞制的圈數(shù)等參數(shù)的實時顯示。文本顯示器除了顯示功能外乒疏，還集成了參數(shù)設(shè)置的功能额衙，主要是對生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格型號的選擇和繞制圈數(shù)的設(shè)定。通過規(guī)格型號的選擇來確定焊機動作與釋放時間的分配和伺服電機轉(zhuǎn)速的設(shè)定善薪，使兩者達到合理的配合氛拜，最大限度地提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。通過對產(chǎn)品繞制圈數(shù)的設(shè)定可以實時控制產(chǎn)品的合格率并可以隨時按生產(chǎn)要求來選擇生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)格由瞒。打破了手工操作下子钾，能生產(chǎn)的產(chǎn)品比較單一的缺點（規(guī)格少），提高了設(shè)備的利用效率个懒。
2 系統(tǒng)問題及解決方案
　　2.1 伺服電機定位問題
　　本次系統(tǒng)設(shè)計中主要存在的問題是模芯的精確定位团弧。當一個產(chǎn)品制作完成后，怎樣才能使模芯在高速回歸原點時與壓輪壓下的位置的偏差不超過1mm酌非∥感ぃ考慮到伺服電機的高精度定位功能，設(shè)計中采用了記錄全程脈沖數(shù)的方法叭静。這種方法充分利用了伺服電機的高精度定位功能徊激，實現(xiàn)高效率的精確定位。在整個系統(tǒng)設(shè)計中给庶，將PLC的Y0口作為伺服電機脈沖的輸出端贿汞，因此利用PLC指令集中的特殊功能存儲器D8140，D8141來記錄PLC發(fā)給伺服電機的脈沖數(shù)并將其累加耸黑。通過運算求出不到一圈的脈沖數(shù)桃煎，再用一圈的脈沖數(shù)減掉上面的運算結(jié)果篮幢。將此結(jié)果的脈沖數(shù)再通過PLC的Y0口發(fā)給伺服電機來控制其回歸原點。如果僅用以上方法即使回歸了原點但其仍無法滿足1mm的精度要求为迈，需要對伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置中的21號參數(shù)（零偏差幅度）進行相應(yīng)計算設(shè)定三椿。因為伺服驅(qū)動器出產(chǎn)時21號參數(shù)一般是400脈沖，當要求定位的精度很高時葫辐，這個默認的參數(shù)是不適合的搜锰。可以通過式（1）進行計算來確定需要的參數(shù)值耿战。
　　（1）
　　其中：132072為電機旋轉(zhuǎn)一周所需的脈沖數(shù)蛋叼，為固定值，單位為脈沖/周;S為每轉(zhuǎn)一周的移動量剂陡，單位為m;J為系統(tǒng)所要求的精度狈涮，單位為m;P為零偏差幅度，單位為脈沖鸭栖。
　　對于本系統(tǒng)楣苇，模芯采用最小尺寸，S=0.580 9m气穴，J=0.001m跑腮，可求得P=226脈沖;（實際電機旋轉(zhuǎn)一周需要的脈沖可以通過調(diào)節(jié)驅(qū)動器的電子齒輪比參數(shù)得到）考慮到系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速比接近1：10晌箍，所以P可以取20脈沖肉敏。綜合考慮各種規(guī)格之后可以取最小值P=1脈沖。
　　在軟件設(shè)計中還應(yīng)要使用特殊輔助繼電器M8145剿恬，其功能是停止Y0口的脈沖發(fā)送（立即停止）索击。采用程序驅(qū)動M8145可以防止伺服電機在發(fā)送脈沖時的過脈沖現(xiàn)象，提高定位的精度铡暂。
　　2.2 焊機的時間控制問題
　　對焊機的開始放電時間的精確控制直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量邢侵。對于密封墊圈其要求在第一輪啟動焊接的時候能夠達到在電機帶動模芯旋轉(zhuǎn)一圈的過程中，按順序先5—l0mm焊接3個點倡油，然后再以40—50mm的距離焊接剩下的點版鳞。在這個過程中要保持電機有一定的轉(zhuǎn)速，大概20r/min栓栋，還要保持焊點的均勻程腹、美觀和一定的強度。在設(shè)計中將電焊機的時間控制模式改為“1”（外部時間控制）儒拂，又鑒于PLC的掃描方式不同于一般的單片機芯片寸潦，所以要考慮程序的掃描周期。在以上轉(zhuǎn)速下利用公式（2）算得可以啟動電焊機工作的時間：
　　S=V×T （2）
　　式中：S為焊接距離;V為電機運動速度;T為電焊機可以工作的時間范圍社痛。
　　算得時間T见转，加上掃描時間就是焊機要動作的時間范圍命雀，對其進行啟動和釋放時間合理分配。該系統(tǒng)中電焊機啟動時需要l0ms的高電平維持時間（實際設(shè)定）斩箫，才能進入穩(wěn)定的放電狀態(tài)吏砂，而且焊機的響應(yīng)時間存在不穩(wěn)定性，所以設(shè)定電焊機啟動時高電平維持時間為20ms乘客，電焊機可以很好地進行工作赊抖，達到控制的需要，保證焊點的質(zhì)量寨典。
3 結(jié)論
　　經(jīng)過現(xiàn)場安裝與調(diào)試氛雪，本系統(tǒng)其性能比傳統(tǒng)的手工操作系統(tǒng)優(yōu)良。而且體積小耸成，結(jié)構(gòu)也簡單灶昏，為日后的維護和功能擴展奠定了良好的基礎(chǔ)，精度能夠達到要求台泥，大大提高了效率言雀，操作也更加簡單方便。對操作人員來說必胜，也更加安全可靠刚哼。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享誓梦，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責丹残，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布夯饲、編輯整理上傳搬体，對此類作品本站僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負責撑雨。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻垮川、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題戴卜，請第一時間告知逾条，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權(quán)并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容，以保證您的權(quán)益投剥！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn师脂。

運動軟件面具游標卡尺鋼帶電動機

舉報此信息