1 行業(yè)介紹

　　本項目加工出的成品用行業(yè)術(shù)語講為等徑彎頭，其所起的作用就是在做90 度轉(zhuǎn)彎時讓管道的口徑發(fā)生變化。與大小頭的作用是一樣的，但是大小頭不能做轉(zhuǎn)向用，價格比異徑的彎頭大約要低一倍左右， 其材質(zhì)有碳鋼， 不銹鋼，合金鋼，PVC,鑄鋼等。最常見的標準有國標GB/ T12459-2005和GB/T13401-2005，其主要產(chǎn)地在河北省滄州市孟村縣一帶。本次項目是針對建支集團生產(chǎn)的彎頭開發(fā)的設(shè)備，建支集團現(xiàn)有設(shè)備大部分為手工攻絲， 手工攻絲生產(chǎn)效率低，錯誤率高，該公司認識到這個問題后，開始進行設(shè)備自動化改造。

　　圖 1 攻絲機

　　2 系統(tǒng)設(shè)計方案

　　2.1 方案背景

　　在建支集團生產(chǎn)的彎頭設(shè)備中大部分為手工攻絲， 手工攻絲生產(chǎn)效率低，錯誤率高，該公司認識到這個問題后， 開始尋找自動化方案替換手工攻絲。后續(xù)了解到我們永宏PLC后，采用永宏P(guān)LC實現(xiàn)系統(tǒng)控制。永宏經(jīng)濟型PLC相對于其它品牌的產(chǎn)品，性價比更高，能很好地滿足客戶。在攻絲機應(yīng)用中，永宏P(guān)LC的應(yīng)用前景很好，客戶采用的是永宏P(guān)LC+永宏C3觸摸屏。

　　表 1 攻絲機系統(tǒng)方案

　　2.2 客戶需求

　　根據(jù)加工需要以及機械設(shè)計，設(shè)備商提出以下要求：

1、手動模式和自動模式，各自獨立工作，在自動模式下由光電檢測有無起始件，一直循環(huán)加工;在手動模式下客戶可單獨控制每一個執(zhí)行器方便調(diào)試以及檢修。

　　2、加工位無料時，主軸不下降。

　　3、停止時正在加工件時，要等待該工件加工完畢后停止。

　　4、急停時，所有部件保持現(xiàn)有位置。

　　5、各項動作之間加有用戶可調(diào)延時。

　　6、 日產(chǎn)量5w個。

　　2.3 解決方案

　　本項目中的攻絲機系統(tǒng)主要用于暖氣管的彎管攻絲加工。根據(jù)工藝要求，該系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)硬件設(shè)計和系統(tǒng)軟件設(shè)計;其中系統(tǒng)硬件設(shè)計包括硬件(產(chǎn)品)配置、機械結(jié)構(gòu)和電氣控制等三部分，系統(tǒng)軟件設(shè)計包括流程控制、I/O配置和程序設(shè)計等三部分。

　　表 2 攻絲機參數(shù)

　　基于上述各項技術(shù)指標，攻絲機方案架構(gòu)如圖2所示;本方案控制系統(tǒng)采用永宏經(jīng)濟型F B S系列PLC控制器，主要完成邏輯運算，控制氣缸、平震等;執(zhí)行器：主軸電機、氣缸、平震等。上位機采用永宏C3 系列HMI操作界面，HMI提供基礎(chǔ)運行顯示、參數(shù)設(shè)置、報警、IO 監(jiān)控等，用戶可隨著工藝流程或手動進行各項操作和參數(shù)設(shè)置。

圖2 攻絲機方案架構(gòu)圖

　　3、 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　3.1 硬件配置

　　攻絲機的硬件系統(tǒng)由永宏FBS-40MAR2-AC PLC控制器、永宏C3070SE 觸摸屏、各類氣缸、以及平震、主軸電機、各類傳感器 、外圍輸入輸出線路(包括按鈕和報警指示燈)等組成。攻絲機的硬件系統(tǒng)清單如表3;攻絲機硬件配置如圖3。

表 3 攻絲機硬件明細表圖 3 攻絲機硬件配置圖

　　3.2 電氣控制

　　攻絲機的電氣控制采用永宏P(guān)LC作為設(shè)備核心控制單元，實現(xiàn)對平震和氣缸等執(zhí)行單元的控制以及傳感器信號的采集判斷之類。圖4為攻絲機PLC接線原理，圖5為PLC 電氣控制柜接線圖。

圖 4 攻絲機 PLC 接線原理

　圖 5 攻絲機 PLC 電氣控制柜接線圖

　　4系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　4.1 工藝流程

　　首先傳感器檢測到起始位置無件，平震開;有件后， 取料、頂絲、翻轉(zhuǎn)等動作。料準備好后，取料夾手取料， 后退再左移到中部，再前推到加工位等待加工。此時檢測是否有料送來，有料主軸電機下降攻絲，攻到位后上升;無料主軸電機不動作。正常加工完畢后進入下一個的加工。如圖6所示。

圖 6 攻絲機工藝流程圖

　　4.2控制流程

　　? 復(fù)位：各部件的回原位動作;

　　? 故障判斷：在設(shè)備運行中，哪些傳感器沒有信號或者哪些執(zhí)行器不正常的判斷;

　　? 模式選擇：分為手動、自動倆檔;自動模式下首先進入料的準備階段，再料準備好后進行料的運輸，運輸?shù)郊庸の缓螅袛嗍欠裼杏行Ъ庸ぜ诩庸の?，如果有?zhí)行料的加工，沒有則返回繼續(xù)執(zhí)行料的準備;正常加工完畢后循環(huán)回料的準備階段，如圖7所示。

　圖7 攻絲機控制流程圖　

　　4.3I/O點配置

　　根據(jù)攻絲機工藝流程和控制流程要求，進行了永宏P(guān)LC程序I/O點配置;永宏P(guān)LC輸入點配置如表4，輸出點配置表如表5。

　　表 4 攻絲機 PLC 輸入點配置表

表 5 攻絲機 PLC 輸出點配置表

　　4.4 現(xiàn)場問題以及PLC功能指令應(yīng)用

　　4.4.1 平震控制器的使用

　　平震控制器的控制：現(xiàn)場采用的是SDVC20-S數(shù)字調(diào)壓振動控制器，控制端需根據(jù)說明書焊線，其原本功能是傳感器驅(qū)動，現(xiàn)客戶要用PLC控制，如圖8所示。

　　解決方法：客戶處沒有說明書，網(wǎng)上找到后，發(fā)現(xiàn)其功能和客戶的要求有點出入。其啟動停止的信號源本來是傳感器，引腳給出了3 個，而由PLC控制是倆個引腳，后根據(jù)NPN傳感器工作原理，將其中一個引腳排除掉了， 將線焊接好后，導(dǎo)通Y點驅(qū)動平震控制器，結(jié)果可行。

圖 8 平震控制器

　　4.4.2 主電機正反轉(zhuǎn)剎車離合系統(tǒng)

　　主電機正反轉(zhuǎn)剎車離合系統(tǒng)之前沒見過，機械機構(gòu)也看不到，外面只引出了4根線，其工作電壓由變壓器經(jīng)過整流橋后提供解決方法： 機械機構(gòu)用盒子罩起來了， 密封膠非常緊弄不開，只能根據(jù)外面的4個線判斷，一根一根試出來。先量了整流橋到離合系統(tǒng)四根線的電壓正負， 找出了四根線的負極， 也就是說正反轉(zhuǎn)和剎車的公共地， 接下來將剩下的三根線依次導(dǎo)通， 判斷出控制正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、剎車的線。

　　4.4.3 PLC程序指令

　　本次程序沒有特殊指令，用到了大量的置位復(fù)位， 寫程序是注意線圈的得失電。且執(zhí)行部件較多，且互有關(guān)系，中間有些動作沒有傳感器用來當(dāng)著啟動條件去啟動下一步，用了很多定時器來延時啟動，故次數(shù)要考慮好定時器的參數(shù)設(shè)置以及復(fù)位時機，如圖9所示。

圖 9 PLC 指令的應(yīng)用

      4.5 HMI界面設(shè)計

　　4.5.1 自動控制畫面

　　首先，畫面顯示總件數(shù)計數(shù)，旁邊附有計數(shù)清零， 用戶一般是一天清一次;畫面還有自動模式下的啟動和停止，以及自動模式的運行狀態(tài)，如圖10所示。

圖 10 主畫面

4.5.2 參數(shù)設(shè)置畫面

　　在參數(shù)設(shè)置畫面中，主要設(shè)置各類延時時間，方便用戶以及設(shè)計者調(diào)試，如圖11所示。

圖 11 參數(shù)設(shè)置

　　4.5.4 手動畫面、監(jiān)控畫面

　　此外還有手動畫面監(jiān)控畫面，完成手動以及監(jiān)控所需，如圖12所示。

　　此外還設(shè)有報警彈窗，當(dāng)報警觸發(fā)時，彈出相應(yīng)窗口提示用戶查找問題。

圖 12 參數(shù)設(shè)置

　　5 結(jié)論(實施結(jié)果)

　　通過調(diào)試，該攻絲機調(diào)試完成，滿足客戶要求，動作連續(xù)，日產(chǎn)量5W個。調(diào)試中出現(xiàn)一些值得注意的問題，首先是主軸電機的離合系統(tǒng)，像這樣沒遇到的或者不清楚其原理的東西之后會遇到很多，一定要耐心去研究，不能急躁，找到方法大膽地去測試。

另外在平震控制器處得到的啟發(fā)，多從原理入手解決問題。在程序設(shè)計時，停止功能與急停功能的設(shè)計，系統(tǒng)起初設(shè)計的急停是所有部件回原位，停止是自動模式下斷電(正在干活也會停止)，后客戶提出問題，則改進為按下停止后，當(dāng)前加工的件加工完畢后再停止，急停為所有動作保存不動，不能再去執(zhí)行回原位，否則會有安全隱患。