摘要 ：本文介紹了HOLLiAS® LM系列PLC在軸承加脂加蓋機中應用，通過標準MODBUS協(xié)議進行上、下位機通訊，實現(xiàn)了一體化控制。采用操作數(shù)循環(huán)移位指令編程技術，可任意選擇各工位開或關，實現(xiàn)了對不合格產(chǎn)品自動檢測和篩選功能，完成高速流水線下的軸承加脂加蓋工序。 關鍵詞 PLC；循環(huán)移位；軸承加脂加蓋機 1 引言 軸承加脂加蓋機器是軸承加工行業(yè)的主要設備，集機、電、氣等技術于一體，主要用于單面蓋、雙面蓋、鐵蓋或橡膠蓋的成型加工。軸承加脂加蓋生產(chǎn)流水線機械結構復雜，工位比較多，實際生產(chǎn)中要求工位可靈活選擇設定，并能及時檢測生產(chǎn)中的故障進行停機排查。傳統(tǒng)的軸承加脂加蓋機器控制系統(tǒng)通常采用繼電器接觸器控制，但由于繼電器系統(tǒng)線路復雜、故障率高、維修工作量大，導致系統(tǒng)控制精度低、控制靈活性差、操作不直觀，故很少能實現(xiàn)單雙面可選，加脂加蓋在一條生產(chǎn)線上同時進行。為此，本文采用可靠性高、靈活性好的PLC作為系統(tǒng)的主控元件，并采用觸摸屏對系統(tǒng)進行參數(shù)設置和故障監(jiān)控，提高系統(tǒng)的自動化程度。 2 雙面軸承加脂加蓋機介紹 2.1設備組成 [align=center] 圖1軸承加脂加蓋設備實物圖[/align] 如圖1所示，軸承加脂加蓋設備實物圖。多工位雙面軸承加脂加蓋設備，主要由機械系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。 機械系統(tǒng)主要有上料裝置、工位送料裝置、注脂、脂檢、加蓋、壓蓋、蓋檢、旋轉翻身裝置和均脂裝置等組成。上料裝置采用圓盤供料和PU帶傳送上料。工位送料采用夾持式送料方式，避免了軸承的磕碰傷。注脂采用非接觸式注脂定位技術，保證了在注入油脂時注脂頭不接觸保持架。采用工業(yè)視覺系統(tǒng)進行油脂透光檢查，可檢查出保持架不良品。加蓋采用串料桿上料方式，可適應鐵蓋或塑蓋。壓蓋采用氣液增壓缸壓蓋，通過可設定上、下限的線性電位器進行蓋平面高度檢查。翻身采用步進驅動定位技術，保證每次完成180度工件旋轉。勻脂采用時間長短可調的旋轉均脂方式。 氣動控制系統(tǒng)采用自適應式氣液增壓技術，在壓頭和防塵蓋接觸后加力實現(xiàn)無沖擊靜力壓蓋，壓蓋力連續(xù)可調。 電氣控制系統(tǒng)采用和利時公司PLC控制器和觸摸屏人機界面，可進行各種故障自動識別，自動聲光報警，自動停機保護。 2.2工位選擇工藝原理 完整的雙面軸承加脂加蓋生產(chǎn)流水線依次要進行送料、加脂、脂檢、空操作、A面加蓋、空操作、A面蓋檢、A面壓蓋、翻身、空操作、B面加蓋、空操作、B面蓋檢、B面壓蓋、刪除和均脂等16個工位動作，其工序過程如圖2所示。只有前一個動作檢測執(zhí)行成功，后面才能執(zhí)行，如果前面動作執(zhí)行不成功，則對應此產(chǎn)品的后面工位均不執(zhí)行，并且執(zhí)行不成功的這個不良產(chǎn)品將一直移到刪除工位進行刪除。例如：產(chǎn)品脂檢不合格，則后面工位均不動作，移至刪除位刪除不良品。 [align=center] 圖2 工序流程圖[/align] 各工位開或關選擇有兩種模式： （1）觸摸屏內手動選擇 各工位開或關可在觸摸屏內修改。比如，在觸摸屏內設定‘是否需要加脂’這個條件，設定為加脂則執(zhí)行加脂程序，設定不加脂則加脂程序不執(zhí)行，依次類推，直至均脂。 （2）自動循環(huán)過程自動選擇 自動循環(huán)過程各工位除了要根據(jù)觸摸屏內設定的工位選擇條件執(zhí)行外，還要依賴脂檢、蓋檢的結果自動選擇后續(xù)工位是否執(zhí)行。譬如，如果某產(chǎn)品做A面蓋檢后發(fā)現(xiàn)不合格，則此不良品移至后續(xù)的工位時，動作都不執(zhí)行，在刪除工位進行不良品刪除。 3 監(jiān)控系統(tǒng)方案設計 3．1 PLC介紹 3.1.1 PLC工作原理 PLC工作方式又掃描方式和中斷方式，所謂掃描方式是周而復始的執(zhí)行一系列任務。任務循環(huán)執(zhí)行一次稱為一個掃描周期，其掃描的工作過程如下： （1）讀輸入：將物理輸入點上的狀態(tài)復制到輸入過程映像寄存器中。 （2）執(zhí)行邏輯控制程序：執(zhí)行程序指令并將數(shù)據(jù)存儲在變量存儲區(qū)中。 （3）處理通訊請求：即執(zhí)行通訊任務。 （4）執(zhí)行CPU自診斷：檢測固件、程序存儲器和擴展模塊是否工作正常。 （5）寫輸出：在輸出過程映像寄存器中存儲的數(shù)據(jù)被復制到物理輸出點。 中斷方式是指當中斷事件發(fā)生時則立即執(zhí)行一次相應的中斷服務程序，不受掃描周期的影響，響應速度快，從而進一步提高了PLC控制的可靠性。中斷事件不發(fā)生時，不掃描中斷服務程序，這樣可以節(jié)約掃描時間，減少掃描周期。 3.1.2 PLC特點 （1）PLC邏輯判斷和控制能力強，抗干擾能力強，可靠性好。PLC從硬件上采用隔離、濾波措施有效地抑制和消除了干擾。 （2）擴展性和柔性好，且可移植性好，在不改變硬件的情況下，只改變軟件的程序就可以實現(xiàn)不同的功能。 （3）編程語言豐富，可以采用不同語言編寫程序，HOLLiAS® LM系列PLC支持6種編程語言，包括：梯形圖（LD）、指令表（IL）、結構化文本（ST）、功能塊圖（FBD）、順序功能圖（SFC）和連續(xù)功能圖（SFC）。給編寫程序帶來很大方便。 3．2 監(jiān)控系統(tǒng)方案 16工位雙面軸承加脂加蓋機器的電氣控制系統(tǒng)是整機系統(tǒng)的一個重要組成部分，其中各工位的開或關選擇是保證控制系統(tǒng)整體性能的關鍵所在。根據(jù)各工位的具體控制要求，本文采用可編程控制器和觸摸屏相結合的控制方案。其中PLC完成對各工位接近開關、傳感器信號的采集和邏輯運算，實現(xiàn)對各電磁閥、步進電機等輸出裝置的動作控制；觸摸屏實現(xiàn)各種參數(shù)的設置、顯示以及故障報警。 3．3 控制系統(tǒng)硬件設計 [align=center] 圖3 控制系統(tǒng)結構[/align] 分析設備工藝要求，系統(tǒng)需要36路數(shù)字量輸入，25路數(shù)字量輸出和2路模擬量輸入，同時需要一點高速脈沖輸出實現(xiàn)步進電機運動控制。系統(tǒng)選用和利時公司的LM 系列可編程控制器LM3106A、LM3210、LM3212、LM3221和LM3310實現(xiàn)控制。 控制系統(tǒng)結構如圖3所示。 LM3106A本體集成14通道24VDC輸入， 10通道晶體管輸出，可連接4個擴展模塊。具有2點100KHz高速脈沖輸出，一個RS-232串行通訊接口，支持Modbus RTU從站協(xié)議，可與和利時觸摸屏進行串口通訊。 LM3210是8通道數(shù)字量輸入擴展模塊，LM3212是16通道數(shù)字量輸入擴展模塊，M端為模塊各自的外接DI公共端，可接24VDC傳感器電源的正端或負端，以適應源型\漏型的DI。 LM3221是16通道晶體管輸出擴展模塊，輸出額定負載電壓為24VDC。 LM3310是4通道的模擬量輸入擴展模塊，4個通道可獨立配置為0-10V標準電壓信號輸入或者0-20mA、4-20mA可選標準電流信號輸入。 觸摸屏選用和利時公司5.7″彩色顯示屏。 4 程序設計 4.1 主站程序設計 觸摸屏主要實現(xiàn)人機交互，對軸承加脂加蓋機器進行工位開或關選擇，負責系統(tǒng)的在線監(jiān)視、控制、調試、維護。完成數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析和操作保護三類功能，可分為以下幾個方面： （1）參數(shù)設定、實時數(shù)據(jù)的收集處理和顯示及命令控制界面，如圖4所示。 （2）為保證監(jiān)控系統(tǒng)的安全性，對于某些特殊的控制參數(shù)設有多級密碼保護功能，以確保控制參數(shù)及系統(tǒng)的安全性。 （3）實現(xiàn)系統(tǒng)手、自動控制，即達到系統(tǒng)的自動控制，又便于設備的調試與維護。 （4）具有報警和故障顯示功能，對系統(tǒng)達到預警提示及安全控制的功能。如圖4-圖7。 4.2 PLC程序設計 4.2.1 PLC應用程序 根據(jù)多工位雙面軸承加脂加蓋機工作過程對控制系統(tǒng)提出的要求，整個PLC應用程序分公共程序、手動模式程序、自動模式程序、工位控制程序和報警程序。 （1）公共程序主要對系統(tǒng)工作參數(shù)進行設定，實現(xiàn)良品和不良品的計數(shù)統(tǒng)計。 （2）手動模式程序可單獨進行各工位的開或關選擇設定，并可以單獨對各工位進行動作測試，全部為點動。在自動模式運行前，需要先在手動模式下進行設備初始化操作。 （3）在自動循環(huán)模式下，按啟動按鈕，每次檢測到有送料信號時，產(chǎn)品在流水線上的每個工位進行移位傳遞，完成要求的工位動作和檢測，如此循環(huán)。 （4）工位控制程序是整個系統(tǒng)的核心，根據(jù)觸摸屏上工位開或關的設定和自動過程中脂檢和蓋檢的結果，控制各工位16位操作數(shù)相應位置1或0，執(zhí)行循環(huán)移位，以實現(xiàn)對各工位動作的控制。 （5）報警程序進行包括設備運行不到位超時、產(chǎn)品在流水線積壓、缺料等各種故障自動識別，自動聲光報警，觸摸屏顯示，必要時進行自動停機保護。 4.2.2 工位選擇控制編程思路 此生產(chǎn)線一共有16個工位，可以對應定義16個16位的word型掉電保持區(qū)操作數(shù)%MW300-%MW330，分別對應各工位的控制位：1號%MX300.0,2號%MX302.1,3號%MX304.2，4號%MX305.3……15號%MX329.6,16號%MX331.7。1號送料工位裝有光電傳感器，通過該傳感器對16個操作數(shù)進行移位控制，每次1號工位檢測到新送過來一個產(chǎn)品，做一次移位，把工件位置確定下來。在需要檢測工作的位置也就是3、7和13號位置裝有檢測傳感器，產(chǎn)品檢測到不合格時，將各操作數(shù)對應此檢測位置的控制位置0，那么當移位到各工位控制位時，就不執(zhí)行工位操作。 例如：0000，0000，0000，0001表示第一個產(chǎn)品剛進來，當這個產(chǎn)品走到工位4，操作數(shù)是0000，0000，0000，1111，此時若脂檢工位（工位3）有不合格檢測信號則將各操作數(shù)的第3控制位%MXm.2均置0，操作數(shù)是0000，0000，0000，1011，下一個新產(chǎn)品送到移位后操作數(shù)是0000，0000，0001，0111，此時%MXm.3位（4號工位控制位）是0，則4號工位不執(zhí)行工位動作。依次類推，直至此不合格產(chǎn)品最終在刪除工位進行刪除。 5 結語 將PLC和觸摸屏應用于16工位雙面軸承加脂加蓋機控制系統(tǒng)，可集中處理工藝要求的復雜邏輯，能實現(xiàn)加脂加蓋可選、單雙面可選、工位可選以及設備運行中故障報警及時停機，控制靈活，極大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和控制精度，從而使軸承成品的質量也隨之提高。系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中，得到了較好的驗證，有較好的市場前景 參考文獻 [1] PLC在球面軸承外滾道超精機中的應用》，黃現(xiàn)蓮 王福平，中國機械傳動。 [2]《HOLLiAS LM系列小型一體化PLC硬件手冊》，北京和利時自動化驅動技術有限公司，2008 [3]《HOLLiAS LM系列PLC軟件手冊》，杭州和利時自動化有限公司，2008 [4]《HOLLiAS LM系列小型一體化PLC指令手冊》，杭州和利時自動化有限公司，2008