plc在自動化設備中的應用

1、<p>　　論文題目：PLC在自動化設備中的應用</p><p>　　摘要：本文著重介紹了PLC在自動化設備中的改造應用和電氣安全聯(lián)鎖的控制及主軸電機使用變頻器的效果。結果表明，采用PLC控制減少了故障，增強了安全性，提高了自動化功能。主軸電機增加變頻調速后，不僅實現了電機的軟啟動，也降低了維修費用。同時根據管件的大小來調節(jié)切斷坡口速度，這樣就提高了生產效率。</p><p>　

2、　關鍵詞：PLC電氣控制；變頻器調速； 電氣聯(lián)鎖。</p><p>　　PLC 在自動化設備中的改造應用</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p><b>　　1.1 前言</b></p><p>　　目前，國內自動化設備建設正處于高峰期，舉世矚目的西氣東輸工程建設、石油化

3、工的快速發(fā)展、人工智能、電力電子等。自動化設備，它能代替人工實現對產品快速高效的加工，是工廠必不可少的配套設備。自動化設備能適應野外作業(yè)，能在環(huán)境惡劣的情況下工作，老設備一直在沿用繼電器聯(lián)鎖的控制方式，布線復雜，可靠性差，故障查找困難，維修不便。由于這種設備電氣故障居高不下，功能單一，直接影響到設備的生產效率。同時復雜的電氣電路也給增設安全保護裝置帶來不便。本文就對切斷坡口機如何提高工作效率、設備穩(wěn)定性和設備安全性加以討論。</p

4、><p>　　1.2 電氣系統(tǒng)的改造設計思路</p><p>　　近年來，PLC 應用技術發(fā)展迅速，在工業(yè)控制的眾多領域都得到廣泛的應用；特別是在機床電氣控制系統(tǒng)中大量運用。為此我們用PLC 對現有的機床進行改造并取得了良好的效果。此舉措不僅可以大大的簡化線路，而且在電氣系統(tǒng)運行可靠性上也有了顯著提高。同時增加了主軸電機變頻調速，提高了產品的加工范圍和加工速度，降低了故障率也使維修人員維修方便

5、，提高了工作效率。</p><p>　　主機采用變頻器后提高了生產效率，因為變頻器可以實現段速和軟起動，而且段速是可以設置到自己想要的速度，比以前的雙速電機控制范圍更廣。所以我們采用了變頻器兩段速調節(jié)，低速起動時很慢這樣可以方便人看到刀與管子的距離是否合適以防發(fā)生意外，同時也可以降低電機起動電流。原來的雙速電機低速起動時速度還是比較快的不方便操作，速度也不可調，而用變頻器來控制主軸電機可以實現平滑調速把速，這樣提

6、高了產品的品種同時提高了生產效率。（原設備電氣原理圖見附錄圖1－3 , 1－4 , 3－6 ) </p><p>　　1.3 工藝流程圖（見下圖1－l , 1－2 ) </p><p>　　2 設備工藝特點及控制要求</p><p>　　2.1 設備工藝特點</p><p>　　圖1 為自動化生產線工藝流程簡圖，其主要包括上料機構、進料輸送輥

7、道、出料輸送輥道、下料機構五個大部分。當料架上的鋼管被擋料機構推到上料機構翻臂時，翻臂下降讓管子落到輸送輥道上開始輸送，輸送到主機時輥道上升到與主機高度平齊刀盤開始夾緊，夾緊后起動刀盤當刀盤運轉到高速時自動打開冷卻水泵開始切割坡口，切割坡口完成開始出料輸送，送到料架處時打開下料機構翻臂把管子翻到料架上，完成加工。</p><p>　　圖1－1 生產線工藝流程圖</p><p>　　第二章

8、元器件選型與PLC 梯胎圖設計</p><p>　　2.1 主控電氣元件</p><p>　　斷路器、交流接觸器、中間繼電器等還是用以前的型號，控制變壓器有以前的10OVA 更換為25OVA 。</p><p><b>　　2.2 變頻器選型</b></p><p>　　選用變頻器時我們主要考慮到經濟實用，按照負載大小匹

9、配，因為我公司很多設備都是使用三菱變頻器，為了以后維修方便我們就選擇了三菱通用型FR－D700 型5.5 KW 變頻器。</p><p>　　2.3 PLC 的選型及特點</p><p>　　2.3.1 PLC 基本特點</p><p>　　( 1 ) PLC 的I/0 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現場的外電路與PLC 內部電路之間電氣上隔離。( 2 )各輸入端均

10、采用R-C濾波器，其濾波時間常數一般為10- 2Oms。( 3 )各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。( 4 )采用性能優(yōu)良的開關電源。( 5 )良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴大。</p><p>　　2.3.2 PLC 選型</p><p>　　目前在國內市場上有從美國、德國、日本等國引進的多種系列PLC ，開發(fā)數十種PLC

11、 ，故PLC 系列標準不一，功能參差不齊，價格懸殊。在此情況下，PLC 的選擇應著重考慮PLC 的性能價格比選擇可靠性高，功能相當，負載能力合適，經濟實惠的PLC 。據對多種因素的分析比較及為實現所有功能并考慮到以后設備功能升級，現需要輸入口21 點，輸出口14 點，選用了40 點I/0 單元的PLC , 輸入光電隔離，輸出繼電器隔離，負載能力強的日本三菱公司FX1N- 40MR 型PLC 。</p><p>　

12、　2.4 I/0 分配表 </p><p>　　表一 I/0 分配表</p><p>　　2.5 PLC梯形圖（見下圖2－1，2－2，2－3）</p><p><b>　　第三章 電氣控制</b></p><p>　　3.1 油泵控制（見附錄圖3-1, 3-2 ) </p><p>　

13、　電源開：自復式帶燈按鈕開關，設備總電源供電接好以后，按下此按鈕設備電源開，按鈕指示燈點亮，電源打開。</p><p>　　電源關：自復式按鈕開關，按下此按鈕設備電源關，設備停止工作。</p><p>　　注意：開始工作時需將電源打在開的狀態(tài)，下班后要將電源關掉。</p><p>　　油泵開關：二位保持鈕子開關，打在開的位置，油泵開始工作，打在關的位油泵停止工作。設

14、備上所有液壓升降、夾緊松開等動作必須是在油泵開的狀態(tài)。</p><p>　　3.2 進料控制部分（見附錄圖3-3, 3-2 , 2-4, 3-4) </p><p>　　擋料機構前進／后退：三位自復位鈕子開關，用于控制擋料機構前進與后退。擋料機構是阻擋其他管子通過，只允許一個管子送到上料機構翻臂上。</p><p>　　上料機構上升／下降：三位保持鈕子開關，用于控制

15、上料機構上升與下降。上料機構的作用是通過翻臂把料架上的管子翻到輸送輥道上。并有限位開關作信號聯(lián)動保護。</p><p>　　進料輸送輥道上升／下降：三位自復位鈕子開關，用于控制輸送輥道上升與下降。輸送輥道上升與下降有限位保護。</p><p>　　進料輸送輥道前進／后退：三位自復位鈕子開關，用于控制輸送輥道前進與后退。注意當只有上料機構翻臂降到位和卡盤松到位時才可輸送。</p>

16、<p>　　輥道輸送速度調節(jié)：用于調節(jié)管子的輸送速度，變頻無級調速，順時針旋轉速度增快，逆時針旋轉速度減慢。</p><p>　　指示燈：用于進料輸送變頻器故障時的報警指示。</p><p>　　3.3 出料輥道控制部分（見附錄圖3－2 , 3－4 ) </p><p>　　出料輥道上／升下降：三位自復位鈕子開關，用于控制輸送輥道上升與下降。輸送輥道上

17、升與下降有限位保護。</p><p>　　輥道輸送速度調節(jié)：用于調節(jié)管子的輸送速度，變頻無級調速，順時針旋轉速度增快，逆時針旋轉速度減慢。</p><p>　　報警指示燈：用于出料輸送變頻器故障時的報警指示。</p><p>　　下料機構上升／下降：三位保持鈕子開關，用于控制下料機構上升與下降。下料機構的作用是通過翻臂把輸送輥道上的管子翻到料架上。上料機構上升下與下

18、降有限位保護。</p><p>　　3.4 主機控制部分（見附錄圖2-4 , 3-6 ) </p><p>　　照明開／關：二位保持鈕子開關，用于控制照明開與關。</p><p>　　冷卻開／關：二位保持鈕子開關，用于控制冷卻水泵的開與關。當刀盤高速運轉時此開關不能停止。</p><p>　　卡盤松／緊：三位保持鈕子開關，用于控制卡盤的夾緊松

19、開。主意刀盤運轉時不允許松開卡盤。</p><p>　　刀盤啟動：自復式按鈕開關，用于控制刀盤的啟動。注意卡盤夾緊電磁不在夾緊狀態(tài)下不允許啟動。</p><p>　　刀盤停止：自復式按鈕開關，用于控制刀盤的停止。</p><p>　　刀盤報警：用于刀盤變頻器故障時報警指示，同時把所有設備停止，當故障排除后要按下報警復位才能再次運行。</p><p

20、>　　氣動拔插：用于控制自動進刀。</p><p>　　第四章 切斷坡口一體機調試程序、方法和注意事項</p><p><b>　　4.1 操作流程</b></p><p><b>　　·接通電源設備。</b></p><p>　　·將輸入輥道的高度調到最低點。</p

21、><p>　　·把待加工的一批管子用吊裝裝置吊放到料架上。</p><p>　　·把油泵打在開的狀態(tài)，把管子用翻臂翻到輸送輥道，然后輸送到主機，卡盤夾緊。</p><p>　　·操作手動對刀，使刀頭靠近管件1mm的距離，然后按下刀盤啟動按鈕，開始坡口。切斷坡口完成后按下刀盤停止按鈕，刀盤停止，把卡盤松開，當卡盤松開到位后，開始將管子輸送到料

22、架處，用翻臂把管子翻到料架上。切割下一個管子重復上述程序。</p><p>　　4.2 設備電氣調試方法</p><p>　　4.2.1 檢查接地螺絲與接地樁之間是否已保持良好的連接。用萬用表測量接地樁與設備電控箱等操作者可觸摸到的任何表面之間的電阻值。要求該電阻值≤1Ω。</p><p>　　4.2.2 用兆歐表檢查電源插頭、電源接線對機床、鋸架等任何外表面（可觸

23、摸到的）之間的絕緣電阻，要求該電阻值勤）≥2MΩ。</p><p>　　4.2.3 調試前把所有的接線都排查了一次并把電控箱衛(wèi)生打掃干凈并查看電控箱內電氣元器件容量、電壓等級、內部接線、及過流保護范圍是否符合標準。</p><p>　　4.2.4 電動機的接線方式要與銘牌標注相同，核對銘牌轉速與機械設備要求一致，銘牌功率要與圖紙設計符合。</p><p>　　4.2

24、.5 在檢測電機與電控合格后，方可進行電機無負荷運行，并檢查電機運行方向是否與機械設備要求一致，電機無負荷運行一段時間后可輕載試驗最后滿載運行。</p><p>　　4.3 調試中的問題與解決辦法</p><p>　　4.3.1 電氣試車階段檢查主回路電器元件及主接線完好，控制回路元器件及外部接線也完好的情況下，首先空載試車全部正常。但進料輸送輥道輸送大管件時電機有響聲但無法輸送，當時懷疑

25、機械卡死，經過機械組師父協(xié)助排查后機械部分正常。我們就在電氣方面排查，變頻器參數設置正常，電氣控制部分正常，電壓也正常，最后在電氣工程師的幫助下發(fā)現變頻器是220V 輸入輸出三相220V ，而電動機是星形接法38OV供電，有于電壓降低造成輸出轉距降低，在我們電氣工程師的指導下我們把星形接法改成三角形接法后正常。</p><p>　　4.3.2 進料輸送時有于操作上的失誤卡盤沒有松到位被管子撞到了，所以我們把PLC

26、 程序作了更改卡盤不松到位不允許輸送。</p><p>　　4.3.3 刀盤起動時先高速運轉后低速運轉與實際設計程序相反，把PLC 內部程序Y1O 和Yll 互換，問題解決了。</p><p><b>　　4.4 故障現象</b></p><p><b>　　總結：</b></p><p>　　在沒

27、有改造前管子吊裝要專配一個行車進行跟蹤吊裝管件，現在改成了自動上下料系統(tǒng)，不再需要行車跟蹤吊裝了，這樣就節(jié)約了行車的投資。行車吊裝一根管子要十分鐘左右，而自動上下料只需要不到二分鐘的時間，這樣就提高了裝料速度。主軸電機以前只能切斷坡口直徑Ø219 毫米的管子時效率是最大，當切斷坡口直徑Ø219 毫米以下的管子時效率明顯偏低，輸出功率很大轉速卻很低。由于變頻器可以實現無級調速，把主機改成變頻器控制后就很好的解決了這個問

28、題，當小管子時坡口速度可以提高到一倍以上。</p><p>　　采用了PLC 改造切斷坡口一體機電氣控制系統(tǒng)，改變了設備傳統(tǒng)的電氣控制方式。PLC 的輸入、輸出部分均有發(fā)光二極管顯示，方便了檢修人員查找電氣故障，提高了檢修效率，而且安全保護功得到了很好的完善，自改造至今電氣故障、安全事故都大大減小了。管子進料、切斷坡口速度的提升使生產效率明顯提高。此次改造投資不到設備的價格的百分之十左右，卻使產能總體提升了三倍以

29、上，同時縮短了生產周期，增加了市場競爭能力。因此受到用戶的好評。</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　但也應當看到，我們對PLC 的應用還是比較初級的。在狀態(tài)檢測和狀態(tài)記錄、無級調速的步進控制（直接采用PLC 控制，取消原來的電子調速控制箱），管件的自動定長以及人機界面的適時顯示均是空白。隨著技術的提高，我們不應當滿足現有的改造，應當在上述