plc在自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用

1、<p>　　論文題目：PLC在自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：本文著重介紹了PLC在自動(dòng)化設(shè)備中的改造應(yīng)用和電氣安全聯(lián)鎖的控制及主軸電機(jī)使用變頻器的效果。結(jié)果表明，采用PLC控制減少了故障，增強(qiáng)了安全性，提高了自動(dòng)化功能。主軸電機(jī)增加變頻調(diào)速后，不僅實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，也降低了維修費(fèi)用。同時(shí)根據(jù)管件的大小來調(diào)節(jié)切斷坡口速度，這樣就提高了生產(chǎn)效率。</p><p>　

2、　關(guān)鍵詞：PLC電氣控制；變頻器調(diào)速； 電氣聯(lián)鎖。</p><p>　　PLC 在自動(dòng)化設(shè)備中的改造應(yīng)用</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p><b>　　1.1 前言</b></p><p>　　目前，國內(nèi)自動(dòng)化設(shè)備建設(shè)正處于高峰期，舉世矚目的西氣東輸工程建設(shè)、石油化

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

4、><p>　　1.2 電氣系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)思路</p><p>　　近年來，PLC 應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，在工業(yè)控制的眾多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用；特別是在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中大量運(yùn)用。為此我們用PLC 對現(xiàn)有的機(jī)床進(jìn)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(yùn)行可靠性上也有了顯著提高。同時(shí)增加了主軸電機(jī)變頻調(diào)速，提高了產(chǎn)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(jī)采用變頻器后提高了生產(chǎn)效率，因?yàn)樽冾l器可以實(shí)現(xiàn)段速和軟起動(dòng)，而且段速是可以設(shè)置到自己想要的速度，比以前的雙速電機(jī)控制范圍更廣。所以我們采用了變頻器兩段速調(diào)節(jié)，低速起動(dòng)時(shí)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(shí)也可以降低電機(jī)起動(dòng)電流。原來的雙速電機(jī)低速起動(dòng)時(shí)速度還是比較快的不方便操作，速度也不可調(diào)，而用變頻器來控制主軸電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速把速，這樣提

6、高了產(chǎn)品的品種同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。（原設(shè)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(shè)備工藝特點(diǎn)及控制要求</p><p>　　2.1 設(shè)備工藝特點(diǎn)</p><p>　　圖1 為自動(dòng)化生產(chǎn)線工藝流程簡圖，其主要包括上料機(jī)構(gòu)、進(jìn)料輸送輥

7、道、出料輸送輥道、下料機(jī)構(gòu)五個(gè)大部分。當(dāng)料架上的鋼管被擋料機(jī)構(gòu)推到上料機(jī)構(gòu)翻臂時(shí)，翻臂下降讓管子落到輸送輥道上開始輸送，輸送到主機(jī)時(shí)輥道上升到與主機(jī)高度平齊刀盤開始夾緊，夾緊后起動(dòng)刀盤當(dāng)?shù)侗P運(yùn)轉(zhuǎn)到高速時(shí)自動(dòng)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(shí)打開下料機(jī)構(gòu)翻臂把管子翻到料架上，完成加工。</p><p>　　圖1－1 生產(chǎn)線工藝流程圖</p><p>　　第二章

8、元器件選型與PLC 梯胎圖設(shè)計(jì)</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(hào)，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(shí)我們主要考慮到經(jīng)濟(jì)實(shí)用，按照負(fù)載大小匹

9、配，因?yàn)槲夜竞芏嘣O(shè)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(diǎn)</p><p>　　2.3.1 PLC 基本特點(diǎn)</p><p>　　( 1 ) PLC 的I/0 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC 內(nèi)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(shí)間常數(shù)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(guān)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(kuò)大。</p><p>　　2.3.2 PLC 選型</p><p>　　目前在國內(nèi)市場上有從美國、德國、日本等國引進(jìn)的多種系列PLC ，開發(fā)數(shù)十種PLC

11、 ，故PLC 系列標(biāo)準(zhǔn)不一，功能參差不齊，價(jià)格懸殊。在此情況下，PLC 的選擇應(yīng)著重考慮PLC 的性能價(jià)格比選擇可靠性高，功能相當(dāng)，負(fù)載能力合適，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的PLC 。據(jù)對多種因素的分析比較及為實(shí)現(xiàn)所有功能并考慮到以后設(shè)備功能升級(jí)，現(xiàn)需要輸入口21 點(diǎn)，輸出口14 點(diǎn)，選用了40 點(diǎn)I/0 單元的PLC , 輸入光電隔離，輸出繼電器隔離，負(fù)載能力強(qiáng)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(fù)式帶燈按鈕開關(guān)，設(shè)備總電源供電接好以后，按下此按鈕設(shè)備電源開，按鈕指示燈點(diǎn)亮，電源打開。</p><p>　　電源關(guān)：自復(fù)式按鈕開關(guān)，按下此按鈕設(shè)備電源關(guān)，設(shè)備停止工作。</p><p>　　注意：開始工作時(shí)需將電源打在開的狀態(tài)，下班后要將電源關(guān)掉。</p><p>　　油泵開關(guān)：二位保持鈕子開關(guān)，打在開的位置，油泵開始工作，打在關(guān)的位油泵停止工作。設(shè)

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

15、上料機(jī)構(gòu)上升與下降。上料機(jī)構(gòu)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(guān)作信號(hào)聯(lián)動(dòng)保護(hù)。</p><p>　　進(jìn)料輸送輥道上升／下降：三位自復(fù)位鈕子開關(guān)，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(hù)。</p><p>　　進(jìn)料輸送輥道前進(jìn)／后退：三位自復(fù)位鈕子開關(guān)，用于控制輸送輥道前進(jìn)與后退。注意當(dāng)只有上料機(jī)構(gòu)翻臂降到位和卡盤松到位時(shí)才可輸送。</p>

16、<p>　　輥道輸送速度調(diào)節(jié)：用于調(diào)節(jié)管子的輸送速度，變頻無級(jí)調(diào)速，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度增快，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度減慢。</p><p>　　指示燈：用于進(jìn)料輸送變頻器故障時(shí)的報(bào)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(fù)位鈕子開關(guān)，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(hù)。</p><p>　　輥道輸送速度調(diào)節(jié)：用于調(diào)節(jié)管子的輸送速度，變頻無級(jí)調(diào)速，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度增快，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度減慢。</p><p>　　報(bào)警指示燈：用于出料輸送變頻器故障時(shí)的報(bào)警指示。</p><p>　　下料機(jī)構(gòu)上升／下降：三位保持鈕子開關(guān)，用于控制下料機(jī)構(gòu)上升與下降。下料機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)上升下與下

18、降有限位保護(hù)。</p><p>　　3.4 主機(jī)控制部分（見附錄圖2-4 , 3-6 ) </p><p>　　照明開／關(guān)：二位保持鈕子開關(guān)，用于控制照明開與關(guān)。</p><p>　　冷卻開／關(guān)：二位保持鈕子開關(guān)，用于控制冷卻水泵的開與關(guān)。當(dāng)?shù)侗P高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)此開關(guān)不能停止。</p><p>　　卡盤松／緊：三位保持鈕子開關(guān)，用于控制卡盤的夾緊松

19、開。主意刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不允許松開卡盤。</p><p>　　刀盤啟動(dòng)：自復(fù)式按鈕開關(guān)，用于控制刀盤的啟動(dòng)。注意卡盤夾緊電磁不在夾緊狀態(tài)下不允許啟動(dòng)。</p><p>　　刀盤停止：自復(fù)式按鈕開關(guān)，用于控制刀盤的停止。</p><p>　　刀盤報(bào)警：用于刀盤變頻器故障時(shí)報(bào)警指示，同時(shí)把所有設(shè)備停止，當(dāng)故障排除后要按下報(bào)警復(fù)位才能再次運(yùn)行。</p><p

20、>　　氣動(dòng)拔插：用于控制自動(dòng)進(jìn)刀。</p><p>　　第四章 切斷坡口一體機(jī)調(diào)試程序、方法和注意事項(xiàng)</p><p><b>　　4.1 操作流程</b></p><p><b>　　·接通電源設(shè)備。</b></p><p>　　·將輸入輥道的高度調(diào)到最低點(diǎn)。</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(jī)，卡盤夾緊。</p><p>　　·操作手動(dòng)對刀，使刀頭靠近管件1mm的距離，然后按下刀盤啟動(dòng)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(dāng)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(gè)管子重復(fù)上述程序。</p><p>　　4.2 設(shè)備電氣調(diào)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(shè)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(jī)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(diào)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(nèi)電氣元器件容量、電壓等級(jí)、內(nèi)部接線、及過流保護(hù)范圍是否符合標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　4.2.4 電動(dòng)機(jī)的接線方式要與銘牌標(biāo)注相同，核對銘牌轉(zhuǎn)速與機(jī)械設(shè)備要求一致，銘牌功率要與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)符合。</p><p>　　4.2

24、.5 在檢測電機(jī)與電控合格后，方可進(jìn)行電機(jī)無負(fù)荷運(yùn)行，并檢查電機(jī)運(yùn)行方向是否與機(jī)械設(shè)備要求一致，電機(jī)無負(fù)荷運(yùn)行一段時(shí)間后可輕載試驗(yàn)最后滿載運(yùn)行。</p><p>　　4.3 調(diào)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(jìn)料輸送輥道輸送大管件時(shí)電機(jī)有響聲但無法輸送，當(dāng)時(shí)懷疑

25、機(jī)械卡死，經(jīng)過機(jī)械組師父協(xié)助排查后機(jī)械部分正常。我們就在電氣方面排查，變頻器參數(shù)設(shè)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(xiàn)變頻器是220V 輸入輸出三相220V ，而電動(dòng)機(jī)是星形接法38OV供電，有于電壓降低造成輸出轉(zhuǎn)距降低，在我們電氣工程師的指導(dǎo)下我們把星形接法改成三角形接法后正常。</p><p>　　4.3.2 進(jìn)料輸送時(shí)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(dòng)時(shí)先高速運(yùn)轉(zhuǎn)后低速運(yùn)轉(zhuǎn)與實(shí)際設(shè)計(jì)程序相反，把PLC 內(nèi)部程序Y1O 和Yll 互換，問題解決了。</p><p><b>　　4.4 故障現(xiàn)象</b></p><p><b>　　總結(jié)：</b></p><p>　　在沒

27、有改造前管子吊裝要專配一個(gè)行車進(jìn)行跟蹤吊裝管件，現(xiàn)在改成了自動(dòng)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(dòng)上下料只需要不到二分鐘的時(shí)間，這樣就提高了裝料速度。主軸電機(jī)以前只能切斷坡口直徑Ø219 毫米的管子時(shí)效率是最大，當(dāng)切斷坡口直徑Ø219 毫米以下的管子時(shí)效率明顯偏低，輸出功率很大轉(zhuǎn)速卻很低。由于變頻器可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，把主機(jī)改成變頻器控制后就很好的解決了這個(gè)問

28、題，當(dāng)小管子時(shí)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(jī)電氣控制系統(tǒng)，改變了設(shè)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(hù)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(jìn)料、切斷坡口速度的提升使生產(chǎn)效率明顯提高。此次改造投資不到設(shè)備的價(jià)格的百分之十左右，卻使產(chǎn)能總體提升了三倍以

29、上，同時(shí)縮短了生產(chǎn)周期，增加了市場競爭能力。因此受到用戶的好評。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　但也應(yīng)當(dāng)看到，我們對PLC 的應(yīng)用還是比較初級(jí)的。在狀態(tài)檢測和狀態(tài)記錄、無級(jí)調(diào)速的步進(jìn)控制（直接采用PLC 控制，取消原來的電子調(diào)速控制箱），管件的自動(dòng)定長以及人機(jī)界面的適時(shí)顯示均是空白。隨著技術(shù)的提高，我們不應(yīng)當(dāng)滿足現(xiàn)有的改造，應(yīng)當(dāng)在上述