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    張全莊（1963-）
男，陜西富平人，副教授，（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，陜西    咸陽(yáng)   712000）,主要從事自動(dòng)控制理論教學(xué)和PLC與變頻器技術(shù)的應(yīng)用研究。

1     引言

    咸陽(yáng)彩虹廠是1982年建廠，引進(jìn)日本AIDA公司C1系列沖床是一臺(tái)關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，采用繼電器控制系統(tǒng)，已使用20多年，電氣部分嚴(yán)重老化，關(guān)鍵電氣元件如凸輪選擇行程開關(guān)、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)器相繼出現(xiàn)老化失效，而且原型號(hào)很難再購(gòu)買，造成嚴(yán)重的連續(xù)沖壓的惡性故障，更嚴(yán)重的是由于設(shè)備采用人工手動(dòng)操作，居高不下的故障率給人身安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅。雖已采取一些暫時(shí)的應(yīng)急措施，如更換全部關(guān)鍵凸輪開關(guān)等，但這些不能從根本上確保整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定與性能提高。經(jīng)過(guò)充分考慮，同時(shí)參照AIDA二、三代沖床設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了全面改造，經(jīng)過(guò)半年運(yùn)行，取得了良好的效果，故障率大為降低。

2     系統(tǒng)組成

    該系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、電子凸輪器等組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

    2.1   可編程序控制器

    選用日本OMRON的CPM2A-60CDR-A，它有24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出，操作按鈕、行程開關(guān)、角度反饋等共計(jì)20點(diǎn)。16個(gè)輸出點(diǎn)用來(lái)控制繼電器電磁閥和變頻器。與原設(shè)備相比，增加了上死點(diǎn)的近接開關(guān)、電子凸輪角度反饋等，使設(shè)備在檢測(cè)方面更加完善，自診斷功能更加全面。

    2.2   調(diào)速系統(tǒng)采用變頻器

    原設(shè)備采用進(jìn)口日本FUJI調(diào)速電機(jī)，電機(jī)功率為11kW。隨使用條件不斷變化，其中有兩臺(tái)設(shè)備需編入自動(dòng)線生產(chǎn)，這就要求設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度必須與自動(dòng)線整體速度相匹配，即設(shè)備必須具備調(diào)速功能。筆者選擇的是日本三菱的FR-A540-11K型的變頻器，該變頻器功能強(qiáng)大：1）參數(shù)控制顯示方面，設(shè)有外部控制、PU（面板）操作及兩者組合操作模式等多種選擇；2）可針對(duì)各種不同的電機(jī)進(jìn)行精細(xì)化的參數(shù)設(shè)置，使電機(jī)具備更有效的運(yùn)行特性；此外，由于采用變頻調(diào)速，電機(jī)不可避免發(fā)出異常噪音，通過(guò)調(diào)整變頻器“PWM”頻率，控制電機(jī)噪音從金屬式的音頻改為無(wú)害的合成形音頻。

    在具體使用中，還增加了工頻-變頻切換電路，如圖2所示,使設(shè)備在手動(dòng)生產(chǎn)時(shí)，仍使用工頻工作，從而延長(zhǎng)了變頻器的壽命。在參數(shù)設(shè)置上，可從安全角度設(shè)定，接觸器切換互鎖時(shí)間等；在設(shè)備的操作面板上將電機(jī)的轉(zhuǎn)速用轉(zhuǎn)速表顯示出來(lái)，清晰直觀。

    2.3   選用帶旋轉(zhuǎn)編碼器的電子凸輪開關(guān)

    電子凸輪開關(guān)與機(jī)械式凸輪開關(guān)相比，具有無(wú)磨損、精度高，可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)；并與更換后的機(jī)械式凸輪開關(guān)連鎖配合使用，達(dá)到真正意義上的雙保險(xiǎn)。

    電子凸輪開關(guān)選用OMRON的H8PS-8型，配用的絕對(duì)編碼器型號(hào)為E6CP-AG5-C型，其主要性能有：額定電壓DC24V，集電極NPN輸出，并帶有運(yùn)轉(zhuǎn)輸出1路，回路計(jì)算輸出1路，可方便與PLC直接相連，編碼器最高響應(yīng)速度為330r/ min，它自帶編程和顯示液晶屏，可方便進(jìn)行數(shù)據(jù)改寫及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，見表1。
 
3    系統(tǒng)運(yùn)行原理

    當(dāng)液壓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，油壓正常，沖床停于上死點(diǎn)時(shí)，雙手按下操作按鈕，主電磁閥動(dòng)作，工作“一行程”狀態(tài)，對(duì)工件沖壓一次。這時(shí)，通過(guò)高速計(jì)數(shù)器指令完成凸輪行程檢測(cè)，將結(jié)果送到PLC。沖頭完成一個(gè)周期，凸輪旋轉(zhuǎn)360°，在0°～180°屬于“點(diǎn)動(dòng)”狀態(tài)，按下停止按鈕，會(huì)立刻停止。當(dāng)超過(guò)180°時(shí)，停止按鈕操作與否，最終只能停止在上死點(diǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“連續(xù)”狀態(tài)時(shí)，沖床可自動(dòng)連續(xù)完成對(duì)工件進(jìn)行沖壓，也可和另一臺(tái)沖床組成自動(dòng)線加工。沖壓機(jī)動(dòng)作流程圖如圖3所示。

4    主程序設(shè)計(jì)

    根據(jù)圖3控制原理分析，即可進(jìn)行設(shè)備程序的編程，I/O分配如表2，主程序如圖4所示。

5     結(jié)束語(yǔ)

    可編程控制器改造設(shè)備，具有改造周期短、可靠性高的特點(diǎn)，本文介紹的一些設(shè)計(jì)思路及新型的控制器件，相信對(duì)同行會(huì)有很大的幫助。這批設(shè)備從2006年5月改造完成投入實(shí)際使用后，半年多的運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅操作方便直觀、維修調(diào)整快捷，設(shè)備控制準(zhǔn)確，故障率大幅降低，使設(shè)備性能和功能得到很大的提升。

    當(dāng)然改造后，經(jīng)過(guò)反思筆者也發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初因考慮不周，存在需要改進(jìn)的地方，如變頻器的速度與PLC沒(méi)有很好的進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，所以當(dāng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度變化時(shí)，設(shè)備在上死點(diǎn)停車時(shí)有輕微的波動(dòng)，如果PLC對(duì)變頻器的速度信號(hào)進(jìn)行分析后，可通過(guò)PLC豐富的運(yùn)算功能在這方面進(jìn)行補(bǔ)償，使操作系統(tǒng)更加完善。