提高冲床PLC控制动作灵敏性的研究

点击次数:59   更新时间2020-06-05     【关闭分    享:

  机械科学与技术bookmark0提高冲床PLC控制动作灵敏性的研究赵升吨,王二郎,尚春阳,闰伍超(西安交通大学机械工程学院,西安710049)赵升吨根据H23-63型冲床控制电器的动作要求和PLC控制特性,提出了可以明显提高冲床PLC控制动作灵敏性的具体方法,并在实践中取得成功。

  1:A目前,对冲床用可编程逻辑控制器(PLC)代替传统继电器-接触器控制方式已成为一种趋势。对PLC来讲,其CPU在执行控制程序过程中,是按照梯形图自上而下逐个扫描每个逻辑行处理并联的物理行,再自左至右处理串联的物理行,以END指令作为循环扫描的返回标志,然后程序又重新从逻辑行开始顺序执行进行循环扫描。这种循环扫描程序结构是PLC特点之一。若小型PLC执行每条用户指令平均按10Ps计算,则每千条指令约需10ms,通常总的循环周期需时10~20ms,这个时间会造成PLC在I/O控制中有一个固定的滞后。所以,尽量精简用户程序有利于缩短这个时间滞后,保证控制系统的正确工作,对行程次数较高的冲床,这一问题应引起足够重I见例如我国原机械工业部标准B1395-74规定4,6,3,10,16,25吨开式压力机滑块行程次数每分钟分别不小于200,160,135,115,120次,这样按上述小行程次数计算,曲轴每转过10所用的时间分别为8.3,10.4,12.3,14.5,16.7ms,而制动器的制动角度可达10以上,由此可看出对冲床进行控制时,尽量简化PLC程序,减少时间滞后性的重要性。故对PLC动作灵敏性的研究也就很有必要,尤其在高速冲床的控制中更具重大意义本文就以某厂将引进国外技术生产的H23~63型冲床上原来的继电器接触器控制方式,改造为PLC控制方式时所遇到的动作灵敏性问题进行这方面的研究1原有的继电器接触器控制方案及动作原理该H23~63型冲床的公称压力为630kN,采用组合式摩擦离合器与制动器,离合器与制动器之间采用刚性联锁基金项目:高等学校全国优秀博士学位论文作者专项基金资助项目;西安交通大学机械制造系统工程国家重点即为该冲床原有的继电器接触器控制电路图,该电路完全满足了上述控制要求也能达到该电路的控制要求的前提下,讨论如何提高PLC控制动作灵敏性问题2提高冲床PLC控制动作灵敏性的措施使电动机开、停,照明灯和信号灯控制电路独立于PLC控制之外因为将继电器接触器控制方式改造成为PLC控制方式是为了控制更可靠、简捷,接线更简单,而不是为了时髦而选用价格昂贵的PLG从这个角度出发,就可将该冲床上述四个操作规范以外,且控制动作极为简单的其它模块的开关输入点独立于PLC输入点之外,而使控制更简捷可靠所以,中的限流保险管器2RD3RD和4RD,钥匙开关YA,动断和动合开关,压力继电器YL紧急停车按钮SA,照明灯开关DK,热继电器开关R,电动机开停按钮1A和2A,都不作为PLC的输入点,仍保持原有的接线方式,这样一下子就去掉了11个输入点,效果十分明显,从而可大幅度降低所选用PLC的价格。

  将电动机开停按钮1A2A及热继电器开关R独立于PLC输入点之外,等价于中的电动机开停控制电路仍采用原有的继电器-接触器控制方式这样一方面明显减少了3个输入点;第二方面因为冲床电动机运转时的主电流很大,往往都在10A以上,对该H23-63型冲床电动机而言,其正常工作电流可达1,而且功率很大,因此很难选用有这么大电流和输出功率,且价格合理的继电器或交流输出的PLC规格,因此该电动机开、停用接触器仍保留,这样可减少PLC输出功率,其线圈C(见)仍存在,无法用PLC中的辅助继电器代替,而该接触器上本身存在辅助继电器触点C(见A按钮的自锁触头),所以实现所示的接线功能很方便;第三方面,中的电动机开停控制电路实在也太简单,使用PLC控制显得大材小用,关键一点是该条控制线路中不用到将来要作为PLC辅助继电器1的触头,加之中的一个中间继电器2在PLC中完全可用空气阀线圈代替而不作为辅助继电器(这一点将在后面详述),中的电动机开停电路与2A按钮串联的2动断触点完全可省掉,而不会对冲床工作造成影响(实际仔细分析工业实际中的冲床电路,可发现很多冲床没有中与2A按钮串联的2触点);第四方面因为冲床上带有离合器与制动器,所以电动机开、停并不频繁,往往在正常工作时4h只开停一次,即仅仅在上,下午上下班时开停电动机鉴于以上的原因,在对冲床实现PLC控制时,应将电动机开停控制电路独立于PLC之外。

  对中的照明灯,实际上冲床上的照明灯开关DK和照明灯常常组装在一起,采用方式使用很方便,若将DK作为PLC的输入点通过很长的线引到PLC控制箱上作为PLC的输入点就显得很蹩脚,故不将DK作为PLC的输入点。信号灯电路中电源指示灯1BD的动合开关YA接触器C的动断开关C及照明灯开关DK都已独立于PLC之外而不作为输入点,因此照明灯电路和停止灯电路霸碰PLdi样又可减少Wec3个输出上述3部分电路已独立于PLC之外,因此可大大减少PLC执行程序时的扫描时间,从而可提高其动作灵敏性。

  冲床操作规范选择开关仍采用原有的开关对冲床工作来讲,选择了某一个操作规范,控制电路就仅仅只能执行该操作规范,别的操作规范就不能执行,即4个操作规范之间应存在互锁关系,但若4个操作规范都采用一个互不相关的普通开关输入,这样PLC梯形图中就要设置4个辅助继电器及相关的触点才能实现上述要求,相应的梯形图较复杂,执行程序时PLC所用时间增大而若在PLC控制中仍采用原继电器接触器电路中的主令开关或开关的操作规范选择方式,则会使PLC控制梯形图极为简单因为主令开关或开关本身已具备了互锁功能,即选择了某个操作规范,别的操作规范就不能执行这样PLC梯形图中根本就不需要每个操作规范下的4个辅助继电器及触点,使梯形图极为简单,执行速度极快,又不会发生误动作,因此PLC输入电路中仍采用H23-63型冲床中的操作规范选择开关按照元器件动作顺序排梯形图的行次序及每行的元器件的次序如前所述,PLC控制用CPU在执行梯形图时,是依照逐行扫描的方式从上往下执行的,每行又是从左向右进行的。根据PLC逐行执行程序的特点,在编制冲床PLC控制梯形图时,应依照电气元件动作过程的先后顺序安排梯形图中的逻辑行的先后次序以及每一行元器件的左右位置。

  否则,该在这一扫描循环可以完成的动作,就不得不在下一次扫描循环才能完成,从而造成动作的滞后性,甚至导致冲床误动作常用的操作规范置于PLC控制梯形图的前面冲床4个操作规范在工业实际生产中使用的频率相差甚远例如寸动操作规范往往在调整模具时使用,一旦某一模具调整结束,这一操作规范就不再使用,所以可将寸动操作规范模块放置在梯形图的后。此外为了人身安全起见,在仅采用手工送料方式时,一般工厂的安全技术科明文规定,只能采用单次操作规范,在这种情况下应将单次操作规范置于PLC梯形图的前面,当选择开关选中单次操作规范后,CPU执行程序时首先就执行该单次操作规范小模块,否则,当将其余两个操作规范放在使用频率极高的单次操作规范之前时,势必造成冲床在绝大多数使用时间内执行单次操作规范时,必须先扫描未选中的连续或寸动操作规范,耗费一定的时间,造成一定延迟,然后才执行选中的单次规范的程序,每动作一次,都要重复执行上述过程,很显然是不应该的。而在冲床上带有自动送料装置时,连续操作规范使用为频繁,此时应将连续操作规范模块放在梯形图的前面。

  提高H23-63型冲床4种操作规范的动作灵敏性对此H23-63型冲床原有控制电路进行PLC改造时,选用德国西门八子公司生产的7-200,216产品其输入+lingHouse.Allngntsnsservea.点为24个,输出点为16个,程序存储容量达8K,位执行时间为08Ps从上面的分析可看出,对所示的H23~63冲床的继电器接触器电路改造为PLC控制方式就是对4个操作规范进行即可简单地获得该冲床4个操作规范的PLC控制梯形图的方法,就是仅将4个操作规范的梯形图简单地串联在一起,并在每块梯形图前加上该操作规范的选择开关。这种方法可称之为“串联法”要提高PLC控制动作的灵敏性,简单的方法就是要减少PLC执行用户程序的步数。根据这种思路,针对4个操作规范,以下列举几种可明显提高冲床4个操作规范PLC控制动作灵敏性的措施,比上述的①合并操作规范模块后的PLC控制程序该方案可简称为“合并法”该H23-S3型冲床的4个操作规范通过LW64开关来选择,仔细研究这4个操作规范的特点可发现,单次脚踏和单次双手操作规范电路的差别仅在于将脚踏开关和双手按钮互换即完全等效,而且,单次双手和双手连续2个操作规范的电路在很多地方也有相同之处,为此可将这4个操作规范合而为一而成为在以及以下的中,PLC各输入、输出点所对应的物理器件如下:1(0,0):压力继电器开关YL1(0,1):钥匙开关YA1(0,2):紧急停止按钮SA1(0,6):行程开关1XK1(0,7):行程开关2XK1(1,0):单双手按钮4/1(1,1):脚踏开关K1(1,2):双手连续停止按钮3A1(1,3):双手连续按钮4A1(1,5):双手连续选档1(1,6):单手寸动选档1(1,7):单次双手选档1(2,0):单次脚踏选档Q(1,2):电磁阀DT②子程序调用方式的PLC控制程序该方案可简称为“子程序法”上述“合并法”的优点是程序所占存储空间较小,但仔细研究该程序可发现,对于单次脚踏、单手寸动、单次双手和双手连续4种操作规范而±块因此,对这4种操作规范来讲,无论执行哪一个,PLC都要扫描某些与所需操作规范无关的语句,这就在无形中加长了程序的执行时间。可见,该程序虽比“串联法”有所改进,但仍未做到真正的精简扼要。

  考虑到该冲床不同的操作规范不可能同时发生,总是执行完一个再换档执行下一个。因此,可考虑使用子程序调用的方式,即将4个操作规范编制为4个操作规范模块子程序,在主程序中以开关的输入量作为调用子程序的判断条件。如前所述,使用该LW64型选择开关选择操作规范时有性,采用“子程序法”既可靠又动作迅速,该方案的PLC控制梯形图如所示使用跳转指令的控制方式该方法可简称为“跳转法”采用调用子程序的方式时,必须先扫描执行使用主令开关(开关)的选择输入来作为调用某个操作规范子程序时的判断条件,进行条件判断就会耗费一定的时间,特别对于排列在后面的子程序,其进行条件判断的时间会越长而且,使用调用子程序方式的CALL指令的执行时间是基本指令的几十倍。由此可见,采用调用子程序方式仍然存在很明显的不足于是可考虑采用跳转指令的方式,人为地去改变程序的执行方向,跳过与要执行的本次操作规范无关的程序。而且,跳转指令MP的执行时间和基本指令的执行时间完全一样,仅此一项,就可省下不少时间,所以在此可采用跳转指令的方式,其PLC控制梯形图和使用子程序调用方式时基本相同,此处不再写出PLC梯形图了。

  言,―执行那一种蔽乍篦乓须全题扫拖四合一,她较复祜辑的时ebookmark5综上所述,“串联法”未作任何的优化,其程序长,执行时间也长。可见,尽管梯形图和继电器接触器电路图存在许多相同之处,但在编制PLC程序时,一定要脱离原有的继电器接触器电路图的束缚,充分利用PLC系统所提供的逻辑功能发挥出的优点。另外要尽量使用基本命令,不用或少用非基本命令,因为基本命令所占存储字节较少,一般每条基本命令长为一个字,而非基本命令长为几个字或十几个字,甚至达几十个字,在编制一些较长或具有相对而言,上述“合并法”存储空间较少,执行时间却减少不多。而“子程序法”所占的空间较多,但执行时间较短。

  但由于S7-200型PLC的CPU216的程序存储器容量为8k,“子程序法”所占的166个字节相对而言微不足道因此,虽然“子程序法”所占的存储空间较“合并法”大,但由于其达到了缩短执行时间的目的,二者比较子程序法“仍不失为一种较好的控制方案而”跳转法“所占存储空间小,执行时间也短,真正达到了缩短执行时间,提高冲床动作灵敏性的目的,但是可读性相对”子程序法“来说稍差。上述四种操作规范PLC控制方案程序在用S7-200PLC对H23-63型冲床成功地实施了控制,上述控制梯形图的正确性都已经通过实践证明是可行的。

  3结论对冲床进行PLC控制时,电动机开、停控制电路、照明灯及信号灯控制电路仍保持原有接触器的控制方式不变,这两部分电路不必改造为PLC控制方式在对冲床实施PLC控制时,冲床原有的4种不同操作规范选择仍采用开关或主令开关的方式。

  按照电气元件动作过程次序安排PLC梯形图的逻辑行次序和每行中每个元器件的左右位置。

  将在冲床实际生产中常用的操作规范(对一般手工送料,该操作规范为单次,而对带自动送料装置来讲,为连续操作规范)放在PLC总梯形图的前面,而将使用频率极低的寸动操作规范放在梯形图的后。

  在将冲床原有的继电器接触器控制方式改造为PLC控制方式时,不要简单地将原电路图翻译成PLC梯形图,即不采用“串联法"应采用”合并法“、”子程序法“和I1I薛学明。锻压机械自动控制|M|.北京:机械工业出版社,1989学出版,1991(上接第423页)6结论车削加工”切点“数理模型是各种金属切削机床切削加工物理仿真的基础;其稍加改造即可适用于线、面加工;误差集聚法建立的误差分析综合模型是开放式结构,可容纳多系统误差;车削加工工件尺寸及形状均连续变化时,有限元理论可准确计算工艺系统的弹性变形;工件实际表面成形的数理模型,可定性、定量地确定加工工件表面任意点(或截面)的综合误差,可有选择地获得单项(或几项)误差对加工工件精度的影响,可检验工件加工参数是否合适;综合模型计算出的误差值,可直接用于适应控制系统中的误差补偿。

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