寧國濤 邢建國

（青島大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，青島 266071）

三菱PLC和觸摸屏在金屬焊絲盤控制系統(tǒng)中應(yīng)用

寧國濤 邢建國

（青島大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，青島 266071）

本文主要介紹三菱FX2N系列PLC和觸摸屏在金屬焊絲盤數(shù)控成型控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，詳細(xì)闡述系統(tǒng)的構(gòu)成情況、工作原理及工作控制方式，以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。

工作原理 控制方式 FX2N系列PLC 自動(dòng)化控制

引言

具有關(guān)調(diào)查顯示，我國現(xiàn)在是世界第一大焊接材料生產(chǎn)國，基本用塑料焊絲盤進(jìn)行包裝。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，越來越多的國家采用金屬焊絲盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)的塑料焊絲盤。焊絲盤工藝的發(fā)展主要集中在歐美發(fā)達(dá)國家，如法國的NUMALLIANCE公司、美國的AIM公司、德國的WAFIOS公司等。其中，尤其以法國的NUMALLIANCE公司生產(chǎn)的ROBOMAC系列的數(shù)控彎絲機(jī)著名。它具有強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，具有一定的數(shù)控功能。

查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，國內(nèi)還未開發(fā)出具有自動(dòng)化程度高、能在三維空間內(nèi)進(jìn)行連續(xù)加工管線材彎曲的設(shè)備，僅僅有一些相關(guān)方面的研究，缺乏自主研制先進(jìn)數(shù)控彎絲機(jī)的核心技術(shù)。因此，有必要對數(shù)控彎絲設(shè)備進(jìn)行研究，開發(fā)出一套高效自動(dòng)化設(shè)備。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本文所涉及的金屬焊絲盤數(shù)控系統(tǒng)的主控制件選用三菱FX2N系列的PLC，采用電機(jī)牽引送絲和驅(qū)動(dòng)刀具，利用限位開關(guān)進(jìn)行定長，電機(jī)控制齒輪進(jìn)行磨具的旋轉(zhuǎn)，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的軸向移動(dòng)，工業(yè)觸摸屏進(jìn)行人機(jī)交互。

設(shè)備啟動(dòng)后，用戶可以通過點(diǎn)擊觸摸屏進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試和參數(shù)設(shè)置，控制系統(tǒng)運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行后，控制器驅(qū)動(dòng)送絲電機(jī)進(jìn)行送絲，同時(shí)帶動(dòng)校直輪進(jìn)行鋼絲校直，校直后的鋼絲頂開限位開關(guān)。此時(shí)，送絲電機(jī)停止，驅(qū)動(dòng)刀電機(jī)驅(qū)動(dòng)切斷刀切斷鋼絲。PLC輸出端口通過控制換向，將鋼絲送入模具進(jìn)行一次折彎、二次折彎。最后氣由動(dòng)頂出，頂出的鋼絲半成品需要點(diǎn)焊，由編碼盤把步進(jìn)電機(jī)角位移轉(zhuǎn)換成電信號接入PLC。通過PLC輸出端控制步進(jìn)電機(jī)的分度，最后成品再有絲杠推出，控制過程完成。

當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，PLC通過繼電器控制警報(bào)器報(bào)警，與此同時(shí)觸摸屏上將會(huì)顯示相應(yīng)的故障提示。此時(shí)，用戶可以點(diǎn)擊觸摸屏上的“故障復(fù)位”，使得報(bào)警燈停止報(bào)警。故障提示消除，然后再進(jìn)行故障處理操作，維修故障設(shè)備。

2 控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

可編程邏輯控制器具有體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，特別是適應(yīng)工廠惡劣的環(huán)境，使得其在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。本文對控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括PLC的選型、觸摸屏的選型、I/O點(diǎn)地址分配和PLC系統(tǒng)的外部接線圖等。

2.1 PLC機(jī)型的選擇

根據(jù)控制要求和控制功能分析，PLC選型選擇FX2N-128MT。FX2N系列PLC有64個(gè)輸入端口和64個(gè)輸出端口，是三菱FX系列PLC中功能較強(qiáng)大的機(jī)型。速度最快、容量最大，是FX系列中最高檔次的小型程序裝置，應(yīng)用極其廣泛。它能夠提供多種特殊功能模塊，可實(shí)現(xiàn)過程控制和位置控制，有多種串行通信模塊或功能擴(kuò)展板，以支持網(wǎng)絡(luò)通信。

2.2 焊絲盤控制系統(tǒng)I/O口的分配地址

金屬焊絲盤控制系統(tǒng)I/O分配地址，如表1所示。

表1 焊絲盤控制系統(tǒng)I/O地址分配

2.3 觸摸屏的選型

觸摸屏作為一種新型的人機(jī)界面，其簡單易用的功能及優(yōu)異的穩(wěn)定性使它非常適用于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。為了操作簡單，獲得較理想的人機(jī)交互效果，我們選擇三菱F940GOT。該型號的觸摸屏是一種具有高級顯示功能、報(bào)警處理能力以及PLC順控程序編輯功能的通用圖形操作終端。其操作非常簡單，符合人性化設(shè)計(jì)，是目前最受歡迎的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。

3 金屬焊絲盤控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

分析金屬焊絲盤數(shù)控彎絲設(shè)備控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和控制原理發(fā)現(xiàn)，軟件的總體思路是將觸摸屏程序設(shè)計(jì)和PLC程序設(shè)計(jì)結(jié)合起來。觸摸屏程序設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有界面設(shè)計(jì)、顏色選用、窗口切換、功能按鈕以及與PLC的通訊配置等。PLC的程序設(shè)計(jì)主要內(nèi)容有上電初始化、數(shù)據(jù)處理、自主生產(chǎn)方式以及故障處理等。下面將分別對觸摸屏程序和PLC程序設(shè)計(jì)思路與方法進(jìn)行具體介紹。

3.1 觸摸屏程序設(shè)計(jì)

通過觸摸屏窗口可進(jìn)行關(guān)鍵工藝參數(shù)的設(shè)定、工藝流程、運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警顯示，其使用為整個(gè)焊絲盤的生產(chǎn)工藝帶來了極大的方便。根據(jù)數(shù)控彎絲設(shè)備控制系統(tǒng)的生產(chǎn)要求，設(shè)計(jì)觸摸屏各參數(shù)。觸摸屏要求能夠控制整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行與停止，能夠手動(dòng)控制換向模具的換向，以及發(fā)生故障時(shí)的急停。觸摸屏的設(shè)計(jì)遵循觸摸屏設(shè)計(jì)手冊，設(shè)計(jì)的原則是提高系統(tǒng)操作靈活性和穩(wěn)定性。

3.2 焊絲盤數(shù)控成型系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用梯形圖語言對三菱FX2N可編程邏輯控制器進(jìn)行軟件編程，利用三菱PLC監(jiān)視功能進(jìn)行程序調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)的整體要求以及機(jī)械原理，PLC程序設(shè)計(jì)包括上電初始化、數(shù)據(jù)處理、自主生產(chǎn)方式、點(diǎn)動(dòng)切刀調(diào)試以及故障處理等系統(tǒng)軟件功能。

首先，系統(tǒng)初始化參數(shù)設(shè)置，對一些數(shù)據(jù)寄存器及定時(shí)器清零復(fù)位；單步調(diào)試程序，系統(tǒng)調(diào)試使用，供維修人員使用。PLC按照設(shè)備所出的工作狀態(tài)依次控制相應(yīng)的繼電器，各電機(jī)協(xié)調(diào)配合依次完成送絲、校直、切斷等操作。然后，將鋼絲送入模具，再通過電機(jī)進(jìn)行彎絲等后續(xù)操作。當(dāng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，觸摸屏顯示故障，制動(dòng)整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備，待故障解決后，手動(dòng)即可復(fù)位再生產(chǎn)。

4 結(jié)論

本文使用三菱FX2N系列可編程邏輯控制器為控制核心，介紹了金屬焊絲盤控制系統(tǒng)的整體框架和設(shè)計(jì)原則。硬件設(shè)計(jì)主要考慮各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理，采用一次折彎后，夾具換向再次折彎，從而達(dá)到三維空間的彎曲加工，通過觸摸屏作為人機(jī)交互界面，提高生產(chǎn)的可操作性。本控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行證明，系統(tǒng)可靠性高、穩(wěn)定性好，產(chǎn)品的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率顯著提高，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]李一.通用型觸摸屏與三菱PLC鏈接技術(shù)分析[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009，22（9）：9-12.

[2]張還.三菱FX系列PLC設(shè)計(jì)與開發(fā)-原理、應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3]廖常初.可編程程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2004.

[4]張還，劉學(xué)良.三菱PLC和觸摸屏在砌塊機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].磚瓦世界，2009，（6）：10-12.

[5]韋保全.基于SIMOTION C240的數(shù)據(jù)控彎絲機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2013.

[6]韓志超，桑斌修.PLC與觸摸屏通訊的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用[J].國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)，2006，（3）：53-55.

The Research of Mental Wire Reel based on the MITSUBISHI PLC and Touch Screen

NING Guotao, XING Jianguo
(College of mechanical and electrical engineering, Qiingdao University, Qingdao 266071)

This paper mainly introduces the Mitsubishi FX2N series PLC and touch screen in metal wire disc NC forming control system applicationand elaborated the system constitute.working principle and control mode.The purpose is to realize the automatic control of the system.

working principle, control mode, FX2N series PLC, automatic control