等離子上料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳立中，段于偉（一汽解放青島汽車有限公司，山東 青島 266000）

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等離子上料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳立中，段于偉（一汽解放青島汽車有限公司，山東 青島 266000）

等離子上料項(xiàng)目中需要對(duì)不同型號(hào)的板料進(jìn)行插入定位銷送進(jìn)，由于定位孔孔位隨型號(hào)變化，因此對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化、柔性化、電氣化均有較高的要求。本項(xiàng)目選用上位機(jī)（人機(jī)界面）→PLC+位控模塊→伺服驅(qū)動(dòng)器→伺服電機(jī)為4級(jí)控制主體的框架進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)合此設(shè)計(jì)項(xiàng)目，筆者淺談一下以PLC為核心，以伺服為載體，以人機(jī)界面提高設(shè)備的柔性，并通過Compobus/S總線進(jìn)行布線的電氣系統(tǒng)的綜合應(yīng)用。

1　等離子上料系統(tǒng)工藝流程介紹

圖1　等離子上料系統(tǒng)示意圖

圖1為等離子上料系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱上料系統(tǒng)）示意圖。等離子左右兩側(cè)各有一臺(tái)平板沖，當(dāng)板料從平板沖落完料后，由各自的磁吊梁放置到所需工位上，每側(cè)有5個(gè)工位可供選擇，包括下料工位、上料工位、等待工位和成品區(qū)工位。其中工位位置參數(shù)可在觸摸屏中預(yù)先設(shè)定和更改。當(dāng)?shù)入x子發(fā)出允許進(jìn)料信號(hào)時(shí)，按到插銷位置，伺服小車自動(dòng)走到板料定位孔處，并頂起定位銷，按到上料位置，伺服小車自動(dòng)走到等離子工作區(qū)域，等離子切割完畢后，再返回到插銷位置，退銷，控制磁料梁吸料放到成品區(qū)工位。

2　系統(tǒng)硬件的選型

圖2　電氣控制系統(tǒng)構(gòu)架圖

硬件的選型主要從性價(jià)比、技術(shù)人員熟悉程度及采購(gòu)周期等方面考慮?？刂葡到y(tǒng)的架構(gòu)圖如圖2所示。

（1）上位機(jī)的選擇

上位機(jī)主要用于不同板料參數(shù)的設(shè)定，如到插銷位置、到上料位置，既可以提取已有型號(hào)（初次設(shè)定，重復(fù)提?。?，又可以重新設(shè)定（增加新型號(hào)參數(shù)）；另外，上位機(jī)還可以監(jiān)控上料系統(tǒng)各部分運(yùn)轉(zhuǎn)、報(bào)警情況；并且還可以在操作臺(tái)按鈕失效時(shí)進(jìn)行上位機(jī)操作。本項(xiàng)目選擇PROFACE 10.4寸觸摸屏，其編程口為標(biāo)準(zhǔn)USB接口，并有COM1、COM2兩個(gè)PLC通訊口，可以采用RS232與RS422兩種通訊模式。此項(xiàng)目由于PLC與操作臺(tái)距離超過15米，因此使用RS422通信模式。

（2）PLC的選擇

PLC選擇OMRON CJ1M系列，使用CPU13作為控制中樞，并選用3個(gè)NC213位置控制模塊，每個(gè)模塊控制2個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器。OMRON的PLC應(yīng)用廣泛，使用可靠，其編程方法都大同小異，使用的編程軟件和編程電纜可以兼容，方便維修人員進(jìn)行維護(hù)。而此次選擇的CJ1M系列屬于低成本PLC，其主要特點(diǎn)為：無需底板，實(shí)現(xiàn)更靈活的機(jī)架寬度，并可以實(shí)現(xiàn)更靈活的單元組合，可以給基本的I/O單元分配任意字，可以擴(kuò)展機(jī)架，且能夠?yàn)橐院蟮纳?jí)作準(zhǔn)備。由于此項(xiàng)目涉及的I/O點(diǎn)比較多，且兩個(gè)操作臺(tái)與總控制柜有一定的距離，因此，選用CJ1W-SRM21的CompoBus/S單元，基于分散控制和減少接線的高速ON/OFF總線，使用它可以將控制柜和操作柜之間布線的工作量大大降低，更重要的是線少，故障點(diǎn)也少，對(duì)于以后的維護(hù)提供了極大的便利。

（3）伺服系統(tǒng)的選擇

伺服系統(tǒng)選擇安川系列的驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)。在此項(xiàng)目中需要4個(gè)伺服送料小車、2個(gè)磁上料平移伺服，根據(jù)計(jì)算所需扭距，分別選用0.85kW（SGMGH-09ACA）和2.9kW（SGMGH-30ACA）伺服電機(jī)及相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器。

（4）其它硬件的選擇

磁吊梁上下2臺(tái)電機(jī)需要有調(diào)速功能，因此選用三菱電機(jī)通用變頻器進(jìn)行控制；其它諸如斷路器、接觸器、接近開關(guān)等常用部件均選用施耐德電氣和OMRON品牌，可靠耐用且性價(jià)比突出。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

上料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和重點(diǎn)為伺服送進(jìn)程序的編寫，每種型號(hào)板料具有兩個(gè)定位孔，由伺服XA軸和XB軸組成移動(dòng)定位銷，每個(gè)定位銷有兩個(gè)位置需要寫入：插銷位置、上料位置。插銷位置是板料定位銷在等離子進(jìn)料滾道初始位置，上料位置是將板料送進(jìn)至等離子工作區(qū)的位置。通過PLC和觸摸屏編程，既可以通過觸摸屏選擇板料型號(hào)，也可以直接在觸摸屏中輸入數(shù)控軸的移動(dòng)數(shù)據(jù)參數(shù)。

（1）操作界面的設(shè)計(jì)

如圖3、圖4所示，為觸摸屏數(shù)控XA和XB軸的參數(shù)設(shè)定及手動(dòng)操作畫面。

圖3　左側(cè)小車參數(shù)設(shè)置及操作

圖4　板料型號(hào)選擇畫面

（2）伺服程序設(shè)計(jì)

本伺服系統(tǒng)是由PLC的NC213（運(yùn)動(dòng)模塊）來控制，編程之前需要設(shè)置NC213模塊的單元號(hào)來確定操作儲(chǔ)存區(qū)域的開始字n，n=2000+100*單元號(hào)，以左側(cè)伺服小車XA為例，當(dāng)單元號(hào)為“0”時(shí)，表1為操作存儲(chǔ)地址（本系統(tǒng)使用的）。

表1　操作存儲(chǔ)器地址

操作數(shù)據(jù)區(qū)域的開始字I在PLC程序中設(shè)定為1000，表2是XA軸數(shù)據(jù)區(qū)地址。

表2　XA軸數(shù)據(jù)區(qū)地址

表3中為伺服驅(qū)動(dòng)中必須要設(shè)置的參數(shù)。

表3　伺服驅(qū)動(dòng)器重要參數(shù)

對(duì)于XA，XB軸的到插銷和到上料位置，在PLC中的程序如下：

LD 2039.04 /AB到插銷位置按鈕/

OR W2.00 / AB到插銷/

ANDNOT T0001 / AB到插銷延時(shí)斷開/

AND 2040.06 /左側(cè)擋料銷落下開關(guān)/

OUT W2.00 / AB到插銷/

TIM 0001 #10 / AB到插銷延時(shí)斷開/

LD W2.00 / AB到插銷/

@XFER(070)#2 D30 D1008 / A軸插銷位置傳送/

@XFER(070)#2 D32 D1020 / B軸插銷位置傳送/

TIM 0002 #5 / AB到插銷/

LD 2039.05 /AB到上料位置按鈕/

OR W2.01 / AB到上料/

ANDNOT T0003 / AB到上料延時(shí)斷開/

AND 2040.06 / 左側(cè)擋料銷落下開關(guān)/

OUT W2.01 / AB到上料/

TIM 0003 #10 / AB到上料延時(shí)斷開/

LD W2.01 / AB到上料/

@XFER(070)#2 D34 D1008 / A軸上料位置傳送/

@XFER(070)#2 D36 D1020 / B軸上料位置傳送/

TIM 0004 #5 / AB到上料/

@LD T0002 / AB到插銷啟動(dòng)/

@OR T0004 / AB到上料啟動(dòng)/

OUT 2000.03 / A軸啟動(dòng)/

OUT 2002.03 / B軸啟動(dòng)/

圖5所示為NC與伺服驅(qū)動(dòng)模塊的電氣連接。

（3）總線設(shè)計(jì)

本上料系統(tǒng)接線方式采用CompoBus/S總線，從圖6中可以看出，總控制柜與兩個(gè)操作柜之間信號(hào)傳輸只需要一根4芯線即可，總線模塊機(jī)械號(hào)為“3”，根據(jù)特殊單元的地址定義規(guī)則，各分站模塊的輸入點(diǎn)地址為：2038CH～2045CH，輸出點(diǎn)地址為：2030CH～2037CH，由于總線的使用，能夠減少2/3的布線，相應(yīng)的故障點(diǎn)也會(huì)減少2/3，而使用的4芯線為屏蔽線，既提高了可靠性，又有效防止干擾。

圖5　XA軸NC與伺服驅(qū)動(dòng)器的電氣連接

圖6　CompoBus/S總線接線圖

（4）磁料梁的設(shè)計(jì)

磁料梁分為水平移動(dòng)和上下移動(dòng)。水平移動(dòng)有5個(gè)工位：平板沖下料工位，等離子上料工位，料垛小車輔助工位（3個(gè)）。工位的選擇在操作臺(tái)上由多位開關(guān)進(jìn)行選擇，選擇后相應(yīng)工位的位置參數(shù)自動(dòng)傳送到PLC中，當(dāng)按下平移按鈕后，水平電機(jī)自動(dòng)走到所選工位處。

上下電機(jī)由變頻器控制，圖7為變頻器電氣設(shè)計(jì)原理，圖中STF為上行開關(guān)，STR為下行開關(guān)，RES為復(fù)位開關(guān)，A1-C1為報(bào)警輸出，A2-C2為制動(dòng)輸出。當(dāng)吸料時(shí)，電磁鐵下降落到板料上，勵(lì)磁，上升到位開關(guān)，停止。放料也是同一個(gè)道理。

圖7　磁上料變頻電氣原理

（5）監(jiān)控報(bào)警顯示

如圖8所示為系統(tǒng)各部狀態(tài)監(jiān)控畫面，監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)各主要元件的狀態(tài)：磁料梁5個(gè)工位、定位銷和擋料銷位置、伺服電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以清楚地從監(jiān)控畫面中顯示出來，幫助維修人員快速準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)，予以排除。

圖8　系統(tǒng)各部狀態(tài)監(jiān)控畫面

4　結(jié)語

本文通過一個(gè)實(shí)例，詳細(xì)介紹了觸摸屏、伺服、PLC集成的一套比較完整的上下料系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)既定運(yùn)動(dòng)和高精度柔性化的伺服控制，并在設(shè)計(jì)中充分考慮操作人員的使用習(xí)慣和電氣維護(hù)人員的知識(shí)儲(chǔ)備，具有較高的理論價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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陳立中（1981-），男，山東青島人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于一汽解放青島汽車有限公司，主要研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化。段于偉（1983-），男，山東巨野人，工程師，本科，現(xiàn)就職于一汽解放青島汽車有限公司，主要研究方向?yàn)樵O(shè)備自動(dòng)化。

[新聞]

臺(tái)達(dá)助力全球最大型室外型集中式逆變器項(xiàng)目并網(wǎng)成功

2015年12月，隨著安徽蕪湖繁昌一期60MW漁光互補(bǔ)項(xiàng)目并網(wǎng)并正式投入運(yùn)行，標(biāo)志著使用室外型集中式逆變器建設(shè)的全球最具規(guī)模的漁光互補(bǔ)項(xiàng)目并網(wǎng)成功，開創(chuàng)了新型集中式逆變器技術(shù)在新能源科技領(lǐng)域的新時(shí)代。

繁昌一期60MW漁光互補(bǔ)項(xiàng)目所使用的是室外型集中式逆變器，是目前國(guó)際上使用室外型集中式逆變器建設(shè)規(guī)模最大型的光伏并網(wǎng)項(xiàng)目。

本項(xiàng)目選用臺(tái)達(dá)電子室外型500kW IP65防護(hù)等級(jí)集中式逆變器，其獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念和優(yōu)越的防腐蝕性能贏得客戶一致好評(píng)。與傳統(tǒng)火力發(fā)電方式相比，本項(xiàng)目累計(jì)發(fā)電量約為15億千瓦時(shí)，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤57萬噸，減少二氧化碳排放約150萬噸、減少二氧化硫排放約1.4萬噸，減少粉塵排放量約0.4萬噸，具有巨大的環(huán)境效益。

漁光互補(bǔ)就是在漁塘之上建光伏電站，可同時(shí)兼顧發(fā)電與漁業(yè)養(yǎng)殖，充分利用了當(dāng)?shù)赝恋刭Y源，社會(huì)效益十分明顯。項(xiàng)目所處環(huán)境終年潮濕，腐蝕性強(qiáng)，所以特選用“臺(tái)達(dá)室外型500kW IP65防護(hù)等級(jí)集中式逆變器”直接安裝在室外，而非采用傳統(tǒng)集裝箱或機(jī)房安裝模式。首先，它有效解決了環(huán)境腐蝕的難題。逆變器采用兩層外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最外層采用鋁合金加粉體烤漆的組合，可以在嚴(yán)苛的鹽霧和高潮濕環(huán)境使用；內(nèi)層采用熱鍍鋅鋼板材質(zhì)，提高穩(wěn)固性；第二，使逆變器擁有長(zhǎng)生命周期。采用具備IP65防護(hù)等級(jí)的電子部件進(jìn)行獨(dú)立空間設(shè)計(jì)，能有效抑制外來的粉塵、鹽霧和高溫、高濕對(duì)電子部件的干擾，不受散熱氣流影響，確保電子部件長(zhǎng)壽命運(yùn)行；第三，保證系統(tǒng)效率及品質(zhì)。全部采用進(jìn)口的高精度電子器件設(shè)計(jì)，并擁有臺(tái)達(dá)近40年的IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）使用經(jīng)驗(yàn)作保證；第四，幫助客戶有效節(jié)約成本。逆變器集合了交/直流柜，體積小（1,600mm x 1,950mm x 800mm），占地面積小，重量輕（1,280kg），使用叉車可輕松搬運(yùn)，既節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)安裝及搬運(yùn)的人力成本，也減少了基礎(chǔ)建設(shè)的費(fèi)用。

該項(xiàng)目總占水面和灘涂面積約1600畝，項(xiàng)目全部建成投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)后，預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)年發(fā)電量6500萬千瓦時(shí)，在取得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也對(duì)提高資源綜合利用率、改善生態(tài)環(huán)境都起到十分積極的作用。

摘要：本文主要介紹了等離子伺服上料電氣系統(tǒng)，此系統(tǒng)能夠通過在觸摸屏中輸入不同板料的參數(shù)，使伺服小車自動(dòng)走到板料定位孔位置，頂起定位銷，并將板料精確送進(jìn)至等離子工作區(qū)。

關(guān)鍵詞：伺服；觸摸屏；PLC；Compobus/S總線

Design and Application of Plasma Feeding System

Abstract:This paper introduces the electric feeding system of the plasma servo.This system is able to input the different parameters by touching screen,make the servo car automatically move the fixed position,and carry the sheet metal to the work area precisely.

Key words:Servo; HMI; PLC; Compobus/S Bus

作者簡(jiǎn)介

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1003-0492(2016)02-0090-04

中圖分類號(hào)：TP273