摘要:可编程序控制器控制系统具有很多优点,在工业控制各领域得到了越来越广泛的应用。基于可编程序控制器的控制系统多数情况下会以微机为上位机,可编程序控制器为下位机,完成对生产过程的控制,工艺参数的监控及修改。PLC用于轴承生产控制系统是必然的结果。
关键词:轴承加工;PLC控制系统;程序设计
中图分类号:TM571文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)07-0020-02
随着我国基础工业的飞速发展,各个使用领域对滚动轴承性能的技术要求也越来越高,要求体积更小,重量更轻,寿命更长,摩擦更低,部分还要求在特殊环境下具备极高的可靠性。我国的PLC轴承生产控制系统正在缩小与发达国家的差距。可以预计,在不久的将来,我国的PLC轴承生产控制系统必将赶超世界先进水平。
一、PLC工作原理概述
PLC的工作原理与计算机的工作原理基本相同,它通过执行用户程序来实现控制任务,但PLC的工作原理有自己的特点:(1)可靠性高,抗干扰能力强;(2)配套齐全,功能完善,适用性强;(3)系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造;(4)体积小,重量轻,能耗低、性能价格比高。
(一)扫描的工作方式
PLC的工作过程是以循环扫描的方式进行的。循环扫描的方式是指在程序执行过程中,以周期循环的方式,对各个过程输入信号进行采样,然后运算处理,再将结果输出到现场的执行机构中。在一个程序执行周期中,如果一个程序语句的条件不具备,则该语句不执行,程序也将继续扫描下去,而不是等待。一旦该语句条件具备,当下面某个扫描周期到来时,则执行该语句。
(二)中断方式
PLC中断处理的原理与计算机中断处理的原理也是基本一致的。但还有几点区别:
1.部分PLC在执行中断任务过程中,不再响应其它中断,只有等到该中断任务执行完毕后,才处理其它中断,即使是出现中断级别较高的中断。
2.序调用相应的中断子程序进行处理。
3.在中断处理的过程当中,如果出现新的中断源,无论它的优先级如何,也只有等到在执行的中断结束,才能处理新的中断。
二、轴承加工PLC控制系统的硬件设计
(一)PLC控制系统的总体要求
我们根据轴承加工的工艺要求及特点,查阅了大量PLC用于各工业控制系统的论文资料,听取结合生产现场的要求,总结了如下的设计原则及要求。
1.系统必须具有高可靠性、稳定性和灵活性。
2.系统采用的硬件、软件和网络应具有当今世界先进技术水平,且经过工程实践考验,证明其是实用的产品。
3.系统应具有较强的人机对话能力。较强的人机对话能力能够使对轴承加工过程的实时监控变得更加方便,在上位计算机侧及下位PLC侧应能够显示或提示操作及监控等信息,以便于监控操作,以及及时维修。
4.能适应生产的需要,同时控制系统操作简单,灵活又方便维护。
5.系统采用的网络结构应是技术先进和性能可靠的。
(二)PLC控制系统的设计步骤
PLC控制系统是个涉及面广、工艺复杂、检测仪表以及控制设备繁多的系统,其整体设计思路如下,设计流程图如图1所示:
1.首先分析生产过程的工艺要求和现场生产设备的功能,确定控制系统要实现哪些功能。
2.进行PLC系统的配置设计。这包括控制器的选择、容量的确定、I/O模块的选择、电源模块的选择、控制模式的选择、数据通信模块和通信模式的选择等。
3.根据控制要求,基本确定数字I/O点和模拟量输入和输出通道的数量,进行I/O点的初步分配,编制I/O点地址表。
4.确定控制系统的输入设备、输出设备,画出接线柜的接线图,再根据接线图,进行现场配线。
5.在确定I/O地址表后,根据不同的控制与检测对象,编制模块化程序,进行初步调试。
6.若程序不能满足要求时,则再进行修改。
7.程序初步调试好后,即可进行联机调试,在此过程中,若是程序出现的问题,修改程序,若是硬件系统出现的问题,则再查找硬件问题,直到联机调试成功。
8.最后软件和硬件都调试通过,则可正式投产运行。
(三)PLC系统硬件的选型
这里主要介绍了轴承轴承内套圈内径加工工程所用到的PLC的硬件及其使用方法。包括CPU模块、PLC基架、基架电源、数字量输入模块、数字量输出模块、上位通讯模块、智能模块等。
1.PLC基架的选择。SU系列控制器的基架有三种可供用户选择,分别是5槽(U-14B)、7槽(U-16B)、9槽(U-18B)。使用者可以根据系统的大小及安装位置来确定选择某种槽数的基架。
2.CPU模块的选择。CPU模块,推荐选择SU-6B。此种模块功能比较强大:顺序指令处理速度达0.3μs、处理指令条数达191种、上位通讯通过CCM网最大可加入8个网络、并且有PLC电源输入部分、DC24V输出部分等,此种模块足以满足轴承内套圈内径加工工程的使用。
3.输入模块的选择。轴承内套圈内径加工工程所用到的输入点数共计80个左右,为了保持有一定的扩展能力,我们推荐选择两种型号的输入模块,U-08N(32个输入点)和U-09N(64个输入点)。
4.输出模块的选择。轴承内套圈内径加工工程所用到的输出点数共计40个左右,为了保持有一定的扩展能力,推荐选择输出模块U-18T,它具有32个输出点。
5.上位通讯模块的选择。光洋电子的上位通讯模块U-01DM支持CCM、MODCON、点对点、无协议通讯等协议。利用U-OIDM,可以与其他PLC间交换信息;与上位计算机进行串行通讯;并可构成PLC控制网络系统。推荐使用U-01DM,通过CCM协议与上位计算机进行串行通讯来实现监控生产的目的。
6.智能模块的选择。可以采用模拟量输出模块(U-01DA)来进行速度输出控制,并且在软件设计中加入高速限制的保障。
7.智能模块(高速计数器模块)的选择。选用高速计数器模块的目的是解决主轴工作台进给时发生的计数漏掉的问题。我们推荐采用光洋电子公司的高速技术模块(U-01Z),其最高计数频率为IOOKCPS的加减算计数能力(普通输入模块频率为1KCPS),从而克服了漏掉计数的问题。
8.存储器盒的选择。32K语的EEPROM(G-25M)具有存储区间大、可随意编辑修改程序、无需电池保持程序等优点,适合大多数控制系统的需要。轴承内套圈内径研磨PLC控制系统选用的型式见表1:
三、轴承加工PLC控制系统的程序设计
(一)采用网络组态软件
采用组态软件进行监控和管理。PLC的各种优点对一个监控系统是重要的,但PLC作为一种控制设备,用它单独构成一个监控系统是有局限性的,主要是无法完成复杂运算、无法显示各种复杂的实时图形和保存大量的数据,也较难显示汉字,没有良好的用户界面。这些不足可由上位机来弥补。上位机通讯监测软件采用组态软件,建立相应的数据库系统,对系统的历史数据进行处理。组态软件TuringControl就是一个不错的选择。
(二)TuringControl运行的软硬件环境
TuringControl监控软件作为一个实时数据采集和监视管理以及数据纪录的系统软件,其软硬件系统的配置直接影响到软件系统的运行表现,并直接关系到能否满足其功能。根据这个原则,对TuringControl软件系统推荐以下基本配置:
1.PentiumII300以上计算机。
2.基本的TuringControl系统安装需要不低于40Mb的硬盘空间,但随着报警文件、历史数据库的动态增加,会需要更多的硬盘空间。
3.为了保证TuringControl的运行效率建议使用64Mb以上的内存。
4.由于TuringControl可以提供丰富的色彩和逼真的动画效果,建议用户采用SVGA显示器以及可以支持16位增强色的显示卡。
5.TuringControl目前的版本运行于Windows98、Windows2000、WindowsNT4.0(SP6)操作系统之上,为了保证系统运行的可靠性,建议单机运行时也采用Windows2000平台。
6.TuringControl支持的网络协议为TCP/IP协议。
四、结论
轴承研磨PLC监控系统建成后,可以提高轴承加工的自动化程度,使整个轴承生产周期大大降低,产品合格率得到了很大的提高,设备维修方面能够做到快速、及时,公司各部门能够根据自己的权限掌握生产现场的具体情况并对生产现场即时实施监控。这样,降低了整个公司的运行成本,劳动效率得到了很大的提高,所带来的经济效益非常可观。
参考文献
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