PLC在自动化设备中的应用.doc

论文题目：PLC在自动化设备中的应用

单位名称:
南京菲尼克斯公司
作 者：
许广涛

摘要:本文着重介绍了PLC在自动化设备中的改造应用和电气安全联锁的控制及主轴电机使用变频器的效果。结果表明,采用PLC控制减少了故障，增强了安全性，提高了自动化功能。主轴电机增加变频调速后，不仅实现了电机的软启动，也降低了维修费用。同时根据管件的大小来调节切断坡口速度,这样就提高了生产效率。
关键词：PLC电气控制；变频器调速； 电气联锁.

目 录
第一章 概述
4
1。1 前言
4
1.2 电气系统的改造设计思路
4
1。3 工艺流程图
5
第二章 元器件选型与PLC梯形图设计
7
2.1 主控电气元件选择
7
2。2 变频器选型
7
2.3 PLC的选型及特点
7
2。3。1 PLC基本特点
7
2。3。2 PLC选型
7
2.4 I/O分配表
8
2.5 PLC梯形图
10
2.6 PLC外部接线图
13
第三章 电气控制
14
3。1 油泵控制
14
3。2 进料控制部分
14
3.3 出料辊道控制部分
14
3.4 主机控制部分
15
第四章 切断坡口机调试程序、方法和注意事项
16
4。1 操作流程
16
4.2 设备电气调试方法
16
4.3 调试中的问题与解决方法
16
4.4 故障现象
17
总结
18
结束语
19
附录

PLC 在自动化设备中的改造应用

第一章 概述
1.1 前言
目前，国内自动化设备建设正处于高峰期，举世瞩目的西气东输工程建设、石油化工的快速发展、人工智能、电力电子等。自动化设备，它能代替人工实现对产品快速高效的加工，是工厂必不可少的配套设备。自动化设备能适应野外作业，能在环境恶劣的情况下工作,老设备一直在沿用继电器联锁的控制方式,布线复杂，可靠性差,故障查找困难，维修不便。由于这种设备电气故障居高不下,功能单一,直接影响到设备的生产效率。同时复杂的电气电路也给增设安全保护装置带来不便。本文就对切断坡口机如何提高工作效率、设备稳定性和设备安全性加以讨论。
1。2 电气系统的改造设计思路
近年来，PLC 应用技术发展迅速，在工业控制的众多领域都得到广泛的应用；特别是在机床电气控制系统中大量运用。为此我们用PLC 对现有的机床进行改造并取得了良好的效果.此举措不仅可以大大的简化线路，而且在电气系统运行可靠性上也有了显著提高。同时增加了主轴电机变频调速，提高了产品的加工范围和加工速度,降低了故障率也使维修人员维修方便，提高了工作效率。
主机采用变频器后提高了生产效率，因为变频器可以实现段速和软起动，而且段速是可以设置到自己想要的速度,比以前的双速电机控制范围更广.所以我们采用了变频器两段速调节，低速起动时很慢这样可以方便人看到刀与管子的距离是否合适以防发生意外,同时也可以降低电机起动电流。原来的双速电机低速起动时速度还是比较快的不方便操作,速度也不可调，而用变频器来控制主轴电机可以实现平滑调速把速，这样提高了产品的品种同时提高了生产效率。(原设备电气原理图见附录图1－3 ， 1－4 , 3－6 )
1。3 工艺流程图（见下图1－l , 1－2 )
2 设备工艺特点及控制要求
2。1 设备工艺特点
图1 为自动化生产线工艺流程简图，其主要包括上料机构、进料输送辊道、出料输送辊道、下料机构五个大部分。当料架上的钢管被挡料机构推到上料机构翻臂时，翻臂下降让管子落到输送辊道上开始输送,输送到主机时辊道上升到与主机高度平齐刀盘开始夹紧，夹紧后起动刀盘当刀盘运转到高速时自动打开冷却水泵开始切割坡口,切割坡口完成开始出料输送，送到料架处时打开下料机构翻臂把管子翻到料架上,完成加工。
档料机构
钢管
物料架

主机切断坡 口
进料输送辊道
上料机构

物料架
下料机构
出料输送辊道

图1－1 生产线工艺流程图

第二章 元器件选型与PLC 梯胎图设计
2.1 主控电气元件
断路器、交流接触器、中间继电器等还是用以前的型号，控制变压器有以前的10OVA 更换为25OVA 。
2.2 变频器选型
选用变频器时我们主要考虑到经济实用，按照负载大小匹配，因为我公司很多设备都是使用三菱变频器,为了以后维修方便我们就选择了三菱通用型FR－D700 型5.5 KW 变频器。
2.3 PLC 的选型及特点
2。3.1 PLC 基本特点
( 1 ) PLC 的I/0 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC 内部电路之间电气上隔离。（ 2 )各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10— 2Oms。（ 3 )各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。( 4 )采用性能优良的开关电源.( 5 )良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU 立即采用有效措施,以防止故障扩大.
2.3。2 PLC 选型
目前在国内市场上有从美国、德国、日本等国引进的多种系列PLC ，开发数十种PLC ，故PLC 系列标准不一，功能参差不齐，价格悬殊。在此情况下,PLC 的选择应着重考虑PLC 的性能价格比选择可靠性高,功能相当，负载能力合适，经济实惠的PLC .据对多种因素的分析比较及为实现所有功能并考虑到以后设备功能升级，现需要输入口21 点,输出口14 点，选用了40 点I/0 单元的PLC , 输入光电隔离,输出继电器隔离，负载能力强的日本三菱公司FX1N— 40MR 型PLC 。

2。4 I/0 分配表 
表一 I/0 分配表
XO
急停
YO
进料输送前进
Xl
进料输送前进
Yl
进料输送后退
X2
进料输送后退
Y2
进料输送上升
X3
进料输送上升
Y3
进料输送下降
X4
进料输送下降
Y4
上料机构上升
X5
上料机构上升
Y5
下料机构上升
X6
上料机构下降
Y6
下料机构下降
X7
上料机构升限
Y7
刀盘高速启/停
X10
上料机构降限
Y1O
刀盘低速启/停
Xl1
下料机构上升
Yl2
卡盘松开
X12
下料机构下降
Y13
卡盘夹紧
Xl3
刀盘启动
Yl4
冷却水泵
X14
刀盘停止
Y15
主变频器报警
Xl5
刀盘参考点

X16
卡盘松开

Xl7
卡盘夹紧

X2O
卡盘松限位

X2l
冷却水泵

X22
下料机构升限

X23
下料机构降限

X24
主变频器报警

2。5 PLC梯形图(见下图2－1，2－2，2－3)

第三章 电气控制
3。1 油泵控制（见附录图3—1， 3—2 ）
电源开：自复式带灯按钮开关,设备总电源供电接好以后，按下此按钮设备电源开，按钮指示灯点亮，电源打开。
电源关：自复式按钮开关,按下此按钮设备电源关,设备停止工作。
注意：开始工作时需将电源打在开的状态，下班后要将电源关掉。
油泵开关：二位保持钮子开关,打在开的位置,油泵开始工作，打在关的位油泵停止工作。设备上所有液压升降、夹紧松开等动作必须是在油泵开的状态。
3。2 进料控制部分(见附录图3—3, 3—2 ， 2-4， 3—4）
挡料机构前进／后退：三位自复位钮子开关，用于控制挡料机构前进与后退。挡料机构是阻挡其他管子通过，只允许一个管子送到上料机构翻臂上。
上料机构上升／下降：三位保持钮子开关，用于控制上料机构上升与下降.上料机构的作用是通过翻臂把料架上的管子翻到输送辊道上。并有限位开关作信号联动保护。
进料输送辊道上升／下降：三位自复位钮子开关，用于控制输送辊道上升与下降。输送辊道上升与下降有限位保护。
进料输送辊道前进／后退：三位自复位钮子开关，用于控制输送辊道前进与后退.注意当只有上料机构翻臂降到位和卡盘松到位时才可输送。
辊道输送速度调节：用于调节管子的输送速度,变频无级调速,顺时针旋转速度增快，逆时针旋转速度减慢。
指示灯：用于进料输送变频器故障时的报警指示。
3.3 出料辊道控制部分（见附录图3－2 , 3－4 )
出料辊道上／升下降:三位自复位钮子开关，用于控制输送辊道上升与下降。输送辊道上升与下降有限位保护.
辊道输送速度调节：用于调节管子的输送速度，变频无级调速，顺时针旋转速度增快，逆时针旋转速度减慢.
报警指示灯:用于出料输送变频器故障时的报警指示。
下料机构上升／下降:三位保持钮子开关，用于控制下料机构上升与下降。下料机构的作用是通过翻臂把输送辊道上的管子翻到料架上。上料机构上升下与下降有限位保护。
3.4 主机控制部分(见附录图2-4 , 3—6 )
照明开／关：二位保持钮子开关，用于控制照明开与关.
冷却开／关：二位保持钮子开关，用于控制冷却水泵的开与关。当刀盘高速运转时此开关不能停止。
卡盘松／紧：三位保持钮子开关，用于控制卡盘的夹紧松开。主意刀盘运转时不允许松开卡盘。
刀盘启动:自复式按钮开关，用于控制刀盘的启动。注意卡盘夹紧电磁不在夹紧状态下不允许启动。
刀盘停止:自复式按钮开关，用于控制刀盘的停止。
刀盘报警：用于刀盘变频器故障时报警指示，同时把所有设备停止，当故障排除后要按下报警复位才能再次运行。
气动拔插：用于控制自动进刀。

第四章 切断坡口一体机调试程序、方法和注意事项
4。1 操作流程
·接通电源设备。
·将输入辊道的高度调到最低点。
·把待加工的一批管子用吊装装置吊放到料架上。
·把油泵打在开的状态，把管子用翻臂翻到输送辊道，然后输送到主机,卡盘夹紧。
·操作手动对刀,使刀头靠近管件1mm的距离,然后按下刀盘启动按钮，开始坡口.切断坡口完成后按下刀盘停止按钮，刀盘停止,把卡盘松开，当卡盘松开到位后,开始将管子输送到料架处，用翻臂把管子翻到料架上.切割下一个管子重复上述程序。
4。2 设备电气调试方法
4。2。1 检查接地螺丝与接地桩之间是否已保持良好的连接。用万用表测量接地桩与设备电控箱等操作者可触摸到的任何表面之间的电阻值。要求该电阻值≤1Ω。
4。2。2 用兆欧表检查电源插头、电源接线对机床、锯架等任何外表面（可触摸到的）之间的绝缘电阻,要求该电阻值勤）≥2MΩ。
4。2.3 调试前把所有的接线都排查了一次并把电控箱卫生打扫干净并查看电控箱内电气元器件容量、电压等级、内部接线、及过流保护范围是否符合标准。
4.2.4 电动机的接线方式要与铭牌标注相同，核对铭牌转速与机械设备要求一致，铭牌功率要与图纸设计符合。
4。2。5 在检测电机与电控合格后，方可进行电机无负荷运行,并检查电机运行方向是否与机械设备要求一致，电机无负荷运行一段时间后可轻载试验最后满载运行。
4。3 调试中的问题与解决办法
4.3.1 电气试车阶段检查主回路电器元件及主接线完好,控制回路元器件及外部接线也完好的情况下，首先空载试车全部正常。但进料输送辊道输送大管件时电机有响声但无法输送，当时怀疑机械卡死，经过机械组师父协助排查后机械部分正常。我们就在电气方面排查，变频器参数设置正常，电气控制部分正常，电压也正常，最后在电气工程师的帮助下发现变频器是220V 输入输出三相220V ，而电动机是星形接法38OV供电，有于电压降低造成输出转距降低，在我们电气工程师的指导下我们把星形接法改成三角形接法后正常.
4.3。2 进料输送时有于操作上的失误卡盘没有松到位被管子撞到了，所以我们把PLC 程序作了更改卡盘不松到位不允许输送。
4.3。3 刀盘起动时先高速运转后低速运转与实际设计程序相反,把PLC 内部程序Y1O 和Yll 互换,问题解决了。
4。4 故障现象
现象
可能原因
处理方法
翻臂、卡盘夹紧机构不动作
1．液压站没有打开
2．液压站液压油缺少
3．油路堵塞或漏油
4．控制开关损坏
5．急停没有打开
6．电磁阀损坏
1．打开液压站
2．增加液压油
3．检查油路
4．更换开关
5．打开急停
6．更换电磁阀
输送辊道电机、刀盘电机不动作
1．电源没有打开
2．控制开关损坏
3．变频器报警
4．输送电机损坏
5．电路故障
6．调速旋钮调到最小位置
1．打开电源
2．更换开关
3．排除故障
4．更换电机检查电路
5．将速度调整合适

总结：
在没有改造前管子吊装要专配一个行车进行跟踪吊装管件,现在改成了自动上下料系统，不再需要行车跟踪吊装了，这样就节约了行车的投资。行车吊装一根管子要十分钟左右，而自动上下料只需要不到二分钟的时间,这样就提高了装料速度。主轴电机以前只能切断坡口直径Ø219 毫米的管子时效率是最大，当切断坡口直径Ø219 毫米以下的管子时效率明显偏低，输出功率很大转速却很低.由于变频器可以实现无级调速，把主机改成变频器控制后就很好的解决了这个问题，当小管子时坡口速度可以提高到一倍以上。
采用了PLC 改造切断坡口一体机电气控制系统，改变了设备传统的电气控制方式。PLC 的输入、输出部分均有发光二极管显示,方便了检修人员查找电气故障，提高了检修效率，而且安全保护功得到了很好的完善，自改造至今电气故障、安全事故都大大减小了。管子进料、切断坡口速度的提升使生产效率明显提高。此次改造投资不到设备的价格的百分之十左右，却使产能总体提升了三倍以上，同时缩短了生产周期,增加了市场竞争能力。因此受到用户的好评。

结束语
但也应当看到,我们对PLC 的应用还是比较初级的。在状态检测和状态记录、无级调速的步进控制（直接采用PLC 控制，取消原来的电子调速控制箱），管件的自动定长以及人机界面的适时显示均是空白.随着技术的提高,我们不应当满足现有的改造，应当在上述方面进行进一步的提高，从而创造更大的经济价值。我们在切断坡口机的改造中，对实际问题有了更好的态度，从程序的初步设计开始到调试结束,我领悟到：理论与实际内容是分工和互补的，培养了我们的思维方法和应用所学知识解决问题的能力。
总的来说，这次改造任务是对我们专业知识的考验,也是对我们学习态度和工作作风的考验，更是为了将来能在工作岗位上更好的发挥作用.

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