PLC在軸承滾針分選機(jī)控制中的應(yīng)用

1 引言
為了提高和保證產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)中對一些部件按照一定的工藝要求進(jìn)行歸類分組是必要的。以軸承的生產(chǎn)為例，要求對生產(chǎn)中的滾針和滾柱進(jìn)行分選組別，這一工作由軸承滾針分選機(jī)來完成。
分選機(jī)的功能是對工件進(jìn)行連續(xù)測量，將被測參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)電路放大、邏輯運(yùn)算處理后。控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對工件實(shí)行自動(dòng)分選。
2 軸承滾針分選機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)采用OMRON C200H模塊式PLC，現(xiàn)場開關(guān)信號(hào)接入24V輸入模塊，指示燈、中間繼電器及電磁鐵線圈由晶體管型輸出模塊控制。選用差動(dòng)式電感傳感器(差動(dòng)式電感傳感器是把被測的非電量轉(zhuǎn)換成線圈的互感變化，由兩個(gè)相同的電感線圈和磁路組成，使用時(shí)，一個(gè)線圈的電感量增加，另一個(gè)線圈的電感量減小，形成差動(dòng)形式，以提高傳感器的靈敏度和線性度)將滾針或滾柱的直徑和長度的變化轉(zhuǎn)變成電感量變化，再經(jīng)測量放大電路放大成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)，接至PLC的模擬量輸入模塊。
該系統(tǒng)總輸入點(diǎn)為:開關(guān)量為5點(diǎn)，模擬量為2點(diǎn)，分別采用直流24V的8點(diǎn)輸入模塊IM211和模擬量輸入模塊AD001;輸出點(diǎn)為開關(guān)量17點(diǎn)，選用OD411(8點(diǎn))和OD211(12點(diǎn))兩塊晶體管輸出模塊。對PLC的輸入輸出端子進(jìn)行定義和分配如附表所示。
附表 分選機(jī)PLC控制系統(tǒng)的I/O分配表

輸入地址 信號(hào)定義 輸出地址 信號(hào)定義
00100 啟動(dòng)檢測 00200 送料電機(jī)
00101 停止檢測 00201 正常指示
00102 同步脈沖 00202 超差指示
00103 復(fù)位信號(hào) 00203 運(yùn)行指示
00104 調(diào)整單步 00300-00311 料門1-料門11
輸出
00111 長度量 00204 故障報(bào)警
00112 直徑量
2.2 工作原理
分選機(jī)屬于比較測量儀器，先以標(biāo)準(zhǔn)尺寸工件定標(biāo)或先校正好測微儀的放大倍數(shù)，然后以被測工件與標(biāo)準(zhǔn)工件尺寸進(jìn)行比較，產(chǎn)生直徑尺寸差Δd和長度尺寸差Δl，電感測量頭將Δd和Δl轉(zhuǎn)變?yōu)殡姼胁瞀和ΔL，測量電路將電感差轉(zhuǎn)變?yōu)?~+10V的電壓信號(hào)Us。信號(hào)經(jīng)PLC模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，并根據(jù)工藝要求，將參數(shù)同標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，控制相應(yīng)料門電磁鐵。分選的工藝要求如下:
(1) 長度信號(hào)先與直徑信號(hào)進(jìn)行分選:分選時(shí)，先將滾針的長度測量值分為三類，即長度超差件L+、L-和合格件L0，然后再將L0工件按照其直徑大小細(xì)分為超差件D+、D-，合格件D1、D2、…D10，也就是說只有長度合格的工件才進(jìn)行直徑分選。
(2) 組別按尺寸大小，由小到大進(jìn)行排列:長度按L-、L+、L0，直徑按D-、D1、D2、…D10、D+，從小到大順序排列，以保證工件準(zhǔn)確地落入屬于自己的組別。

3 PLC控制系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì)

3.1 程序控制的要求
現(xiàn)通過工件1從送料到落料來說明一個(gè)程序周期的過程:
(1) 送工件1至測量平臺(tái)(同時(shí)推落上一工件);
(2) 對上一工件測量信號(hào)值清零，該工件對應(yīng)的落料門關(guān)閉;
(3) 對工件1進(jìn)行測量并鎖存，打開相應(yīng)料門，準(zhǔn)備落料;
(4) 工件2送料，同時(shí)將工件1頂下落料;
(5) 工件1經(jīng)一段時(shí)間落入相應(yīng)料門;
(6) 工件1測量信號(hào)清零，相應(yīng)料門關(guān)閉。
3.2 程序設(shè)計(jì)
(1) 程序的控制流程
PLC程序的控制流程圖如圖1所示:

圖1 控制系統(tǒng)流程圖

(2) 信號(hào)輸入與干擾消除
在輸入的模擬量信號(hào)中，會(huì)含有各種噪聲和干擾。為了準(zhǔn)確地進(jìn)行測量和控制，必須消除被測信號(hào)中的隨機(jī)干擾。PLC的 AD001模塊引入數(shù)字濾波方法，它可根據(jù)用戶設(shè)定的積分常數(shù)對多次A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值，以消除干擾。其中，積分常數(shù)就是A/D轉(zhuǎn)換的次數(shù)，平均值是將多次A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)之和與積分常數(shù)相除，并忽略計(jì)算結(jié)果中的小數(shù)部分。
設(shè)N為A/D轉(zhuǎn)換次數(shù)，AD001中四路輸入的N值分別預(yù)置在DM1101-DM1103中。在這里將N取2，所用2路積分常數(shù)預(yù)置在DM1101和DM1102通道中。IR區(qū)中10001-10004分別是第一路到第四路的求平均值啟動(dòng)位，當(dāng)其被置為“1”時(shí)，則向AD001發(fā)出取平均值的指令，此時(shí)平均值為二進(jìn)制數(shù)。取平均值的梯形如圖2所示:

圖2 取平均值的梯形圖
(3) 數(shù)據(jù)換算
由于A/D轉(zhuǎn)換得到的是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，即相對于傳感器測量范圍的相對百分?jǐn)?shù)，不能直觀地表示過程被測量的量綱，因此需要進(jìn)行換算。AD001可根據(jù)用戶設(shè)定的上下限參數(shù)，將AD轉(zhuǎn)換后的12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)換算成4位十進(jìn)制數(shù)。AD001按下式進(jìn)行換算，并忽略計(jì)算結(jié)果中的小數(shù)部分。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換梯形圖如圖3所示，其中兩路的上、下限參數(shù)值分別預(yù)置在DM1110、DM1111和DM1112、DM1113中，參數(shù)值必須是0—9999的BCD碼數(shù)據(jù)，且兩數(shù)據(jù)之差不大于4000。IR區(qū)中10005、10006分別為第一路、第二路的數(shù)據(jù)換算啟動(dòng)位，當(dāng)其被置為“1”時(shí)，則向AD001發(fā)出執(zhí)行換算指令。

圖3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的梯形圖

(4) 數(shù)據(jù)分組
滾針或滾柱的直徑及長度測量信號(hào)在轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，還要同內(nèi)部寄存器中的設(shè)定植進(jìn)行比較，以便進(jìn)行分組，即確定滾針或滾柱應(yīng)屬的組別，并將其歸入該組。
根據(jù)工藝要求，將長度設(shè)為上限和下限值，分別預(yù)置在DM1110和DM1111中;直徑設(shè)為10組，分別預(yù)置在DM1112到DM1121中。實(shí)際測量值連續(xù)同設(shè)定植比較，即可確定相應(yīng)組別。
長度比較梯形圖如圖4所示，當(dāng)00103接通時(shí)，將通道DM006中的值同DM1110相比較，如小于設(shè)定下限值，則LE接通，接通00400輸出。如大于設(shè)定下限值，則同上限值DM1121相比較;如大于上限值，則接通00401輸出。00400和00401使超差門00311接通輸出。

4 結(jié)束語

圖4 長度測量值分組梯形圖

在工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，有許多參數(shù)(如長度、直徑、厚度等)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，以便確定產(chǎn)品是否合格或按照參數(shù)值進(jìn)行分類處理，利用PLC進(jìn)行控制具有硬件簡單，易于進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和控制流程的修改、運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低、分組精度高等優(yōu)點(diǎn)，是一種較為理想的控制方案。