電氣自動化在油泵性能試驗(yàn)臺上的應(yīng)用

1、    電氣自動化在油泵性能試驗(yàn)臺上的應(yīng)用    李永鑫摘 要：2015年富奧汽車零部件股份有限公司泵業(yè)分公司為大眾公司配套節(jié)油性能更穩(wěn)定、性價比更高的ea211油泵產(chǎn)品。為了保障產(chǎn)品的性能指標(biāo)達(dá)到大眾主機(jī)廠的審核驗(yàn)收要求，急需自制油泵總成性能試驗(yàn)臺。經(jīng)過市場調(diào)研及性價比對照，主要部件選用操作簡單、穩(wěn)定性好、在工業(yè)中應(yīng)用廣泛的松下plc、觸摸屏、伺服控制器及伺服電機(jī)，經(jīng)過軟件編輯組態(tài)程序，配盤反復(fù)調(diào)試后，成功完成這臺油泵總成性能試驗(yàn)臺的自制工作，并取得良好的效果。關(guān)鍵詞：可編程控制器 觸摸屏 伺服系統(tǒng) 自制試驗(yàn)臺：tk407 ：a ：1674-098x（

2、2017）01（a）-0002-03近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，在國家“雙創(chuàng)”戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，電氣設(shè)備制造行業(yè)迅速復(fù)蘇，擁有強(qiáng)大的電氣自動化技術(shù)對企業(yè)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，在現(xiàn)代化的企業(yè)中運(yùn)用自身所學(xué)的理論知識，設(shè)計(jì)自制或改造設(shè)備已經(jīng)屢見不鮮。在了解產(chǎn)品基本性能的前提下，怎樣才能投資少見效快，這才是技術(shù)人員要解決的實(shí)際問題。近年來，隨著plc觸摸屏數(shù)字伺服應(yīng)用逐漸成熟，這方面的非標(biāo)設(shè)備占有率逐年加大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性逐年提高，而且價格持續(xù)下降，最終我們選用了松下產(chǎn)品。1 自制方案設(shè)計(jì)首先要了解ea211 1.4t油泵產(chǎn)品的工作原理，針對產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺動作原理，該次自制試驗(yàn)臺共完成兩項(xiàng)指標(biāo)，即

3、檢測油泵軸負(fù)載扭矩和油泵的吸油能力。先檢測扭矩，完成后再檢測吸油能力，由于是干式試驗(yàn)臺，油泵不與機(jī)油直接接觸，應(yīng)用真空原理，驅(qū)動油泵達(dá)到一定轉(zhuǎn)速，將機(jī)油吸到一定高度。試驗(yàn)臺動作原理確定后，設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺的框架及動作流程，運(yùn)用觸摸屏作為plc的上位機(jī)，plc進(jìn)行外部信息收集并進(jìn)行內(nèi)部處理，控制氣缸動作及伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，觸摸屏既能與plc進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)通訊，又能對各種傳感器信號加以顯示，并可以手動設(shè)定產(chǎn)品的試驗(yàn)工藝參數(shù)，經(jīng)過論證后最終確定這是一種有效的電氣設(shè)計(jì)方法。具體工作如下：制造試驗(yàn)臺框架及油箱，制作伺服電機(jī)連接法蘭，將伺服電機(jī)與工裝連接好。氣缸閥體固定好，設(shè)計(jì)電氣原理圖，硬件配盤，編輯plc和觸摸屏

4、組態(tài)軟件程序，修改驅(qū)動器的控制參數(shù)，設(shè)置rfid卡傳輸數(shù)據(jù)，連接好各個電氣部件，配盤反復(fù)調(diào)試程序，最后使動作符合產(chǎn)品工藝要求。2 主要電氣部件簡介2.1 松下可編程控制器（plc）可編程控制器于1986年在美國首次登場，是用于自動控制的控制器。與當(dāng)時作為控制領(lǐng)域的主流繼電器自控方式相比，具有高可靠性、長壽命、易于編寫和可修改程序等特點(diǎn)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器更加小型化、高性能化、低價格化?，F(xiàn)在早已經(jīng)應(yīng)用到電氣自動化工控的各個領(lǐng)域?？删幊炭刂破鞯墓ぷ髟硎菍碜暂斎朐O(shè)備的信號，按照給定的條件進(jìn)行處理、運(yùn)算、判斷，并將結(jié)果輸出到外部設(shè)備。2.2 松下觸摸屏工業(yè)用觸摸屏出現(xiàn)在中國企業(yè)大約

5、十幾年時間，盡管時間不長，但發(fā)展很快，尤其是近幾年普及性逐年提高。日本松下觸摸屏又稱為可編程終端，它已經(jīng)成為系列化產(chǎn)品，屏幕尺寸規(guī)格齊全，有單色液晶和彩色液晶的區(qū)別，工作電壓均為直流24 v，觸摸開關(guān)壽命100萬次以上。觸摸屏的通訊方式有rs232c和rs485兩種，gt32配備usb接口，可以和各大公司不同品牌的plc連接。松下觸摸屏具備獨(dú)有的穿越功能，即計(jì)算機(jī)與觸摸屏用usb口相連，觸摸屏再與plc用串口相連，安裝在計(jì)算機(jī)的組態(tài)工具gtwin和plc編程軟件fpwin可以分別與觸摸屏和plc通訊。2.3 伺服驅(qū)動與電機(jī)我們選用的是松下mcdkt3520ca1驅(qū)動器，主回路電源200 v系列

6、單相三相供電均可，有控制信號、模擬/數(shù)字信號、脈沖信號輸入輸出功能，通訊功能有usb、rs232、rs4853種形式，控制功能有位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制及全閉環(huán)控制4種方式。與之相配套的是松下mhmd082g1u高慣量伺服電機(jī)，功率0.75 kw，最高轉(zhuǎn)速3 000 r/min。具有響應(yīng)速度快、定位時間短、動作平滑振動低、速度穩(wěn)定性好、電機(jī)小型化、指令分辨率高等特點(diǎn)。3 設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)連接原理框設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)連接原理框如圖1。4 試驗(yàn)臺的調(diào)試工作4.1 硬件配盤設(shè)計(jì)電氣原理圖，根據(jù)電氣原理圖進(jìn)行硬件配盤。各電氣部件按照功能進(jìn)行合理布局，按照原理圖進(jìn)行線號打印。布線整齊，易于維修。弱電信

7、號使用屏蔽線，強(qiáng)電線束與弱電線束盡量分開，減少干擾。4.2 plc的調(diào)試plc的調(diào)試是該次自制試驗(yàn)臺成功與否的關(guān)鍵一步，松下plc編程命令豐富，基本命令20條，特殊命令380條，這些命令足以滿足自制試驗(yàn)臺的需要。該次應(yīng)用使用的特殊指令有數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)寫入、數(shù)據(jù)傳輸、寄存器計(jì)數(shù)、模擬量采集計(jì)算、數(shù)據(jù)比較等。現(xiàn)在舉例說明幾步關(guān)鍵工作的處理。4.2.1 plc與巴魯夫rfid卡的通信巴魯夫rfid卡是能夠讀和寫的存儲部件，將rfid讀卡器接上dc24v電源，通過rs232c與plc相連，用自帶軟件將波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)等數(shù)據(jù)與plc端設(shè)定一致，否則無法正常與plc通信。讀卡器固定，當(dāng)rf

8、id卡通過時，讀卡器將數(shù)據(jù)讀到plc的存儲寄存器（d區(qū)），通過plc再上傳到觸摸屏，在觸摸屏上顯示年月日和流水號，收到上到序合格信號會自動落下夾緊，開始檢測。完成后將扭矩值和吸油時間及合格信號寫到rfid卡內(nèi)，最終上傳到服務(wù)器（見圖2）。4.2.2 扭矩信號和電機(jī)轉(zhuǎn)速信號的處理（1）扭矩信號處理。電機(jī)、扭矩傳感器及工件安裝在同一高度水平線上，垂直固定擺放，調(diào)整好各部件位置，使空載時扭矩信號趨近于零。正常工作時扭矩傳感器發(fā)出的信號，經(jīng)過放大器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的420 ma的電流，再通過a/d模塊，進(jìn)入plc的wx11通道，通過公式計(jì)算，將實(shí)際處理的結(jié)果實(shí)時上傳到觸摸屏。 （2）電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速信號處理。按

9、照工藝要求，這個試驗(yàn)設(shè)備需要3種速度，分別是50 r/min、600 r/min、100 r/min，設(shè)備先以50 r的轉(zhuǎn)速進(jìn)行扭矩檢測，測完扭矩后，速度自動轉(zhuǎn)換到600 r進(jìn)行吸油性能檢測，兩項(xiàng)試驗(yàn)均測試完成，以100 r/min轉(zhuǎn)一圈，每次都停在同一位置，為操作人員上下工件提供方便。驅(qū)動器設(shè)定為轉(zhuǎn)速模式，用plc的開關(guān)量控制驅(qū)動器地址，修改地址內(nèi)的參數(shù)來確定速度，達(dá)到開關(guān)量接通信號不同轉(zhuǎn)速不同。驅(qū)動器輸出05 v的標(biāo)準(zhǔn)速度信號經(jīng)過a/d模塊，進(jìn)入plc wx10通道，再經(jīng)過計(jì)算上傳到觸摸屏，進(jìn)行轉(zhuǎn)速實(shí)時顯示。5 驅(qū)動器的參數(shù)調(diào)整5.1 松下a5驅(qū)動器參數(shù)設(shè)定說明p0.01=1 速度模式p3

10、.00=3 8速度調(diào)速模式p3.04=0 速度1 零速p3.05=50 速度2 扭矩轉(zhuǎn)速p3.06=600 速度3 吸油轉(zhuǎn)速p3.08=100 速度5 準(zhǔn)停轉(zhuǎn)速4.17=160 1 v輸出對應(yīng)160轉(zhuǎn)速，5 v對應(yīng)800轉(zhuǎn)。5.2 松下a5驅(qū)動器接口i/o端子說明（x4）端子號 含義7 +dc24v41 -dc24v29 伺服使能信號輸入33 速度選擇輸入130 速度選擇輸入228 速度選擇輸入335 伺服準(zhǔn)備好輸出43 模擬量速度輸出+17 模擬量速度輸出-6 觸摸屏調(diào)試及說明觸摸屏作為plc的上位機(jī)，起到控制、設(shè)定、顯示plc內(nèi)部數(shù)據(jù)的作用。該次觸摸屏共做6個畫面，分別為掃描畫面、運(yùn)行畫面

11、、手動畫面、參數(shù)畫面、密碼畫面、上序不合格確認(rèn)畫面。掃描畫面功能：讀卡器讀取射頻卡內(nèi)的數(shù)據(jù)并上傳，最終顯示在畫面上方，便于操作人員查看。在該畫面下按設(shè)置鍵直接進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定畫面，按密碼鍵直接進(jìn)入密碼設(shè)定畫面，按手動鍵直接進(jìn)入手動操作畫面。運(yùn)行畫面功能：檢測到前序?yàn)楹细窦?，畫面會自動切換到該畫面，工裝會自動落下，扭矩傳感器傳動缸會向下動作與工件連接進(jìn)行試驗(yàn)。如果試驗(yàn)合格，夾具會自動松開。如果不合格，夾具不會松開，必須按該畫面的不合格確認(rèn)鍵，夾具才會松開，阻擋氣缸落下，工件滑出。按返回鍵回到掃描畫面。手動畫面功能：此功能為手動運(yùn)行各種動作，比如氣缸的動作、高低速的改變，此功能主要用于手動調(diào)整工裝及維

12、護(hù)工作。參數(shù)設(shè)定畫面功能：設(shè)定扭矩檢測時間、合格扭矩范圍、吸油檢測時間3個參數(shù)，如果工藝參數(shù)有調(diào)整，可以直接修改參數(shù)，plc程序不用改動。密碼設(shè)定畫面功能：這個功能主要是防止其他人員調(diào)整工藝參數(shù)，造成不必要損失。只有工藝技術(shù)員輸入正確密碼才能進(jìn)行修改，保證試驗(yàn)臺正常使用。上序不合格確認(rèn)畫面：讀卡器讀取卡內(nèi)信息時，在plc中有一個判斷，如果收到上到序不合格信號，立即彈出該畫面，試驗(yàn)臺不會對此工件檢測，操作人員按畫面上的確認(rèn)鍵，阻擋氣缸會落下，人員將不合格件直接滑出工作區(qū)。圖3為掃描畫面和運(yùn)行畫面。7 整機(jī)調(diào)試時出現(xiàn)的問題（1）給驅(qū)動器發(fā)出運(yùn)作指令后，驅(qū)動器顯示err-380報警。驅(qū)動器“380”

13、號報警為電機(jī)過載，經(jīng)查找，原因是驅(qū)動器與伺服電機(jī)電樞線相序不正確，重新調(diào)相后，再次啟動工作正常。（2）測試油泵時設(shè)備扭矩過大報警。原因：機(jī)械連接摩擦力過大。解決：經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)時傳動機(jī)構(gòu)摩擦力大，加裝平面軸承后，問題解決。射頻卡與可編程控制器無法通訊。設(shè)備聯(lián)機(jī)后無法上傳前到序測試結(jié)果，本序不知上序檢測是否合格。經(jīng)過反復(fù)查找，原因是兩測通訊參數(shù)設(shè)置不一致，射頻卡測奇偶校驗(yàn)設(shè)置為無，可編程控制器測設(shè)置為奇，都設(shè)置成一致后通訊正常。8 結(jié)語整個工程項(xiàng)目構(gòu)思論證設(shè)計(jì)安裝調(diào)試歷時40天，經(jīng)過一年的驗(yàn)證。穩(wěn)定性能達(dá)到了同行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這個試驗(yàn)臺的順利完成得到公司領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，還使得技術(shù)人員更好地理論聯(lián)系實(shí)際，本崗位技能更上一個臺階。在經(jīng)濟(jì)效益方面，這個試驗(yàn)臺節(jié)約外委加工費(fèi)用45萬元。同時也證實(shí)一點(diǎn)，工程技術(shù)人員只要在本崗上發(fā)揮好聰明才智，合理運(yùn)用電