馮美英，孫定華

（1.柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程學(xué)院，廣西 柳州 545006；2.常州交通技師學(xué)院工程車輛系，江蘇 常州 213018）

0 引言

油壓機(jī)是一種通過(guò)專用液壓油做為工作介質(zhì)，通過(guò)液壓泵作為動(dòng)力源，靠泵的作用力使液壓油通過(guò)液壓管路進(jìn)入油缸/活塞，然后油缸/活塞里有幾組互相配合的密封件，不同位置的密封都是不同的，但都起到密封的作用，使液壓油不能泄露。最后通過(guò)單向閥使液壓油在油箱循環(huán)使油缸/活塞循環(huán)做功從而完成一定機(jī)械動(dòng)作來(lái)作為生產(chǎn)力的一種機(jī)械。數(shù)控油壓機(jī)就是用數(shù)控技術(shù)操作的油壓機(jī)，擺脫了人工操作。本文對(duì)某企業(yè)的多工位數(shù)控油壓機(jī)的控制要求，介紹基于PLC和觸摸屏的多工位數(shù)控油壓的設(shè)計(jì)。

1 控制系統(tǒng)要求

本文所設(shè)計(jì)的對(duì)象是用于壓制高爾夫球桿桿頭專用多工位數(shù)控油壓機(jī)，它的工作流程圖如圖1所示[1]：

圖1 設(shè)備工作流程圖Fig. 1 Work flow chart of equipment

根據(jù)生產(chǎn)工藝不同，所需沖頭隨工藝不同而選擇。

2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)硬件選擇

本系統(tǒng)選用PLC和觸摸屏作為它的控制核心部件，采用PLC和觸摸屏結(jié)合起來(lái)起來(lái)控制的原因主要有：（1）PLC在工業(yè)方面的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而且可靠性及抗干擾能力強(qiáng)；（2）采用觸摸屏配合PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，可以使PLC的應(yīng)用更加靈活。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)操作的人機(jī)可視化[2]。

在本設(shè)備中PLC選擇采用西門子公司的SIMATIC S7-300，它由多種模塊部件組成，包括導(dǎo)軌、電源模塊、CPU模塊、接口模塊、輸入/輸出模塊等，各種模塊能以不同方式組合在一起，從而可使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加，滿足不同的應(yīng)用需求。觸摸屏選用西門子的TP170B，它是彩色觸摸屏，很適合多個(gè)參數(shù)需要設(shè)定和實(shí)時(shí)顯示的工業(yè)環(huán)境。PLC和觸摸屏采用PC/MPI適配器和RS232電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)及接線圖設(shè)計(jì)

根據(jù)控制系統(tǒng)要求，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及外部接線圖如圖2所示[3]。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及外部接線圖Fig .2 System hardware structure and external wiring diagram

3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC控制系統(tǒng)的流程圖設(shè)計(jì)

由系統(tǒng)的要求，本方案設(shè)計(jì)出了PLC控制系統(tǒng)的流程圖如圖3所示[4]。

3.2 觸摸屏設(shè)計(jì)

3.2.1 主畫(huà)面設(shè)計(jì)

如圖4左圖所示，主畫(huà)面為開(kāi)機(jī)時(shí)默認(rèn)進(jìn)入的頁(yè)面，按下“進(jìn)入主菜單”按鍵可進(jìn)入“主菜單窗口”。

3.2.2 主菜單窗口設(shè)計(jì)

圖3 PLC控制系統(tǒng)流程圖Fig. 3 Flow chart of PLC control system

圖4 觸摸屏主畫(huà)面和主菜單圖Fig. 4 Main screen and main menu of touch screen

主菜單畫(huà)面設(shè)計(jì)如圖4右圖所示，在主菜單頁(yè)面可以進(jìn)入整個(gè)操作系統(tǒng)中的任意頁(yè)面，其中“四沖連續(xù)”按鍵是在全自動(dòng)狀態(tài)下的選擇按鍵，如果此按鍵按下，則視為選擇機(jī)臺(tái)在全自動(dòng)狀態(tài)下的工作方式。如果沒(méi)有按下此按鍵，機(jī)臺(tái)的工作狀態(tài)是連續(xù)壓制1～3工位，即第三工位完成后即不壓制第四工位，而是等待操作員再次按下雙手按鈕后才進(jìn)行第四工位的壓制。

“電機(jī)復(fù)位”按鍵用于復(fù)位電機(jī)，當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)以下異常情況：（1）液壓閥卡死造成工作臺(tái)上升而無(wú)法受控時(shí)；（2）當(dāng)工作臺(tái)上升到極限位時(shí)強(qiáng)迫電機(jī)停止。這時(shí)“電機(jī)復(fù)位”按鍵用于再次啟動(dòng)電機(jī)?！半姍C(jī)復(fù)位”按鍵在正常情況一般不采用[5]。

3.2.3 手動(dòng)操作界面設(shè)計(jì)

手動(dòng)操作界面設(shè)計(jì)如圖5左圖所示。在以下情況可以進(jìn)行手動(dòng)操作：（1）當(dāng)電氣操作箱上的選擇開(kāi)關(guān)處于手動(dòng)狀態(tài)(即：選擇開(kāi)關(guān)處于中間位置)時(shí)；（2）當(dāng)機(jī)臺(tái)模具需要調(diào)整、試壓時(shí)。

3.2.4 自動(dòng)控制界面設(shè)計(jì)

自動(dòng)控制畫(huà)面設(shè)計(jì)如圖5右圖所示，自動(dòng)控制窗口為“半自動(dòng)”或是“全自動(dòng)”工作模式的公共窗口。在此窗口下可以設(shè)置“半自動(dòng)”工作模式所需要工作的工位，以及各工位壓力[6-7]。

圖5 觸摸屏手動(dòng)操作和自動(dòng)控制畫(huà)面Fig. 5 Manual operation and automatic control screen of touch screen

當(dāng)需要選擇“半自動(dòng)”工作模式時(shí)，電氣操作箱的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至“半自動(dòng)”將工作臺(tái)回原點(diǎn)。選擇所需工作工位。即按下“1號(hào)位” 或“2號(hào)位”或 “2號(hào)位”或“4號(hào)位”相應(yīng)按鍵，設(shè)定所選工位的工作壓力，當(dāng)某一工位無(wú)效時(shí)相應(yīng)的工位壓力亦無(wú)效。

3.2.5 靜壓時(shí)間窗口設(shè)計(jì)

靜壓時(shí)間是用于設(shè)置主缸、頂缸各動(dòng)作的時(shí)間。

“頂缸頂出時(shí)間”是在“半自動(dòng)”或“全自動(dòng)”工作模式下所設(shè)工位壓制完成頂缸的頂出時(shí)間，頂缸的動(dòng)作必須在頂缸有效的情況下頂缸時(shí)間才起作用。

“頂缸回程時(shí)間”是在“半自動(dòng)”或“全自動(dòng)”工作模式下，所設(shè)工位壓制完成頂缸頂出完成后，頂缸執(zhí)行回程動(dòng)作的時(shí)間[8]。它必須在頂缸有效的情況下頂缸時(shí)間才起作用。設(shè)置范圍：0-2S。

“主缸保壓時(shí)間”即主缸壓制工件，達(dá)到設(shè)定壓力后的停止時(shí)間。在執(zhí)行保壓過(guò)程中除安全光幕檢測(cè)部分工作外，其他部分均處于暫停狀態(tài)。設(shè)定范圍：0-0.5S。

“主缸卸壓時(shí)間”是主缸保壓完成后準(zhǔn)備回程時(shí)的卸壓時(shí)間。當(dāng)卸壓時(shí)間執(zhí)行完畢時(shí)則主缸回程。設(shè)定范圍：0-10S。

基于以上原因，靜壓時(shí)間窗口設(shè)計(jì)如圖6左圖所示。

圖6 靜壓時(shí)間與定位控制窗口Fig. 6 Static pressure time and positioning control window

3.2.6 定位窗口設(shè)計(jì)

定位窗口設(shè)計(jì)如圖6右圖所示，定位控制窗口的操作與“手動(dòng)操作” 操作的功能差不多。中間顯示欄可用于顯示工作臺(tái)是否回歸原點(diǎn)，工作臺(tái)若回歸原點(diǎn)后中間顯示欄將顯示“0”。

3.2.7 歷史曲線與動(dòng)態(tài)曲線窗口設(shè)計(jì)

歷史曲線用于記錄工作時(shí)間中主缸的輸出壓力，用于查看歷史的壓力狀況。動(dòng)態(tài)曲線用于顯示主缸的實(shí)時(shí)壓力[9]。它們的窗口設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 歷史曲線與動(dòng)態(tài)曲線窗口Fig. 7 Historical curve and dynamic curve window

4 結(jié)論

采用PLC與觸摸屏結(jié)合的電氣控制方案，可以使多工位數(shù)控油壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行方便、可靠、靈活。為工人操作提供了簡(jiǎn)單的操作界面。此方案已經(jīng)在某企業(yè)得以應(yīng)用約半年時(shí)間，系統(tǒng)中的伺服電機(jī)運(yùn)行良好、機(jī)器定位精度高。同時(shí)此方案也可以為其它控油壓機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供相應(yīng)設(shè)計(jì)思路。