1 行业介绍

　　本项目加工出的成品用行业术语讲为等径弯头，其所起的作用就是在做90 度转弯时让管道的口径发生变化。与大小头的作用是一样的，但是大小头不能做转向用，价格比异径的弯头大约要低一倍左右， 其材质有碳钢， 不锈钢，合金钢，PVC,铸钢等。最常见的标准有国标GB/ T12459-2005和GB/T13401-2005，其主要产地在河北省沧州市孟村县一带。本次项目是针对建支集团生产的弯头开发的设备，建支集团现有设备大部分为手工攻丝， 手工攻丝生产效率低，错误率高，该公司认识到这个问题后，开始进行设备自动化改造。

　　图 1 攻丝机

　　2 系统设计方案

　　2.1 方案背景

　　在建支集团生产的弯头设备中大部分为手工攻丝， 手工攻丝生产效率低，错误率高，该公司认识到这个问题后， 开始寻找自动化方案替换手工攻丝。后续了解到我们永宏PLC后，采用永宏PLC实现系统控制。永宏经济型PLC相对于其它品牌的产品，性价比更高，能很好地满足客户。在攻丝机应用中，永宏PLC的应用前景很好，客户采用的是永宏PLC+永宏C3触摸屏。

　　表 1 攻丝机系统方案

　　2.2 客户需求

　　根据加工需要以及机械设计，设备商提出以下要求：

1、手动模式和自动模式，各自独立工作，在自动模式下由光电检测有无起始件，一直循环加工;在手动模式下客户可单独控制每一个执行器方便调试以及检修。

　　2、加工位无料时，主轴不下降。

　　3、停止时正在加工件时，要等待该工件加工完毕后停止。

　　4、急停时，所有部件保持现有位置。

　　5、各项动作之间加有用户可调延时。

　　6、 日产量5w个。

　　2.3 解决方案

　　本项目中的攻丝机系统主要用于暖气管的弯管攻丝加工。根据工艺要求，该系统主要包括系统硬件设计和系统软件设计;其中系统硬件设计包括硬件(产品)配置、机械结构和电气控制等三部分，系统软件设计包括流程控制、I/O配置和程序设计等三部分。

　　表 2 攻丝机参数

　　基于上述各项技术指标，攻丝机方案架构如图2所示;本方案控制系统采用永宏经济型F B S系列PLC控制器，主要完成逻辑运算，控制气缸、平震等;执行器：主轴电机、气缸、平震等。上位机采用永宏C3 系列HMI操作界面，HMI提供基础运行显示、参数设置、报警、IO 监控等，用户可随着工艺流程或手动进行各项操作和参数设置。

图2 攻丝机方案架构图

　　3、 系统硬件设计

　　3.1 硬件配置

　　攻丝机的硬件系统由永宏FBS-40MAR2-AC PLC控制器、永宏C3070SE 触摸屏、各类气缸、以及平震、主轴电机、各类传感器 、外围输入输出线路(包括按钮和报警指示灯)等组成。攻丝机的硬件系统清单如表3;攻丝机硬件配置如图3。

表 3 攻丝机硬件明细表图 3 攻丝机硬件配置图

　　3.2 电气控制

　　攻丝机的电气控制采用永宏PLC作为设备核心控制单元，实现对平震和气缸等执行单元的控制以及传感器信号的采集判断之类。图4为攻丝机PLC接线原理，图5为PLC 电气控制柜接线图。

图 4 攻丝机 PLC 接线原理

　图 5 攻丝机 PLC 电气控制柜接线图

　　4系统软件设计

　　4.1 工艺流程

　　首先传感器检测到起始位置无件，平震开;有件后， 取料、顶丝、翻转等动作。料准备好后，取料夹手取料， 后退再左移到中部，再前推到加工位等待加工。此时检测是否有料送来，有料主轴电机下降攻丝，攻到位后上升;无料主轴电机不动作。正常加工完毕后进入下一个的加工。如图6所示。

图 6 攻丝机工艺流程图

　　4.2控制流程

　　• 复位：各部件的回原位动作;

　　• 故障判断：在设备运行中，哪些传感器没有信号或者哪些执行器不正常的判断;

　　• 模式选择：分为手动、自动俩档;自动模式下首先进入料的准备阶段，再料准备好后进行料的运输，运输到加工位后，判断是否有有效加工件在加工位，如果有执行料的加工，没有则返回继续执行料的准备;正常加工完毕后循环回料的准备阶段，如图7所示。

　图7 攻丝机控制流程图　

　　4.3I/O点配置

　　根据攻丝机工艺流程和控制流程要求，进行了永宏PLC程序I/O点配置;永宏PLC输入点配置如表4，输出点配置表如表5。

　　表 4 攻丝机 PLC 输入点配置表

表 5 攻丝机 PLC 输出点配置表

　　4.4 现场问题以及PLC功能指令应用

　　4.4.1 平震控制器的使用

　　平震控制器的控制：现场采用的是SDVC20-S数字调压振动控制器，控制端需根据说明书焊线，其原本功能是传感器驱动，现客户要用PLC控制，如图8所示。

　　解决方法：客户处没有说明书，网上找到后，发现其功能和客户的要求有点出入。其启动停止的信号源本来是传感器，引脚给出了3 个，而由PLC控制是俩个引脚，后根据NPN传感器工作原理，将其中一个引脚排除掉了， 将线焊接好后，导通Y点驱动平震控制器，结果可行。

图 8 平震控制器

　　4.4.2 主电机正反转刹车离合系统

　　主电机正反转刹车离合系统之前没见过，机械机构也看不到，外面只引出了4根线，其工作电压由变压器经过整流桥后提供解决方法： 机械机构用盒子罩起来了， 密封胶非常紧弄不开，只能根据外面的4个线判断，一根一根试出来。先量了整流桥到离合系统四根线的电压正负， 找出了四根线的负极， 也就是说正反转和刹车的公共地， 接下来将剩下的三根线依次导通， 判断出控制正转、反转、刹车的线。

　　4.4.3 PLC程序指令

　　本次程序没有特殊指令，用到了大量的置位复位， 写程序是注意线圈的得失电。且执行部件较多，且互有关系，中间有些动作没有传感器用来当着启动条件去启动下一步，用了很多定时器来延时启动，故次数要考虑好定时器的参数设置以及复位时机，如图9所示。

图 9 PLC 指令的应用

      4.5 HMI界面设计

　　4.5.1 自动控制画面

　　首先，画面显示总件数计数，旁边附有计数清零， 用户一般是一天清一次;画面还有自动模式下的启动和停止，以及自动模式的运行状态，如图10所示。

图 10 主画面

4.5.2 参数设置画面

　　在参数设置画面中，主要设置各类延时时间，方便用户以及设计者调试，如图11所示。

图 11 参数设置

　　4.5.4 手动画面、监控画面

　　此外还有手动画面监控画面，完成手动以及监控所需，如图12所示。

　　此外还设有报警弹窗，当报警触发时，弹出相应窗口提示用户查找问题。

图 12 参数设置

　　5 结论(实施结果)

　　通过调试，该攻丝机调试完成，满足客户要求，动作连续，日产量5W个。调试中出现一些值得注意的问题，首先是主轴电机的离合系统，像这样没遇到的或者不清楚其原理的东西之后会遇到很多，一定要耐心去研究，不能急躁，找到方法大胆地去测试。

另外在平震控制器处得到的启发，多从原理入手解决问题。在程序设计时，停止功能与急停功能的设计，系统起初设计的急停是所有部件回原位，停止是自动模式下断电(正在干活也会停止)，后客户提出问题，则改进为按下停止后，当前加工的件加工完毕后再停止，急停为所有动作保存不动，不能再去执行回原位，否则会有安全隐患。