高線自動(dòng)打包機(jī)PLC系列控制系統(tǒng)

1、NW有道工控高線自動(dòng)打包機(jī)PLC系列控制系統(tǒng)1 .概述：自動(dòng)打包機(jī)是現(xiàn)代高速線材生產(chǎn)線特有的設(shè)備，融機(jī)械、液壓、電氣控制為一體，動(dòng)作準(zhǔn)確、可靠。其精湛的動(dòng)作過程，給參觀者留下了深刻的印象，為現(xiàn)代高速線材生產(chǎn)線構(gòu)筑了 一道亮麗的風(fēng)景線。它處于高線的精整區(qū)域，使由C型鉤運(yùn)來的盤卷（最大高度達(dá) 2000mm ）經(jīng)過打包機(jī)壓緊，沿線卷圓周方向成 90度等分打四個(gè)平行結(jié)頭。打包后線卷最小高度可達(dá)0.5m ,大大方便了盤卷的儲(chǔ)藏、運(yùn)輸。我廠的自動(dòng)打包機(jī)，是從瑞典SUND BIRSTA公司引進(jìn)的PCH 4KNA型打包機(jī)。于1997年11月投入使用。本文首先結(jié)合瑞典方面提供的外文技術(shù)資料及自己的理解，對(duì) 自動(dòng)

2、打包機(jī)的結(jié)構(gòu)、功能進(jìn)行介紹。并根據(jù)幾年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)控制系統(tǒng)存在的問題、所采取的技改措施及故障診斷方法進(jìn)行總結(jié)。2 .控制系統(tǒng)的硬件配置：自動(dòng)打包機(jī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是由一臺(tái)S5-135U PLC構(gòu)成，其有關(guān)系統(tǒng)控制配置框圖如（圖1 ）。tfflD有道工控w w w , 0 2 0 p (圖1 PL£系箭結(jié)構(gòu)框圖圖中S5 135U PLC組成如下:(1)中央處理單元CPU 6ES5 9283UA12 1 塊(2)模擬量輸出模板6ES5 4704UB12 1塊(3)高速計(jì)數(shù)器模板6ES5 242 -1AA32 1塊(4) 8位數(shù)字量輸入模板(5) 8位數(shù)字量輸出模板(6) 32位數(shù)字量

3、輸入模板(7) 16位數(shù)字量輸出模板(8) 16位數(shù)字量輸入模板6ES5 421 8MA12 1 塊6ES5 441 8MA11 11 塊6ES5 430-4UA13 3 塊6ES5 454-4UA13 5 塊6ES5 451 4UA13 1塊(9)接口模板 6ES5 308-3UB11 1 塊(10)接口模板 6ES5 318-8MB11 1 塊(11) 16位數(shù)字量輸入/16位數(shù)字量輸出模板 6ES5 482-8MA13 3塊PLC為西門子公司S5系列，是16位字長(zhǎng)的位片機(jī)、存儲(chǔ)容量最大可達(dá)32KW,數(shù)字輸入量最多可達(dá)3072點(diǎn)，數(shù)字 輸出量最多可達(dá)1024點(diǎn)，解算速度為2亳秒/KW。它采

4、用STEP 5語言進(jìn)行編程，有三種表示方式即梯型圖（LAD ）、控 制系統(tǒng)流程圖（CSF）、語句表（STL），還有豐富的算術(shù)、邏輯、移位、程序塊、順序塊、組織塊等子程序和I/O強(qiáng)制等 功能指令供用戶使用-S5-135U中央控制器的設(shè)備配置如圖2所示：IM318接口模板，通過一專用電纜與IM308接口模板相連接-IM318模板通過串行接口讀取IM30g輸出數(shù)據(jù)，并存放 在內(nèi)部緩沖存儲(chǔ)器中，通過機(jī)架底板上的并行S5總線，將信號(hào)傳送到輸出模板上。輸入的信號(hào)是由輸入模板傳送到并行 S5總線上，由IM318模板讀取這些信號(hào)，并傳送到串行接口上。IM308模板用于控制中央處理器的CPU與外部節(jié)點(diǎn)間的所有信

5、息交換。該模板有2K字節(jié)的雙端口 RAM，這個(gè)存儲(chǔ) 器同時(shí)被主CPU和接口模板上的微控制器訪問。主CPU和雙端口 RAM之間的數(shù)框交換是通過子機(jī)架底板上的并行S5總 線實(shí)現(xiàn)的。高速計(jì)數(shù)器模板，微處理器的型號(hào)為80C186 （ 16位），擁有7個(gè)計(jì)數(shù)器。其中，1個(gè)討數(shù)器用于檢測(cè)升降臺(tái)的高度， 4個(gè)討數(shù)器用于檢冽喂線裝置的行程。另外2個(gè)計(jì)數(shù)器是24位的計(jì)數(shù)器，不僅可以檢測(cè)1*、2區(qū)緊架的行程，還可以將速 度反饋值送給PLC.3 .控他件血3.1 油溫控制打包機(jī)系統(tǒng)有許多液壓閥、液壓缸，液壓站的油溫對(duì)這些閥、缸的動(dòng)作可靠性，產(chǎn)生直接的影響.測(cè)溫系統(tǒng)由PT100 組成，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換（8位）后，送給PL

6、T的數(shù)字量輸入模板。A/D轉(zhuǎn)換后的直放在變量IB20中?？紤]到PT100的低溫非 線性，以及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。將18P定為油溫的低限-經(jīng)測(cè)定，此時(shí)PT100的輸出電流為7.2ma, A/D轉(zhuǎn)換后的十進(jìn)制值 IB20為51 ,所以，油溫與IB20之間的關(guān)系如圖所示：檢測(cè)元件執(zhí)行元件比例閥編碼器5#臺(tái)開關(guān)、指示燈5給開關(guān)5#臺(tái)指示燈圖2 S5135U中央控制器的設(shè)備配置在PLC的程序中IB2U經(jīng)5秒濾波后，存放在FY145中，油潟的值放在數(shù)據(jù)塊DB11的DW150中.所以，F(xiàn)V145-51DW150=有道工控油溫控制要求：a：T20P ：報(bào)警，并且停油泵b： 20P <T<30P ：報(bào)警

7、，但不停油泵 c ： 30P < T< 401：加熱器工作 d： T > 45P：停加熱器e：T > 60P ： 報(bào)警，但不停油泵 f：T > 65P ：報(bào)警，并且停油泵3.2 打包機(jī)主體圖4所示為打包機(jī)主體結(jié)構(gòu)。圖4打包機(jī)主體結(jié)構(gòu)1 一導(dǎo)線架22#壓緊架3一升降臺(tái)4一1#壓緊架5KNA打包頭6一主軌座7喂線裝置8-C型鉤 9一待打包線卷升降臺(tái)在兩個(gè)液壓缸的推動(dòng)下，可沿垂直方向上下運(yùn)動(dòng)。安裝有接近開關(guān)S10 （檢測(cè)升降臺(tái)在最低位置）、編碼器 S9（檢測(cè)升降臺(tái)高度）。打包機(jī)的導(dǎo)線架是由安裝在一個(gè)框架上的4套導(dǎo)線裝置組成。整個(gè)導(dǎo)線架懸掛于加壓緊架的一根中心軸上。在液壓

8、馬 達(dá)的作用下，相對(duì)2壓緊架作水平方向運(yùn)動(dòng)。接近開關(guān)S13C檢測(cè)導(dǎo)線架在最前位置），接近開關(guān)514（檢測(cè)導(dǎo)線架在最 后位置），接近開關(guān)515（導(dǎo)線架向前減速位置），接近開關(guān)S16 （導(dǎo)線架向后減速位置）-2"壓緊架為焊接式構(gòu)件，底部裝有4個(gè)輪子，在液壓缸的推動(dòng)下，能沿主滑軌住水平方向運(yùn)動(dòng)。接近開關(guān)S6（檢測(cè)修加左修的恰呂、.娘血彈 CQ （給訕I(yè)修加也布方內(nèi)的恰罟*愉田、.火中宜土 C2 （檜狙11 岳邢出 入住打句端 卷區(qū)域）。產(chǎn)壓緊架與2,壓緊架結(jié)構(gòu)基本相似，但其上面裝置有4個(gè)打包頭、4套喂線裝置、4套鋼線導(dǎo)引裝置。每個(gè)打包頭結(jié) 構(gòu)完全一樣，喂線裝置共一套，每套對(duì)應(yīng)一個(gè)打包頭，每

9、套包括打包線輸送裝置、打包線張緊裝置-接近開關(guān)S3（檢測(cè) 1*壓緊架在原始位置），編碼器S17C檢測(cè)產(chǎn)壓緊架水平方向的位置及速度），接近開關(guān)S1K檢測(cè)導(dǎo)線系統(tǒng)打開100mm）, 接近開關(guān)S12 （檢測(cè)導(dǎo)線系統(tǒng)關(guān)閉位置）。鋼線導(dǎo)引裝置是氣動(dòng)弧形導(dǎo)引裝置，該裝置在氣缸的作用下保持閉合狀態(tài)，只有當(dāng)打包線頭通過整個(gè)導(dǎo)線系統(tǒng)，并到 達(dá)扭轉(zhuǎn)裝置中機(jī)械擋塊時(shí)才打開。接近開關(guān)*$1（檢測(cè)打包頭的鋼線導(dǎo)引裝置在打開位置），接近開關(guān)*$2（檢測(cè)打包頭 的鋼線導(dǎo)引裝置在關(guān)閉位置）-*表示1域2域3*或4%包頭.喂線裝置的作用是輸送或張緊打包線，接近開關(guān)*£4（檢測(cè)喂線裝置中是否有打包線）打包頭主要由剪切機(jī)

10、構(gòu)、姣擰機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)組成-整個(gè)打包頭可以在液壓缸的作用下，從送線位置移至打包位置。 剪切機(jī)構(gòu)由液壓缸、活動(dòng)刀塊組成.在液壓缸作用下，活動(dòng)刀塊切斷打包線.絞擰機(jī)構(gòu)由扭轉(zhuǎn)頭齒輪箱、液壓馬達(dá)和擺動(dòng) 液壓缸組成。在液壓馬達(dá)的作用下，通過齒輪帶動(dòng)扭轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)打包線扭結(jié)；通過液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)，使扭轉(zhuǎn)頭復(fù)位。 擺動(dòng)液壓缸的動(dòng)作，使整個(gè)扭轉(zhuǎn)頭可以繞一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸擺進(jìn)（送線位置八擺出（扭結(jié)位置）-夾緊機(jī)構(gòu)和剪切機(jī)構(gòu)相似， 由液壓缸、“L”型固定擋塊和一活動(dòng)擋塊組成。在液壓缸的推動(dòng)下活動(dòng)擋塊前進(jìn)，打包線頂在固定擋塊上。接近開關(guān)*520 （檢測(cè)打包頭在送線位置），極限開關(guān)*.S21 （檢測(cè)姣擰裝置在送線位置），極限

11、開關(guān)*.S22 （檢測(cè)姣擰裝置在蛟擰位置）， 極限開關(guān)*.S23 （檢測(cè)皎擰是否結(jié)束）.3.3 打包機(jī)的動(dòng)作過程：當(dāng)掛有線卷的C型鉤進(jìn)入打包機(jī)中心，并鎖定后。P/F運(yùn)輸施自動(dòng)控制系統(tǒng)（GE9070 PLC ）發(fā)指令給打包機(jī)控制中 心。打包機(jī)開始按卜列步驟，進(jìn)行自動(dòng)刊包：3.3.1 線庫中電磁閥動(dòng)作，氣動(dòng)推閘松開，以便打包線能順利從線卷黑中抽出.3.3.2 產(chǎn)、2區(qū)緊架在液壓缸的作用下，同時(shí)移向盤卷。H壓緊架在移幻中，打包線從線庫中被抽出。同時(shí)，2*壓緊架 的導(dǎo)線架相對(duì)于差壓索架向前推出，甘壓緊架中液壓緩沖器前伸，并維持前伸狀態(tài)。升降臺(tái)上升至一個(gè)預(yù)置的高度。3.3.3 光電開關(guān)S8為“1 ”，升

12、降臺(tái)上升至最高位，從C型鉤上托起盤卷。3.3.4 巴2呸緊架繼續(xù)相對(duì)移動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線裝置碰上液壓緩沖器時(shí)，則導(dǎo)線架停止前進(jìn)。3.3.5 接近開關(guān)S12為“1”，表示整個(gè)導(dǎo)線系統(tǒng)閉合。喂線裝置開始喂線（液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)）.當(dāng)打包線頭繞著聾卷, 并到達(dá)打包頭中的扭結(jié)裝置的一個(gè)機(jī)械擋塊時(shí)，停止喂線。3.3.6 絞擰裝置向內(nèi)運(yùn)行，線導(dǎo)小車后退100mm.整個(gè)打包頭在液壓缸的推動(dòng)下，由喂線位置進(jìn)入打包位置-喂線輪 反轉(zhuǎn)，抽緊打包線。3.3.7 絞擰裝置動(dòng)作，扭結(jié)打包線.扭結(jié)完成后，夾緊裝置松開，翦包裝置開始動(dòng)作，切斷打包線.3.3.8 絞擰裝置向外運(yùn)行，打包頭向外運(yùn)行。3.3.9 打包結(jié)束。1-s 2喉緊架各自

13、返回，升降臺(tái)下降，線導(dǎo)小車后退.盤卷重新被懸掛于C型鉤運(yùn)走。打包機(jī)等待 下一個(gè)盤卷。說明：上述各動(dòng)作均可在手動(dòng)狀態(tài)下操作。4 .控制系統(tǒng)存在的問題以及解決辦法雖然SUNDBIRSTA公司的PCH 4KNA型打包機(jī)，是一套比較成熟的控制系統(tǒng)。但從幾年來的使用情況看，仍然存在一些不完善的地方。筆者在全面分析控制系統(tǒng)軟、硬件 的基礎(chǔ)上，對(duì)存在的問題進(jìn)行了完善，下面試舉幾例。4.1 打包線抽緊的控制程序的改進(jìn)打包線抽緊的動(dòng)作過程，可分為兩步進(jìn)行：打包線剛開始抽緊的時(shí)候，壓力瓣處于閉合狀態(tài)。當(dāng)被抽緊的打包線碰上壓力瓣時(shí)，壓力瓣張開，完成第一步抽緊。緊接著開始第二步抽緊，由于壓力瓣的作用，第二步抽緊的拉力

14、較小。在使用過程中發(fā)現(xiàn)，有時(shí)打包線的拉力損傷成品線材的表面，有時(shí)打包線無法完全被抽緊，形成 打大包從而影響成品的質(zhì)量，用戶對(duì)此反映強(qiáng)烈。通過對(duì)原程序的分析，發(fā)現(xiàn)壓力瓣的張開是靠延時(shí)來控制的，是一個(gè)固定值，而打包線的抽緊是由液壓馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)。而在單位時(shí)間內(nèi)，被抽緊的打包線的長(zhǎng)度取決于液壓油的壓力、溫度、 流量等因素，是一個(gè)不可預(yù)測(cè)的變量。因此靠延時(shí)來控制壓力瓣何時(shí)張開，并不準(zhǔn)確，就形成了以上弊?。?壓力瓣太早張開，則打包線的拉力將損傷成品線材的表面；壓力瓣太遲張開，則打包線無法完全被抽緊，形成 打大包通過對(duì)打包線抽緊過程的反復(fù)觀察，發(fā)現(xiàn)抽緊用編碼器的變化率在碰到壓力瓣前后有明顯的區(qū)別，于是本人修改

15、了控制程序，以編碼器的值的變化率來控制壓力瓣的張開：當(dāng)被抽緊的打包線碰上壓力瓣之前，編碼器的值的變化率大于80;而當(dāng)被抽緊的打包線碰上壓力瓣時(shí)，編碼器的值的變化率小于80。實(shí)踐表明，這種改進(jìn)，效果明顯。4.2 升降臺(tái)的控制程序的完善在自動(dòng)打包過程中， 升降臺(tái)的提升分兩次進(jìn)行。 第一次提升高度由延時(shí)來控制， 第二次提升的高度由操作臺(tái)的撥碼開關(guān)來設(shè)置， 靠編碼器的值來控制。 在使用過程中發(fā)現(xiàn)， 第一次提升的時(shí)候，有一部分線卷會(huì)從 C型鉤上落下，而第二次提升的時(shí)候，盤卷又經(jīng)常無法達(dá)到所要求的高度。它不僅影響了打包質(zhì)量， 而且也影響了打包頭的機(jī)械、 液壓元件的使用壽命。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，部分線卷從 C型鉤上

16、丟落，是由于第一次提升的高度太高造成的，為此修改了延時(shí)時(shí)間（由1秒改為0.5秒）。當(dāng)操作臺(tái)的撥碼開關(guān)的設(shè)置值為最大時(shí)，升降臺(tái)的液壓缸還未能達(dá)到最大行程 （還有50mm ）。是由于程序中將最大提升高度鎖定為 200mm ,而這個(gè)值太小。改為 250 mm后，升降臺(tái)的液壓缸就能達(dá)到最大行程。43打包頭的位置與節(jié)壓板手動(dòng)退車的聯(lián)鎖的控制程序的完善狄3中包頭都曾經(jīng)多次發(fā)生過軸承座被拉斷的設(shè)備事故，由于打包頭是一個(gè)融機(jī)械，液壓、電氣于一體的復(fù)雜設(shè)備 給故障分析帶來很大困難，因?yàn)閷?dǎo)致這種設(shè)備事故的原因可能是由于；軸承座薦荏質(zhì)量問題、二次抽緊時(shí)軸承座有科動(dòng)、 操作工誤操作等.為此 曾采用過高質(zhì)量的軸承座、優(yōu)

17、質(zhì)的打包線，并強(qiáng)化了操作工的操作規(guī)范但都未能得到徹底解決. 通過現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期觀察，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生前，都出現(xiàn)過打包失敗現(xiàn)象，打包失敗后，操作工只能從自動(dòng)狀態(tài)改為手動(dòng)狀態(tài).而通 過程序分析發(fā)現(xiàn)：在自動(dòng)打包過程中，如果出現(xiàn)打包失?。ù藭r(shí)打包頭處于叼扣狀態(tài)），主操作臺(tái)選擇“手動(dòng)方式”時(shí) 產(chǎn)壓板有手動(dòng)退車的動(dòng)作導(dǎo)致軸承座側(cè)向受力，而軸承座的側(cè)向爰力，若沒有及時(shí)走現(xiàn)，就會(huì)造成軸承座被拉斷的設(shè)備 事故的發(fā)生.為此修改了相應(yīng)的程序：當(dāng)出現(xiàn)打包失敗時(shí)，程序把驅(qū)動(dòng)產(chǎn)壓板的比例閥的開口度強(qiáng)制鎖定為0%，消除 7產(chǎn)壓板的手動(dòng)退車動(dòng)作，待打包頭后全部復(fù)位時(shí)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)壓板的比例腳的開口度才能按照設(shè)定值變化.該項(xiàng)改造，徹底 解決了打

18、包頭的軸承座破拉斷的設(shè)備隱患口4.4 安全防護(hù)裝置的完善99年1月，有一位工人在處理 K2打包頭故障時(shí)，由于主操作臺(tái)操作工操作失誤，導(dǎo)致打包線擊中頭部，引發(fā)一起重大工亡事故。究其原因，是控制系統(tǒng)的安全防護(hù)性能不完善造成的：控制系統(tǒng)未考慮現(xiàn)場(chǎng)故障檢修時(shí)， 現(xiàn)場(chǎng)與操作臺(tái)的安全連鎖問題。 為了杜絕此類事 故的再次發(fā)生，本人在打包機(jī)的東西兩側(cè)各增加了一套安全防護(hù)裝置，防護(hù)裝置由硬件組成，并與系統(tǒng)控制連鎖，兩套裝置的功能完全相同。在檢修的時(shí)候，安全防護(hù)裝置處于就地狀態(tài)， 此時(shí)主操作臺(tái)的操作不起作用，而只有就地箱才能完成打包機(jī)的一系列動(dòng)作，確保了檢修人員的安全。5 .故障診斷筆者自1997年起即在工廠從事

19、西門子 S5系列PLC的工作，積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)PLC的CPU狀態(tài)來進(jìn)行劃分。自動(dòng)打包機(jī) PLC控制系統(tǒng)的常見故障可分兩類：一類 為導(dǎo)致CPU進(jìn)入STOP狀態(tài)的故障；另一類為僅引起局部設(shè)備控制故障，但CPU仍處于RUN狀態(tài)。5.1 導(dǎo)致CPU進(jìn)入STOP狀態(tài)的故障診斷。該狀態(tài)時(shí)，CPU上的LED “RUN指示燈滅，LED "STOP指示燈亮。通?？梢圆捎靡韵?常規(guī)步驟解決：5.1.1 首先觀察LED “STOP指示燈LED “STOP慢閃，表示有故障；LED “STOP快閃，表示CPU要求全清零，再重新輸 入控制程序。5.1.2 觀察外部供給的 220V交流電源及24V直流電

20、源是否正常。5.1.3 觀察電源組件風(fēng)扇是否正常。5.1.4 觀察電源組件上的后備鋰電池是否正常。如其電量不足總量的 15%,則可能造成部分ffU）有道工控 程序丟失，從而造成死機(jī)。5.1.5 CPU面板上的LED “QVZ燈亮，表示應(yīng)答延時(shí)?？赡苁牵涸L問I/O板白QVZ ,傳輸P I和通訊標(biāo)志的QVZ ,訪問外圍設(shè)備字 PY的QVZ ,訪問擴(kuò)展I/O的QVZ。對(duì)于生產(chǎn)過程 中出現(xiàn)的QVZ, 一般是由于I/O模塊故障、擴(kuò)展I/O模塊故障或擴(kuò)展I/O模塊電源故障所造 成。5.1.6 CPU面板上的LED “ZYX'亮。表示循環(huán)超時(shí)。 S5-135U的預(yù)置循環(huán)監(jiān)控時(shí)間為 150 ms。5.1.7 通過編程器PG進(jìn)行在線檢測(cè)5.1.7.1 中斷堆棧法PLC在停機(jī)時(shí)，將所有故障信息土送入中斷堆棧存儲(chǔ)器I STACK,通過編程器 PG與PLC聯(lián)機(jī)后在線檢測(cè)，可輸出 I STACK的兩個(gè)畫面。通過第一個(gè)畫面 “CONTROL BIT", 可了解停機(jī)前運(yùn)行狀態(tài)及故障信息。而第二個(gè)畫面“STACK ,只有在CPU處于STOP時(shí)才能顯示。它可以顯示中斷點(diǎn)的當(dāng)前信息和累加器內(nèi)容及故障原因。其中從“CAUSE OF INTER可知導(dǎo)致中斷的原因；從 “DBNO