張全莊（1963-）
男，陜西富平人，副教授，（陜西工業職業技術學院電氣工程系，陜西    咸陽   712000）,主要從事自動控制理論教學和PLC與變頻器技術的應用研究。

1     引言

    咸陽彩虹廠是1982年建廠，引進日本AIDA公司C1系列沖床是一臺關鍵生產設備，采用繼電器控制系統，已使用20多年，電氣部分嚴重老化，關鍵電氣元件如凸輪選擇行程開關、運動監測器相繼出現老化失效，而且原型號很難再購買，造成嚴重的連續沖壓的惡性故障，更嚴重的是由于設備采用人工手動操作，居高不下的故障率給人身安全帶來嚴重威脅。雖已采取一些暫時的應急措施，如更換全部關鍵凸輪開關等，但這些不能從根本上確保整個系統穩定與性能提高。經過充分考慮，同時參照AIDA二、三代沖床設備的優點，對系統進行了全面改造，經過半年運行，取得了良好的效果，故障率大為降低。

2     系統組成

    該系統由可編程控制器、變頻器、電子凸輪器等組成，系統結構框圖如圖1所示。

    2.1   可編程序控制器

    選用日本OMRON的CPM2A-60CDR-A，它有24點輸入，16點輸出，操作按鈕、行程開關、角度反饋等共計20點。16個輸出點用來控制繼電器電磁閥和變頻器。與原設備相比，增加了上死點的近接開關、電子凸輪角度反饋等，使設備在檢測方面更加完善，自診斷功能更加全面。

    2.2   調速系統采用變頻器

    原設備采用進口日本FUJI調速電機，電機功率為11kW。隨使用條件不斷變化，其中有兩臺設備需編入自動線生產，這就要求設備運轉速度必須與自動線整體速度相匹配，即設備必須具備調速功能。筆者選擇的是日本三菱的FR-A540-11K型的變頻器，該變頻器功能強大：1）參數控制顯示方面，設有外部控制、PU（面板）操作及兩者組合操作模式等多種選擇；2）可針對各種不同的電機進行精細化的參數設置，使電機具備更有效的運行特性；此外，由于采用變頻調速，電機不可避免發出異常噪音，通過調整變頻器“PWM”頻率，控制電機噪音從金屬式的音頻改為無害的合成形音頻。

    在具體使用中，還增加了工頻-變頻切換電路，如圖2所示,使設備在手動生產時，仍使用工頻工作，從而延長了變頻器的壽命。在參數設置上，可從安全角度設定，接觸器切換互鎖時間等；在設備的操作面板上將電機的轉速用轉速表顯示出來，清晰直觀。

    2.3   選用帶旋轉編碼器的電子凸輪開關

    電子凸輪開關與機械式凸輪開關相比，具有無磨損、精度高，可靠性強的特點；并與更換后的機械式凸輪開關連鎖配合使用，達到真正意義上的雙保險。

    電子凸輪開關選用OMRON的H8PS-8型，配用的絕對編碼器型號為E6CP-AG5-C型，其主要性能有：額定電壓DC24V，集電極NPN輸出，并帶有運轉輸出1路，回路計算輸出1路，可方便與PLC直接相連，編碼器最高響應速度為330r/ min，它自帶編程和顯示液晶屏，可方便進行數據改寫及實時數據顯示，見表1。
 
3    系統運行原理

    當液壓電機運轉正常，油壓正常，沖床停于上死點時，雙手按下操作按鈕，主電磁閥動作，工作“一行程”狀態，對工件沖壓一次。這時，通過高速計數器指令完成凸輪行程檢測，將結果送到PLC。沖頭完成一個周期，凸輪旋轉360°，在0°～180°屬于“點動”狀態，按下停止按鈕，會立刻停止。當超過180°時，停止按鈕操作與否，最終只能停止在上死點。當轉換開關置于“連續”狀態時，沖床可自動連續完成對工件進行沖壓，也可和另一臺沖床組成自動線加工。沖壓機動作流程圖如圖3所示。

4    主程序設計

    根據圖3控制原理分析，即可進行設備程序的編程，I/O分配如表2，主程序如圖4所示。

5     結束語

    可編程控制器改造設備，具有改造周期短、可靠性高的特點，本文介紹的一些設計思路及新型的控制器件，相信對同行會有很大的幫助。這批設備從2006年5月改造完成投入實際使用后，半年多的運行結果表明，該系統不僅操作方便直觀、維修調整快捷，設備控制準確，故障率大幅降低，使設備性能和功能得到很大的提升。

    當然改造后，經過反思筆者也發現系統在設計之初因考慮不周，存在需要改進的地方，如變頻器的速度與PLC沒有很好的進行數據共享，所以當設備運轉速度變化時，設備在上死點停車時有輕微的波動，如果PLC對變頻器的速度信號進行分析后，可通過PLC豐富的運算功能在這方面進行補償，使操作系統更加完善。