西门子S7-200PLC在三辊机钢材成型设备改造中的应用

　　摘要：利用S7-200控制系统对原有手动控制的三辊机设备进行自动化改造，使其加工成型的材料具有良好的一致性，提高工作效率。
　　
　　一、背景：
　　
　　某自动扶梯厂在做自动扶梯的扶手时，有一道工序加工比较复杂，就是在扶梯起始及到楼层时扶手的弧度处理，由于扶手使用的是一公分厚的平板钢材，对其的弧度处理用的是三辊机冲压实现。加工的工艺图如图1所示，辊2、辊3是主动轮，由电机带动减速齿轮箱可实现低速正反转，辊1是从动轮，初始位置在离辊2、辊3一段距离的正上方，加工时先将工件放在辊2、辊3上面，点动控制辊1下降至正好压住工件时控制电机正转，冲压的量靠工人的经验通过点动控制下压油缸动作实现，正转固定的距离然后手动控制反转，重复冲压并不断下压，根据操作者的目测结果决定加工的进程。手动操作的结果导致的每次压的材料的弧度多不一样，或大或小不符合要求的必须根据模板纠正，一公分厚的钢材是通过人工敲打直至符合要求。而且加工的弧度要求经常要变，不同的扶梯的弧度不同，导致工人干活及累且工作效率低。基于这样的情况，厂家提出设备改造，要求控制设备具有自动控制的功能，根据要求可设定加工的参数，加工后的材料的一致性要好，减少工人反复修正的处理，提高生产效率。　　　　
　　二、改造方案
　　
　　根据以上的问题，我们提出用S7-200PLC加触摸屏TP170来实现对三辊机的自动就控制，具体的改动有以下：
　　
　　1．继电器接触器控制改为S7-200PLC加触摸屏TP170便于实现自动控制、参数设置。
　　
　　2．马达加装变频器实现调速并且加装转速编码器，便于对转速的监控。
　　
　　3．辊1的连动钢块加装位移传感器，便于对辊1的下降距离的监控
　　
　　4．油路加装调速阀，与主控阀并联，可以在加工下压时实现辊1的低速下降
　　
　　5．电气主控回路考虑调试时不过多影响生产，保留原有的控制电路，通过电控柜面板开关切换工作方式。
　　
　　三、主要的电气硬件设备
　　
　　1．S7-226DC/DC/DC1台
　　
　　2．EM235模块1个
　　
　　3．TP170触摸屏一台
　　
　　4．EM235模入/模出模块一块
　　
　　5．施耐德28系列4KW变频器一台
　　
　　6．50mm/0~10V位移传感器及变送器
　　
　　7．的固态继电器3个　　　　
　　四、控制系统简介
　　
　　控制系统的框架如图3所示。TP170A可以将每种加工工件的加工参数输入到S7-226PLC中，将工件的型号、弧长以及该弧的半径、钢材厚度录入其中，工人加工只需要选择工件的型号即可。另外系统也可通过触摸屏对系统实现点动调试功能，保证各部分硬件*。利用屏交互性较好的优点在触摸屏系统做了许多相关的相关报警提示信息。由于所有工件的弧所对应的角度θ及圆R的半径是已知的，系统根据此特点通过CPU-226内部三角函数命令计算出弓高H=R-Rcos（θ/2），也就是辊1碰到工件后再下降的位移量,CPU226利用EM235监测位移传感器的反馈电压，控制电磁液压阀，进而控制辊1的下降的位移量，由于辊1的下降速度很慢，所以位移控制的精度较高。考虑TP170已用去PORT0，PORT1用于程序下载调试比较合适，而用通讯方式控制变频器增加程序的编写且快速性可靠性降低，所以电机的转速控制由EM235输出模拟电压送到变频器的AI1、COM来实现。变频器的正反方向运行由PLC的DC输出直接控制。电机的转速编码器主要用来测量弧度对应钢材的长度，在钢材上工人提前画好标记弧度起点A、终点B的位置如图2，在工件随意放一位置后，辊1下压到正好接触钢材时停止下降，电机正转，在A点到达辊3的中心点时人工通过输入按钮给PLC一个信号，利用S7-200内置的高速计数器开始对转速编码器的输出计数，因为电机的转速通过齿轮箱减速后动力传递给辊2、辊3，辊2、辊3转速正比与电机的转速，辊2、辊3的周长固定且已知，弧长已通过TP170告诉PLC，PLC经过对转速编码器、齿轮箱的换算成实际的脉冲数，所以通过辊2、辊3转动的圈数（对应转速编码器的脉冲个数）可以知道目前弧AB所在的位置。进而可以控制起压点，结束点。程序把起压点放在辊1中心点对准AB中点时刻，把压的行程H分成多段完成，每压下一部分，电机正反转一周，辊1压一遍弧AB。　　
　　程序的控制流程如图4。主要利用S7-200的顺序控制指令来实现，顺序控制指令的优点很明显，控制方便结构清晰。　　　　
　　五、问题
　　
　　1.根据图纸计算出来的加工尺寸必须考虑材料的厚度，图纸上给出的是材料中心的尺寸，实际加工必须考虑厚度，不然会有偏差。
　　
　　2.编码器输出的脉冲信号用屏蔽线连接，但是在变频器工作时还是受到干扰，脉冲边沿质量变差，导致误计数，在接线末端加装小电容滤波得到改善。
　　
　　3.齿轮箱的惯性问题是在工作过程中必须要考虑的，PLC认为停止条件满足到变频器停止输出齿轮箱真正停止有一小段时间，在调试中我们反复观测出一个提前量给PLC解决这个问题。
　　
　　六、结束
　　
　　S7-200与TP170在编程调试过程中充分体现了它的灵活性和可靠性。系统调试结束后实际运行的效果良好，一致性满足生产的要求，尽管单次加工的时间比手动时增加，但加工的产品几乎不需要敲打调整，总的生产效率大大提高。