1 引言
軸承加脂加蓋機器是軸承加工行業的主要設備，集機、電、氣等技術于一體，主要用于單面蓋、雙面蓋、鐵蓋或橡膠蓋的成型加工。軸承加脂加蓋生產流水線機械結構復雜，工位比較多，實際生產中要求工位可靈活選擇設定，并能及時檢測生產中的故障進行停機排查。傳統的軸承加脂加蓋機器控制系統通常采用繼電器接觸器控制，但由于繼電器系統線路復雜、故障率高、維修工作量大，導致系統控制精度低、控制靈活性差、操作不直觀，故很少能實現單雙面可選，加脂加蓋在一條生產線上同時進行。為此，本文采用可靠性高、靈活性好的PLC作為系統的主控元件，并采用觸摸屏對系統進行參數設置和故障監控，提高系統的自動化程度。
2 雙面軸承加脂加蓋機介紹
2.1設備組成
圖1軸承加脂加蓋設備實物圖
如圖1所示，軸承加脂加蓋設備實物圖。多工位雙面軸承加脂加蓋設備，主要由機械系統、氣動控制系統和電氣控制系統組成。
機械系統主要有上料裝置、工位送料裝置、注脂、脂檢、加蓋、壓蓋、蓋檢、旋轉翻身裝置和均脂裝置等組成。上料裝置采用圓盤供料和PU帶傳送上料。工位送料采用夾持式送料方式，避免了軸承的磕碰傷。注脂采用非接觸式注脂定位技術，保證了在注入油脂時注脂頭不接觸保持架。采用工業視覺系統進行油脂透光檢查，可檢查出保持架不良品。加蓋采用串料桿上料方式，可適應鐵蓋或塑蓋。壓蓋采用氣液增壓缸壓蓋，通過可設定上、下限的線性電位器進行蓋平面高度檢查。翻身采用步進驅動定位技術，保證每次完成180度工件旋轉。勻脂采用時間長短可調的旋轉均脂方式。
氣動控制系統采用自適應式氣液增壓技術，在壓頭和防塵蓋接觸后加力實現無沖擊靜力壓蓋，壓蓋力連續可調。
電氣控制系統采用和利時公司PLC控制器和觸摸屏人機界面，可進行各種故障自動識別，自動聲光報警，自動停機保護。
2.2工位選擇工藝原理
完整的雙面軸承加脂加蓋生產流水線依次要進行送料、加脂、脂檢、空操作、A面加蓋、空操作、A面蓋檢、A面壓蓋、翻身、空操作、B面加蓋、空操作、B面蓋檢、B面壓蓋、刪除和均脂等16個工位動作，其工序過程如圖2所示。只有前一個動作檢測執行成功，后面才能執行，如果前面動作執行不成功，則對應此產品的后面工位均不執行，并且執行不成功的這個不良產品將一直移到刪除工位進行刪除。例如：產品脂檢不合格，則后面工位均不動作，移至刪除位刪除不良品。
圖2 工序流程圖
各工位開或關選擇有兩種模式：
（1） 觸摸屏內手動選擇
各工位開或關可在觸摸屏內修改。比如，在觸摸屏內設定‘是否需要加脂’這個條件，設定為加脂則執行加脂程序，設定不加脂則加脂程序不執行，依次類推，直至均脂。
（2） 自動循環過程自動選擇
自動循環過程各工位除了要根據觸摸屏內設定的工位選擇條件執行外，還要依賴脂檢、蓋檢的結果自動選擇后續工位是否執行。譬如，如果某產品做A面蓋檢后發現不合格，則此不良品移至后續的工位時，動作都不執行，在刪除工位進行不良品刪除。
3 監控系統方案設計
3．1 PLC介紹
3.1.1 PLC工作原理
PLC工作方式又掃描方式和中斷方式，所謂掃描方式是周而復始的執行一系列任務。任務循環執行一次稱為一個掃描周期，其掃描的工作過程如下：
（1）讀輸入：將物理輸入點上的狀態復制到輸入過程映像寄存器中。
（2）執行邏輯控制程序：執行程序指令并將數據存儲在變量存儲區中。
（3）處理通訊請求：即執行通訊任務。
（4）執行CPU自診斷：檢測固件、程序存儲器和擴展模塊是否工作正常。
（5）寫輸出：在輸出過程映像寄存器中存儲的數據被復制到物理輸出點。
中斷方式是指當中斷事件發生時則立即執行一次相應的中斷服務程序，不受掃描周期的影響，響應速度快，從而進一步提高了PLC控制的可靠性。中斷事件不發生時，不掃描中斷服務程序，這樣可以節約掃描時間，減少掃描周期。
3.1.2 PLC特點
（1）PLC邏輯判斷和控制能力強，抗干擾能力強，可靠性好。PLC從硬件上采用隔離、濾波措施有效地抑制和消除了干擾。
（2）擴展性和柔性好，且可移植性好，在不改變硬件的情況下，只改變軟件的程序就可以實現不同的功能。
（3）編程語言豐富，可以采用不同語言編寫程序，® LM系列PLC支持6種編程語言，包括：梯形圖（LD）、指令表（IL）、結構化文本（ST）、功能塊圖（FBD）、順序功能圖（SFC）和連續功能圖（SFC）。給編寫程序帶來很大方便。
3．2 監控系統方案
16工位雙面軸承加脂加蓋機器的電氣控制系統是整機系統的一個重要組成部分，其中各工位的開或關選擇是保證控制系統整體性能的關鍵所在。根據各工位的具體控制要求，本文采用可編程控制器和觸摸屏相結合的控制方案。其中PLC完成對各工位接近開關、傳感器信號的采集和邏輯運算，實現對各電磁閥、步進電機等輸出裝置的動作控制；觸摸屏實現各種參數的設置、顯示以及故障報警。
3．3 控制系統硬件設計
圖3 控制系統結構
分析設備工藝要求，系統需要36路數字量輸入，25路數字量輸出和2路模擬量輸入，同時需要一點高速脈沖輸出實現步進電機運動控制。系統選用和利時公司的LM 系列可編程控制器LM3106A、LM3210、LM3212、LM3221和LM3310實現控制。 控制系統結構如圖3所示。
LM3106A本體集成14通道24VDC輸入， 10通道晶體管輸出，可連接4個擴展模塊。具有2點100KHz高速脈沖輸出，一個RS-232串行通訊接口，支持Modbus RTU從站協議，可與和利時觸摸屏進行串口通訊。
LM3210是8通道數字量輸入擴展模塊，LM3212是16通道數字量輸入擴展模塊，M端為模塊各自的外接DI公共端，可接24VDC傳感器電源的正端或負端，以適應源型\漏型的DI。
LM3221是16通道晶體管輸出擴展模塊，輸出額定負載電壓為24VDC。
LM3310是4通道的模擬量輸入擴展模塊，4個通道可獨立配置為0-10V標準電壓信號輸入或者0-20mA、4-20mA可選標準電流信號輸入。
觸摸屏選用和利時公司5.7″彩色顯示屏。
4 程序設計
4.1 主站程序設計
觸摸屏主要實現人機交互，對軸承加脂加蓋機器進行工位開或關選擇，負責系統的在線監視、控制、調試、維護。完成數據顯示、數據分析和操作保護三類功能，可分為以下幾個方面：
（1）參數設定、實時數據的收集處理和顯示及命令控制界面，如圖4所示。
（2）為保證監控系統的安全性，對于某些特殊的控制參數設有多級密碼保護功能，以確保控制參數及系統的安全性。
（3）實現系統手、自動控制，即達到系統的自動控制，又便于設備的調試與維護。
（4）具有報警和故障顯示功能，對系統達到預警提示及安全控制的功能。如圖4-圖7。
圖4 工位選擇畫面 圖5 手動畫面
圖6 參數設置畫面 圖7 報警畫面
4.2 PLC程序設計
4.2.1 PLC應用程序
根據多工位雙面軸承加脂加蓋機工作過程對控制系統提出的要求，整個PLC應用程序分公共程序、手動模式程序、自動模式程序、工位控制程序和報警程序。
（1）公共程序主要對系統工作參數進行設定，實現良品和不良品的計數統計。
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