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　　摘要：利用S7-200控制系統(tǒng)對(duì)原有手動(dòng)控制的三輥機(jī)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)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：
　　
　　某自動(dòng)扶梯廠在做自動(dòng)扶梯的扶手時(shí)，有一道工序加工比較復(fù)雜，就是在扶梯起始及到樓層時(shí)扶手的弧度處理，由于扶手使用的是一公分厚的平板鋼材，對(duì)其的弧度處理用的是三輥機(jī)沖壓實(shí)現(xiàn)。加工的工藝圖如圖1所示，輥2、輥3是主動(dòng)輪，由電機(jī)帶動(dòng)減速齒輪箱可實(shí)現(xiàn)低速正反轉(zhuǎn)，輥1是從動(dòng)輪，初始位置在離輥2、輥3一段距離的正上方，加工時(shí)先將工件放在輥2、輥3上面，點(diǎn)動(dòng)控制輥1下降至正好壓住工件時(shí)控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，沖壓的量靠工人的經(jīng)驗(yàn)通過(guò)點(diǎn)動(dòng)控制下壓油缸動(dòng)作實(shí)現(xiàn)，正轉(zhuǎn)固定的距離然后手動(dòng)控制反轉(zhuǎn)，重復(fù)沖壓并不斷下壓，根據(jù)操作者的目測(cè)結(jié)果決定加工的進(jìn)程。手動(dòng)操作的結(jié)果導(dǎo)致的每次壓的材料的弧度多不一樣，或大或小不符合要求的必須根據(jù)模板糾正，一公分厚的鋼材是通過(guò)人工敲打直至符合要求。而且加工的弧度要求經(jīng)常要變，不同的扶梯的弧度不同，導(dǎo)致工人干活及累且工作效率低?；谶@樣的情況，廠家提出設(shè)備改造，要求控制設(shè)備具有自動(dòng)控制的功能，根據(jù)要求可設(shè)定加工的參數(shù)，加工后的材料的一致性要好，減少工人反復(fù)修正的處理，提高生產(chǎn)效率。　　　　
　　二、改造方案
　　
　　根據(jù)以上的問(wèn)題，我們提出用S7-200PLC加觸摸屏TP170來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)三輥機(jī)的自動(dòng)就控制，具體的改動(dòng)有以下：
　　
　　1．繼電器接觸器控制改為S7-200PLC加觸摸屏TP170便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、參數(shù)設(shè)置。
　　
　　2．馬達(dá)加裝變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速并且加裝轉(zhuǎn)速編碼器，便于對(duì)轉(zhuǎn)速的監(jiān)控。
　　
　　3．輥1的連動(dòng)鋼塊加裝位移傳感器，便于對(duì)輥1的下降距離的監(jiān)控
　　
　　4．油路加裝調(diào)速閥，與主控閥并聯(lián)，可以在加工下壓時(shí)實(shí)現(xiàn)輥1的低速下降
　　
　　5．電氣主控回路考慮調(diào)試時(shí)不過(guò)多影響生產(chǎn)，保留原有的控制電路，通過(guò)電控柜面板開關(guān)切換工作方式。
　　
　　三、主要的電氣硬件設(shè)備
　　
　　1．S7-226DC/DC/DC1臺(tái)
　　
　　2．EM235模塊1個(gè)
　　
　　3．TP170觸摸屏一臺(tái)
　　
　　4．EM235模入/模出模塊一塊
　　
　　5．施耐德28系列4KW變頻器一臺(tái)
　　
　　6．50mm/0~10V位移傳感器及變送器
　　
　　7．的固態(tài)繼電器3個(gè)　　　　
　　四、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　
　　控制系統(tǒng)的框架如圖3所示。TP170A可以將每種加工工件的加工參數(shù)輸入到S7-226PLC中，將工件的型號(hào)、弧長(zhǎng)以及該弧的半徑、鋼材厚度錄入其中，工人加工只需要選擇工件的型號(hào)即可。另外系統(tǒng)也可通過(guò)觸摸屏對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)調(diào)試功能，保證各部分硬件*。利用屏交互性較好的優(yōu)點(diǎn)在觸摸屏系統(tǒng)做了許多相關(guān)的相關(guān)報(bào)警提示信息。由于所有工件的弧所對(duì)應(yīng)的角度θ及圓R的半徑是已知的，系統(tǒng)根據(jù)此特點(diǎn)通過(guò)CPU-226內(nèi)部三角函數(shù)命令計(jì)算出弓高H=R-Rcos（θ/2），也就是輥1碰到工件后再下降的位移量,CPU226利用EM235監(jiān)測(cè)位移傳感器的反饋電壓，控制電磁液壓閥，進(jìn)而控制輥1的下降的位移量，由于輥1的下降速度很慢，所以位移控制的精度較高。考慮TP170已用去PORT0，PORT1用于程序下載調(diào)試比較合適，而用通訊方式控制變頻器增加程序的編寫且快速性可靠性降低，所以電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制由EM235輸出模擬電壓送到變頻器的AI1、COM來(lái)實(shí)現(xiàn)。變頻器的正反方向運(yùn)行由PLC的DC輸出直接控制。電機(jī)的轉(zhuǎn)速編碼器主要用來(lái)測(cè)量弧度對(duì)應(yīng)鋼材的長(zhǎng)度，在鋼材上工人提前畫好標(biāo)記弧度起點(diǎn)A、終點(diǎn)B的位置如圖2，在工件隨意放一位置后，輥1下壓到正好接觸鋼材時(shí)停止下降，電機(jī)正轉(zhuǎn)，在A點(diǎn)到達(dá)輥3的中心點(diǎn)時(shí)人工通過(guò)輸入按鈕給PLC一個(gè)信號(hào)，利用S7-200內(nèi)置的高速計(jì)數(shù)器開始對(duì)轉(zhuǎn)速編碼器的輸出計(jì)數(shù)，因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)速通過(guò)齒輪箱減速后動(dòng)力傳遞給輥2、輥3，輥2、輥3轉(zhuǎn)速正比與電機(jī)的轉(zhuǎn)速，輥2、輥3的周長(zhǎng)固定且已知，弧長(zhǎng)已通過(guò)TP170告訴PLC，PLC經(jīng)過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速編碼器、齒輪箱的換算成實(shí)際的脈沖數(shù)，所以通過(guò)輥2、輥3轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)（對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速編碼器的脈沖個(gè)數(shù)）可以知道目前弧AB所在的位置。進(jìn)而可以控制起壓點(diǎn)，結(jié)束點(diǎn)。程序把起壓點(diǎn)放在輥1中心點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)AB中點(diǎn)時(shí)刻，把壓的行程H分成多段完成，每壓下一部分，電機(jī)正反轉(zhuǎn)一周，輥1壓一遍弧AB。　　
　　程序的控制流程如圖4。主要利用S7-200的順序控制指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，順序控制指令的優(yōu)點(diǎn)很明顯，控制方便結(jié)構(gòu)清晰。　　　　
　　五、問(wèn)題
　　
　　1.根據(jù)圖紙計(jì)算出來(lái)的加工尺寸必須考慮材料的厚度，圖紙上給出的是材料中心的尺寸，實(shí)際加工必須考慮厚度，不然會(huì)有偏差。
　　
　　2.編碼器輸出的脈沖信號(hào)用屏蔽線連接，但是在變頻器工作時(shí)還是受到干擾，脈沖邊沿質(zhì)量變差，導(dǎo)致誤計(jì)數(shù)，在接線末端加裝小電容濾波得到改善。
　　
　　3.齒輪箱的慣性問(wèn)題是在工作過(guò)程中必須要考慮的，PLC認(rèn)為停止條件滿足到變頻器停止輸出齒輪箱真正停止有一小段時(shí)間，在調(diào)試中我們反復(fù)觀測(cè)出一個(gè)提前量給PLC解決這個(gè)問(wèn)題。
　　
　　六、結(jié)束
　　
　　S7-200與TP170在編程調(diào)試過(guò)程中充分體現(xiàn)了它的靈活性和可靠性。系統(tǒng)調(diào)試結(jié)束后實(shí)際運(yùn)行的效果良好，一致性滿足生產(chǎn)的要求，盡管單次加工的時(shí)間比手動(dòng)時(shí)增加，但加工的產(chǎn)品幾乎不需要敲打調(diào)整，總的生產(chǎn)效率大大提高。