摘 要：為了提高剝線機(jī)的可靠性和控制精度，介紹了以Panasonic FP0—T32型PLC為控制核心設(shè)計(jì)的一種自動(dòng)剝線機(jī)。從PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，首先介紹了自動(dòng)剝線機(jī)的工作原理和設(shè)計(jì)要求，然后闡述了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、PLC程序設(shè)計(jì)和程序調(diào)試，其中包括輸入/輸出點(diǎn)數(shù)計(jì)算、PLC選型、輸入/輸出接線設(shè)計(jì)以及模塊化程序設(shè)計(jì)思路。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)完全符合設(shè)計(jì)要求，具有較高實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：剝線機(jī)；PLC；步進(jìn)電機(jī)；高速計(jì)數(shù)器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004373X(2008)0312803

Application of PLC in Automatic Wire—Stripping Machine

LIU Jian，LUO Xiaoshu，CHEN Chi，LIANG Junying

(College of Physics and Electronic Engineering，Guangxi Normal University，Guilin，541004，China)

Abstract：In order to improve the reliability and precision of the wire—stripping machine，this paper introduces an automatic wire—stripping machine designed on core controller FP0—T32 PLC of Panasonic.According to the design mode of PLC control system，the work principle and requirements of design are introduced first.Then the design of system′s hardware and software and program debugging are given，which include the count of I/O quantity，selecting a mode of PLC，the design of I/O circuit and the method of modularization program design.Test results show that the system meets the requirements of design and it has higher practical values.

Keywords：wire—stripping machine;PLC;stepping—motor;high speed counter

對(duì)線束使用需求大的電子行業(yè)，手工剝線往往既費(fèi)時(shí)又不能滿足需求，剝線機(jī)械化是必然的趨勢(shì)。目前許多國(guó)內(nèi)機(jī)械式剝線機(jī)是以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，其成本較低，但精度較差，抗干擾能力不強(qiáng)。本文介紹一種以PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)為核心控制系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)械式自動(dòng)剝線機(jī)，開(kāi)發(fā)周期短而且抗干擾能力強(qiáng)，能方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能擴(kuò)充和修改，這些優(yōu)勢(shì)是單片機(jī)系統(tǒng)難以做到的。

1 自動(dòng)剝線機(jī)工作原理與設(shè)計(jì)要求

1.1 剝線機(jī)工作原理

自動(dòng)剝線機(jī)工作原理如圖1所示，右滾輪步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)上、下右滾輪將夾持的被加工線左右移動(dòng)；裁刀步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)上、下兩裁刀向相反方向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制上、下裁刀之間的位移，實(shí)現(xiàn)剝皮和裁線的功能；左滾輪步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)上、下左滾輪將夾持的被加工線左右移動(dòng)；扭線輪步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)上、下左滾輪(扭線輪與左滾輪在物理上是指同一滾輪)向相反方向前后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)扭線功能。

圖1 自動(dòng)剝線機(jī)原理圖

1.2 剝線機(jī)具體設(shè)計(jì)要求

(1) 按鍵設(shè)置各控制參數(shù)：根據(jù)初始設(shè)置值的不同，本系統(tǒng)共有9種不同的工作方式，即能加工9種不同要求的線束；可以增、減對(duì)已被加工成裸線部分線束的扭線功能，包括4種扭線方式。

(2) 啟?？刂疲喝鐭o(wú)故障檢測(cè)報(bào)錯(cuò)，按下啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)剝線機(jī)自動(dòng)工作；按下停止按鈕時(shí)剝線機(jī)剝完當(dāng)前一條線束才停止工作；按下緊急停止按鈕時(shí)，剝線機(jī)立即停止所有工作。

(3) 連續(xù)剝線：要求剝線機(jī)能連續(xù)剝線，直到設(shè)定的工作數(shù)量。

(4) 自動(dòng)計(jì)數(shù)：每剝完一條線，剝線機(jī)根據(jù)設(shè)定可以按加1或者加2計(jì)數(shù)；自動(dòng)計(jì)數(shù)又分本次加工計(jì)數(shù)和累計(jì)總計(jì)數(shù)。

(5) 實(shí)時(shí)顯示：要求液晶顯示屏能實(shí)時(shí)顯示各個(gè)設(shè)定的數(shù)據(jù)、故障報(bào)錯(cuò)、工作計(jì)數(shù)等。

(6) 故障報(bào)錯(cuò)：故障報(bào)錯(cuò)包括設(shè)定數(shù)據(jù)時(shí)超出剝線機(jī)參數(shù)范圍，扭線輪、裁刀未歸位，缺線等情況。

(7) 其他：適用線徑為AWG#16～AWG#32；剝線精度為1 μm；系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC輸入/輸出點(diǎn)數(shù)計(jì)算

選擇PLC機(jī)型時(shí)一般應(yīng)考慮到系統(tǒng)需要滿足的功能、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存容量及成本等因素[1]。本系統(tǒng)共有36個(gè)輸入按鍵，按常規(guī)PLC輸入接入將需要36點(diǎn)PLC輸入，小型PLC一般只有8點(diǎn)或者16點(diǎn)輸入，擴(kuò)展輸入模塊將大大增加成本。為了減少PLC本身的成本，本系統(tǒng)輸入部分設(shè)計(jì)成6×6陣列編碼方式，實(shí)現(xiàn)將36路按鍵轉(zhuǎn)化成6路PLC輸入，再加上三個(gè)傳感器(分別是裁刀歸位、扭線輪歸位和有無(wú)線材檢測(cè)傳感器)共9點(diǎn)輸入。

PLC輸出部分控制四臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，每臺(tái)需2路輸出控制(脈沖和方向)，再加上蜂鳴器、磁鐵式導(dǎo)管和5路錯(cuò)誤信息編碼共15路輸出。

2.2 PLC選型

基于設(shè)計(jì)要求和輸入/輸出點(diǎn)數(shù)計(jì)算以及控制成本等角度考慮，本系統(tǒng)選用性價(jià)比優(yōu)的Panasonic FP0—T32型PLC作為系統(tǒng)控制核心。FP0—T32型PLC具有以下特點(diǎn)[1]：超小型尺寸，長(zhǎng)60 mm，寬25 mm，高90 mm；無(wú)需擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)分別有16點(diǎn)，最大可以擴(kuò)展到128點(diǎn)；價(jià)格相對(duì)便宜；程序容量達(dá)到10 k步。

2.3 PLC輸入/輸出接線設(shè)計(jì)

在此主要介紹本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的36路按鍵編碼減少PLC輸入點(diǎn)數(shù)原理和兩路脈沖輸出驅(qū)動(dòng)4個(gè)步進(jìn)電機(jī)接線原理。

36路按鍵編碼原理：36路按鍵按6×6矩陣排列，經(jīng)單片機(jī)編碼后成6路輸出，再經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后變成PLC能識(shí)別的6路輸入。當(dāng)36路按鍵中任意一個(gè)按鍵按下，都將有6路信號(hào)分別傳送到PLC的X1～X6口，PLC通過(guò)軟件編程解碼來(lái)識(shí)別特定按鍵。

PLC兩路脈沖輸出驅(qū)動(dòng)4個(gè)步進(jìn)電機(jī)原理：Panasonic FP0—T32型PLC最多只可以輸出兩路高速脈沖，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使用1路脈沖信號(hào)加1路片選信號(hào)來(lái)切換控制不需要同時(shí)驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)(本系統(tǒng)中只有當(dāng)扭線時(shí)需要同時(shí)驅(qū)動(dòng)左滾輪步進(jìn)電機(jī)和扭線輪步進(jìn)電機(jī))，實(shí)現(xiàn)兩路脈沖驅(qū)動(dòng)4個(gè)步進(jìn)電機(jī)。

3 PLC程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想，包括主程序設(shè)計(jì)和各功能模塊子程序設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)方案如下：

(1) 主程序：實(shí)現(xiàn)步進(jìn)動(dòng)作之前的數(shù)據(jù)初始化工作、三段剝皮動(dòng)作流程和兩段剝皮動(dòng)作流程。如圖2所示為系統(tǒng)主程序流程圖。

圖2 主程序流程圖

(2) 按鍵解碼子程序：從X1～X6接收的輸入信息中解碼36個(gè)按鍵。

(3) 數(shù)字接收并保存子程序：在某功能設(shè)定按鍵按下后調(diào)用此子程序，能將接下來(lái)輸入的正確數(shù)字信息保存到相應(yīng)的掉電保存寄存器。

(4) 4個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制子程序：通過(guò)高速計(jì)數(shù)器指令分別驅(qū)動(dòng)4個(gè)步進(jìn)電機(jī)按要求動(dòng)作。

(5) 故障報(bào)警子程序：系統(tǒng)預(yù)設(shè)28種錯(cuò)誤信息報(bào)警，該子程序?qū)崟r(shí)檢測(cè)錯(cuò)誤信息并通過(guò)YA至YE輸出到液晶顯示屏顯示。

圖3 部分PLC程序梯形圖

本系統(tǒng)PLC程序編程采用梯形圖方式實(shí)現(xiàn)。主程序部分使用步進(jìn)指令將各個(gè)動(dòng)作按照特定的執(zhí)行順序連接起來(lái)進(jìn)行控制[1]。子程序中對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，使用PLC高速計(jì)數(shù)器指令精確控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位移。

為使剝線精度達(dá)到1 μm，程序中所有運(yùn)算均采用μm為單位。

該程序完成了所有剝線機(jī)設(shè)計(jì)要求，程序共有9千多步，在這里就不詳細(xì)列出。如圖3所示為部分PLC程序梯形圖。

4 程序調(diào)試

初始調(diào)試時(shí)采用模擬開(kāi)關(guān)輸入，分模塊單獨(dú)調(diào)試，然后整合主程序和所有模塊子程序整體調(diào)試，最后是軟、硬件一起聯(lián)機(jī)調(diào)試。在調(diào)試過(guò)程中遇到許多問(wèn)題，都一一解決了，如每個(gè)步進(jìn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)初始化程序放置在步進(jìn)過(guò)程內(nèi)不能初始化的問(wèn)題，經(jīng)反復(fù)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)需要放置在主程序之前(即步進(jìn)過(guò)程之外)才能正常初始化。

5 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)以Panasonic FP0—T32型PLC為核心控制系統(tǒng)運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試表明，系統(tǒng)完全符合設(shè)計(jì)要求，工作性能穩(wěn)定，可精確地實(shí)現(xiàn)線束加工，具有較高的實(shí)用價(jià)值。本文所述以PLC為控制核心的自動(dòng)剝線機(jī)設(shè)計(jì)方式也可推廣到其他自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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[2]宋伯生.PLC編程理論、算法及技巧[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

作者簡(jiǎn)介

劉 建 男，1979年出生，湖南南縣人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)殡娐放c系統(tǒng)、電氣自動(dòng)化控制。

羅曉曙 男，1961年出生，湖北應(yīng)城人，教授。主要研究方向非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定控制與同步、電氣自動(dòng)化控制。

陳 赤 男，1957年出生，廣西陸川人，高級(jí)工程師。主要研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化控制。

梁俊英 男，1981年出生，廣西武鳴人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)殡娐放c系統(tǒng)。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。