OMRON C200H PLC在轴承滚针分选机控制中的应用

    一、应用背景与需求    为了提高和保证产品的质量，生产中对一些部件按照一定的工艺要求进行归类分组是必要的。以轴承的生产为例，要求对生产中的滚针和滚柱进行分选组别，这一工作由轴承滚针分选机来完成。    分选机的功能是对工件进行连续测量，将被测参数转变为电信号，再经电路放大、逻辑运算处理后，控制相应的执行机构动作，对工件实行自动分选。这一过程需要进行自动控制，本例介绍一种使用PLC构成的分选机控制系统。    二、轴承滚针分选机PLG控制系统设计    1．系统构成    系统采用OMRON C200H模块式PLC，现场开关信号接入24V输入模块，指示灯、中间继电器及电磁铁线圈由晶体管型输出模块控制。选用差动式电感传感器将滚针或滚柱的直径和长度的变化转变成电感量变化，再经测量放大电路放大成标准的电压信号，接至PLC的模拟量输入模块。    该系统总输入点为：开关量5点，模拟量2点，分别采用直流24V的8点输入模块IM211和模拟量输入模块AD001;输出点为开关量15点，选用OD411和OD211两块晶体管输出模块。对PLC的输入输出端子进行定义和分配，如表9.5所示。    表9.5    分选机控制系统PLC的I/O分配表
    其中，模拟量输入单元ADO01的技术参数主要有以下几个。    ·输入路数：最大4路／单元。    ·输入信号范围：电压1~ 5V或0~10V，电流4~20mA。    ·分辨率：满量程的1/4000（含线性误差）。    ·转换时间：最大2.5ms（一路）。    ·输出代码：12位二进制数码( 000H~ FA0H)。    2．工作原理    分选机属于比较测量仪器，先以标准尺寸工件定标或先校正好测微仪的放大倍数，然后以被测工件与标准工件尺寸进行比较，产生直径尺寸差△d和长度尺寸差△l，电感测量头将△d和△l转为电感差△L，测量电路将电感差转变为0～+10V的电压信号Us。信号经PLC模拟量输入模块转变为数字量，并根据工艺要求，将参数同标准数据进行比较，控制相应料门电磁铁。分选的工艺要求如下。    (I)长度信号先与直径信号进行分选：分选时，先将滚针的长度测量值分为3类，即怅度超差件L+、L-和合格件L0，然后再将L0工件按照其直径大小细分为超差件D+、D-，合格件D1、D2、…、D10，也就是说只有长度合格的工件才进行直径分选。    (2)组别按尺寸大小，由小到大进行排列：长度按L-、LO、L+，直径按D-、D1、D2、…、D10、D+，从小到大顺序排列，以保证工件准确地落入属于自己的组别。    三、PLC控制梯形图的设计    1．程序控制的要求    现通过工件1从送料到落料来说明一个程序周期的过程。    (1)送工件1至测量平台（同时推落上一工件）。    (2)对上一工件测量信号值清零，该工件对应的落料门关闭。    (3)对工件1进行测量并锁存，打开相应料门，准备落料。    (4)工件2送料，同时将工件1顶下落料。    (5)工件1经一段时间落入相应料门。    (6)工件1测量信号清零，相应料门关闭。    设T为分选圊期，已知分选机的分选速度为125件/min，则T=60/125=0.48s。    2．程序设计    (1)程序的控制流程    PLC程序的控制流程如下。    ①启动测量信号后，首先是送料电机起动，首次开机应有数十秒延时，以便系统稳定。    ②送料的同时推落上一工件，同时等待测量同步脉冲的到来。    ③取长度值，进行求平均数和数值变换。    ④将长度测量值同设定值比较判别是否超差，如为超差件则进入超差门。    ⑤长度值不超差，则取其直径值，并判别直径是否超差，如不是超差件，则依次同各组别设定值比较，进行分选。    ⑥该工件测量完后，如满足循环条件，则送下一工件进行测量分组。    OMROM C200H的AD001单元，不仅仅能完成将模拟量输入信号转换为二进制数字量的功能，还提供了对输入信号取平均值、数据换算等数据处理功能。每一种功能都在PLC的IR区有对应的启动位，在DM区中有对应的参数区。使用中，只需要预先在参数区中预置好有关数据，就可以通过程序控制对某项功能的启动进行置位，AD001就按照该项功能的要求对转换数据进行处理，然后将处理结果输出到PLC。    以下，重点对模拟量处理程序设计中的一些问题进行进一步说明。    (2)信号输入与干扰的消除    在输入的模拟量信号中，会含有各种噪声和干扰。为了准确地进行测量和控制，必须消除被测信号中的随机干扰。AD001模块引入了数字滤波方法，它可根据用户设定的积分常数对多次A/D转换数据取算术平均值，以消除干扰。其中，积分常数就是A/D转换的次数，平均值是将多次A/D转换数据之和与积分常数相除，并忽略计算结果中的小数部分。    设Ⅳ为A/D转换的次数，AD001中四路输入的Ⅳ值分别预置在DM1108～DM1111中。本例将N取为3，所用2路积分常数预置在DM1108和DM1109通道中。IR区中11007～11010分别是第一路到第四路的求平均值启动位，当其被置为“1”时，则向AD001发出取平均值的指令，此时平均值为二进制数。取平均值的梯形图如图9.19所示。
   图9.19    取平均值的梯形图    (3)数据换算    由于A/D转换得到的是标准数字信号，即相对于传感器测量范围的相对百分数，不能直观地表示过程被测变量的量纲，因此需要进行换算。AD001可根据用户设定的上下限参数值，将A/D转换后的12位二进制数据换算成4位十进制数（用BCD码表示）。AD001按下式进行换算，并忽略计算结果中的小数部分。
    本例可使用图9.20所示的梯形图完成数据转换，其中两路的上、下限参数值分别预置在DM1100、DM1101和DM1102、DM1103中，参数值必须是0～9999的BCD码数据，且两数据之差不大于4000。IR区中11002、11003分别是第一路、第二路的求平均值启动位，当其被置为“1”时，则向AD001发出执行换算指令。    (4)数据分组    滚针或滚柱的直径及长度测量信号在转换成数字信号后，还要同内部寄存器中的设定值进行比较，以便进行分组，即确定滚针或滚子应属的组别，并将其归入该组。    根据工艺要求，将长度设为上限和下限值，分别置于D M0050和D M0051中；直径设为10组，分别置于D M0052到D M0061中。实际测量值连续同设定值比较，即可确定相应组别。    图9.21所示为长度值比较梯形图，当03003接通时，将通道DM0003中的值同DM0050相比较，如小于设定下限值，则LE接通，接通03000输出。如大于设定下限值，则同上限值DM0051相比较；如大于上限值，则接通03001输出。03000和03001使超差门00111接通输出。
    图9.20    数据转换的梯形图
    图9.21    长度测量值分组梯形图    四、总结与评价    在工业生产的自动化生产线中，有许多参数（如长度、直径、厚度等）需要进行实时检测，以便确定产品是否合格或按照参数值进行分类处理，这就要求控制系统要具有较强的模拟信号检测与数据处理能力。    轴承滚针分选机是其中的一个典型的设备，利用PLC对其进行控制可以很好地提高它的性能。与其他控制方式相比，轴承滚针分选机的PLC控制系统具有硬件简单、易于进行程序设计和控制流程的修改、运行稳定、故障率低、分组精度高等优点，是一种较为理想的控制方案，可以应用于同类系统的设计。