基于PLC的制动器磨合试验台系统的设计与制作

谢晨 黄宁 吴学敏 王冉 韩屹松

摘 要：电磁制动器是工业生产中电机制动的重要部件，它结构紧凑、操作简单，能灵敏、可靠地完成制动过程。本论文详细论述了一种基于PLC为核心的制动器磨合试验台系统，通过电磁制动器对电机负载进行磨合，主要包括主控制器PLC、人机交互界面HMI、磨合单元等三部分。系统可通过现场硬件按钮实现系统的启动与停止，同时通过触摸屏进行磨合参数设置，使电机负载达到最佳磨合效果。

关键词：电磁制动;PLC;人机交互界面HMI

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.128

0 引言

在工业生产中，制动特性是影响电动机运行特性的一项重要指标。特别是在某些生产机械中，如卷扬机、龙门刨床等，工作过程中需要减速或停车，拖动这些生产机械的电动机也就需要频繁的制动。常用的制动方式有机械制动、电气制动等。机械制动是通过机械装置来卡住电机主轴，使其减速，如电磁制动器。

电磁制动器广泛应用于、化工、机床、建筑、电梯、包装等行业中的制动场合，是电机制动过程的重要部件，它能灵敏、可靠地完成制动过程 [1]。当制动器通电后其绕组产生磁场，将衔铁吸回，同时衔铁压缩固定在铁心内的弹簧;失电时，绕组放电，弹簧将衔铁弹出，衔铁要在摩擦盘上产生制动转矩，使电机停车。本设计利用其磨损作用，对电机负载进行磨合，通过控制磨合时间、磨合间隔及磨合次数，从而达到最终可满足生产要求的磨合效果。

1 硬件设计

（1）硬件系统组成。系统硬件部分包括PLC主控制器、磨合单元、人机交互界面HMI设备等三部分。本可通过人机交互界面进行磨合时间、磨合间隔、磨合次数等参数的输入与调整，并可通过现场硬件按钮及触摸屏远程软按钮实现系统的启动，当磨合次数到达设定值后即可实现系统自动停止，同时可通过触摸屏进行不同工艺的设定，以实现生产线工艺的多样化，达到可满足生产要求的产品磨合效果。试验台控制系统的硬件组成。

（2）硬件系统选型。1）PLC控制器。本系统专门针对磨合流程进行设计，属于小型系统。在PLC选型时，结合试验台的输入/输出点的数量、通讯模式等多方面進行考量。因此选用西门子S7-200系列CPU作为系统主控制器。2）人机交互界面HMI。随着现代工业的发展，触摸屏技术已广泛应用于工业生产线中。触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、可视化良好等优点，可实现操作员对工业现场的远程控制，使系统控制更为便捷。本系统的人机交互界面选用西门子smart line系列10寸触摸屏，通过西门子公司专用软件WinCC flexible进行组态，并通过以太网口与PLC进行通信，实现触摸屏与PLC的双向通信。本系统的人机交互界面主要完成磨合参数设置，即操作员可通过人机界面对不同电机输入相应参数（包括电机转速设置、磨合时间、磨合间隔及磨合次数）。并通过用户管理功能，对系统进行安全设置，只有用户名和密码输入正确后，操作员方可进行参数设置与修改，大大提升了系统的安全性。

2 控制系统组成

（1）PLC程序设计。首先根据系统要实现的功能进行主程序流程图的设计：触摸屏可完成对电机转速、磨合时间、间隔时间及磨合次数的设定。磨合时间表示电机失电后，电磁制动器进行制动过程中，与产品的摩擦时间;间隔时间表示电机运转过程中，与制动器分离的时间。按下启动按钮后，PLC检测触摸屏上操作员输入的电机转速、磨合时间、间隔时间及磨合次数等参数，并完成满足工艺要求的磨合过程。

（2） 转速程序设计。以1#电机为例，转速可通过触摸屏进行选择，7种转速对应通过继电器的状态进行控制。组态设计中选用文本IO域，地址VW0为触摸屏中试验台电机速度存储地址，表1中所列为电机的7种速度，组态中设置对应索引值分别为0～7，即为二进制中的000～111。因此，在编程中使用传送指令即可通过触摸屏完成对电机速度的选择。同理，其他三台电机均对应三个继电器，分别对应7种速度，编程方法同1号电机。最终将四台电机的速度用通过“与”指令输出至QW0，即可完成触摸屏对四台电机的速度选择功能。

（3）磨合次数程序设计。根据系统工艺要求，本系统需要在触摸屏完成磨合次数的选择后，系统自动进行相应次数的磨合动作，直至达到操作员在触摸屏上选择的次数后即可自动停止。程序中通过定时器完成磨合时间与磨合间隔可完成磨合功能，但只有达到触摸屏上设置的磨合次数后，磨合过程才会停止。因此，在程序的设置上，需要使用递减函数来实现。

3 系统调试

基于PLC的制动器磨合试验台系统调试主要完成以下几个步骤：

（1）完成计算机与触摸屏、触摸屏与PLC之间的通信;（2）通过触摸屏完成速度选择、磨合时间、间隔时间、磨合次数及电源选择，完成现场调试。人机交互界面如图1所示。

4 结论

通过对本系统的研究，提出了以PLC控制的全自动磨合试验台装置，并对磨合工艺进行电气控制系统设计，重点对控制要求进行分析、并进行程序及组态设计，从而满足生产线实际需求的磨合质量和效率。

本试验台中应用于企业实际磨合工艺生产线中，采用PLC及触摸屏控制，不仅降低了成本，而且提升了磨合效率，并真实解决了企业实际生产问题。

参考文献：

[1]熊杰.热轧板带轧机卷取芯轴电磁抱闸液压控制技术改进[J].湖南华菱涟源钢铁有限公司，2018.

[2]戴花林.基于PLC的小型立体仓库系统自控设计[J].电脑迷，2018

（12）：168-169.

[3]【日】岩木详主编，森田克己，野一美著.机电一体化入门[M].科学出版社.

作者介绍：谢晨（1989-），女，山西运城人，硕士研究生，见习讲师，主要研究方向：自动化控制。