传动轴自动专机校直功能的控制系统设计

王德平 孟亚男

（吉林化工学院信息与控制工程学院）

传统的传动轴校直系统一般采用继电器来控制，问题相对较多：控制复杂，接线点较多，线路复杂容易出错；依靠人工进行最后判断，可靠性较低；未实现报警功能的自动化，报警准确性低，安全性低；在智能化方面有待提升。 为此，笔者采用PLC 控制方案进行系统设计，整个系统包括自动、手动两大部分及报警单元［1］。

1 传动轴自动校直控制系统

1.1 工艺流程

传动轴自动校直的工艺流程为： 开启电源后，整个系统开始执行循环扫描；工件放置进入控制系统中，右侧伺服电机驱动夹紧工件，下侧的传感器检测进入的工件，当检测到工件的弯曲处，将信号传送给计算机，计算机接收到信号后进行数据处理；根据传感器传递进入计算机的数值来计算所需的电缸压力并转换为伺服电机驱动的精确距离。 左侧伺服电机驱动工件旋转，使弯曲部位正对上方的伺服电缸，进行初次校直处理。 校直结束后再度检测工件弯曲部位，判断是否符合规定，选择是进入下一次校直还是结束工作。 当校直超过两次仍未符合部件精度规定，则判定为废件［2］。

1.2 控制方案

本次设计主要关于自动校直和手动检测两大功能，其中自动校直功能包括检测与校直两个功能模块，夹紧部件、旋转部件、液压校直及再度检测等功能均由伺服电机驱动运行［3］。

控制系统以S7-200 SMART 软件为控制核心，程序分为手动和自动两类。 手动程序按单步执行，每执行完下一个动作，就停止运行，其主要作用在于对系统的各个主要功能进行检测工作。自动程序为本次设计的主要部分，其可以循环执行，当执行完本次循环后，自动进入下次循环工作。

2 I/O 点表的建立及硬件选型

2.1 I/O 点表的建立

通过对现场工艺要求和控制方案的研究，确定整个传动轴控制系统的I/O 点，具体见表1。

表1 I/O 点表（节选）

2.2 硬件选型

硬件选型是设计整体项目的构架，综合考虑价格和日后系统设备的维护，确定的硬件配置见表2。

表2 传动轴校直专机硬件配置

3 传动轴校直控制系统设计

通过分析传动轴校直专机的工作过程，结合控制方案与I/O 点表，应用STEP 7 软件进行项目创建、硬件组态，编写主程序OB1、手动控制子程序FC2 和自动控制子程序FC3， 并应用STEP 7进行系统实现［4］。

3.1 主程序OB1 和手动控制子程序FC2

主程序OB1 的主要作用是对各子程序进行调用，以及在程序开始时进行上电初始化，然后根据操作者的指令进行子程序的调用。

手动控制子程序FC2 是让操作者通过按键逐步检测传动轴各部件能否正常工作，能否给与一个正常的反馈，手动控制的主要作用是作为调试工具［5］。如本次工艺中涉及的各个电机，能否正常工作，能否驱动部件进行预设动作，各个对应的指示灯及报警系统能否正常工作， 具体如图1所示。

图1 传动轴自动校直系统的控制流程

3.2 自动控制子程序FC3

自动控制子程序FC3 的设计采用顺序控制设计法，按照传动轴系统工艺流程的要求进行设计。 顺序控制设计法的具体表现形式为顺序功能图， 它能清楚地表现出系统各个工作步的功能、转换顺序和转换条件，让程序简单直观地表达出来。本次传动轴的自动控制子程序（图2）的设计，使得整个系统能够按照预设的步骤进行相应的工作，只有当完成上一步预设条件才能进行下一步动作，且在每个关键步骤设置相应的指示灯来提示对应工作是否完成，使得整个系统简单易懂好操作［6］。

图2 自动控制子程序的控制流程

4 结束语

笔者设计运用STEP 7 软件实现了对传动轴校直功能的自动化，在技术上有了创新，使得整个系统可靠、精确、易操作，针对各个关键操作部位的预警功能， 能够很好地保障系统的平稳运行，减少了劳动成本，节约了人工需求。