1  引言

軸承加脂加蓋機器是軸承加工行業(yè)的主要設備，集機、電、氣等技術于一體，主要用于單面蓋、雙面蓋、鐵蓋或橡膠蓋的成型加工。軸承加脂加蓋生產(chǎn)流水線機械結(jié)構(gòu)復雜、工位多，實際生產(chǎn)中要求工位可靈活選擇設定，并能及時檢測生產(chǎn)中的故障進行停機排查。傳統(tǒng)的軸承加脂加蓋機器控制系統(tǒng)通常采用繼電器接觸器控制，但由于繼電器系統(tǒng)線路復雜、故障率高、維修工作量大，導致系統(tǒng)控制精度低、控制靈活性差、操作不直觀，故很少能實現(xiàn)單雙面可選，加脂加蓋在一條生產(chǎn)線上同時進行。為此，本文采用可靠性高、靈活性好的plc作為系統(tǒng)的主控元件，并采用觸摸屏對系統(tǒng)進行參數(shù)設置和故障監(jiān)控，提高系統(tǒng)的自動化程度。

圖1  工序流程圖

2  雙面軸承加脂加蓋機介紹

2.1設備組成

多工位雙面軸承加脂加蓋設備主要由機械系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。

機械系統(tǒng)主要由上料裝置、工位送料裝置、注脂、脂檢、加蓋、壓蓋、蓋檢、旋轉(zhuǎn)翻身裝置和均脂裝置等組成。上料裝置采用圓盤供料和pu帶傳送上料。工位送料采用夾持式送料方式，避免了軸承的磕碰傷。注脂采用非接觸式注脂定位技術，保證了在注入油脂時注脂頭不接觸保持架。采用工業(yè)視覺系統(tǒng)進行油脂透光檢查，可檢查出保持架不良品。加蓋采用串料桿上料方式，可適應鐵蓋或塑蓋。壓蓋采用氣液增壓缸壓蓋，通過可設定上/下限的線性電位器進行蓋平面高度檢查。翻身采用步進驅(qū)動定位技術，保證每次完成180°工件旋轉(zhuǎn)。勻脂采用時間長短可調(diào)的旋轉(zhuǎn)均脂方式。

氣動控制系統(tǒng)采用自適應式氣液增壓技術，在壓頭和防塵蓋接觸后加力實現(xiàn)無沖擊靜力壓蓋，壓蓋力連續(xù)可調(diào)。

電氣控制系統(tǒng)采用和利時公司plc控制器和觸摸屏人機界面，可進行各種故障自動識別、自動聲光報警、自動停機保護。

2.2工位選擇工藝原理

完整的雙面軸承加脂加蓋生產(chǎn)流水線依次要進行送料、加脂、脂檢、空操作、a面加蓋、空操作、a面蓋檢、a面壓蓋、翻身、空操作、b面加蓋、空操作、b面蓋檢、b面壓蓋、刪除和均脂等16個工位動作，其工序過程如圖1所示。只有前一個動作檢測執(zhí)行成功，后面才能執(zhí)行，如果前面動作執(zhí)行不成功，則對應此產(chǎn)品的后面工位均不執(zhí)行，并且執(zhí)行不成功的這個不良產(chǎn)品將一直移到刪除工位進行刪除。例如：產(chǎn)品脂檢不合格，則后面工位均不動作，移至刪除位刪除不良品。

各工位開或關選擇有兩種模式：

(1) 觸摸屏內(nèi)手動選擇

各工位開或關可在觸摸屏內(nèi)修改。比如，在觸摸屏內(nèi)設定‘是否需要加脂’這個條件，設定為加脂則執(zhí)行加脂程序，設定為不加脂則加脂程

(2) 自動循環(huán)過程自動選擇

在自動循環(huán)過程中，各工位除了要根據(jù)觸摸屏內(nèi)設定的工位選擇條件執(zhí)行外，還要依賴脂檢、蓋檢的結(jié)果自動選擇后續(xù)工位是否執(zhí)行。譬如，如果某產(chǎn)品做a面蓋檢后發(fā)現(xiàn)不合格，則此不良品移至后續(xù)的工位時，動作都不執(zhí)行，在刪除工位進行不良品刪除。

3  監(jiān)控系統(tǒng)方案設計

3.1 plc介紹

3.1.1 plc工作原理

plc工作方式有掃描方式和中斷方式兩種。

所謂掃描方式是周而復始的執(zhí)行一系列任務。任務循環(huán)執(zhí)行一次稱為一個掃描周期，其掃 描的工作過程如下：

(1) 讀輸入：將物理輸入點上的狀態(tài)復制到輸入過程映像寄存器中；

(2) 執(zhí)行邏輯控制程序：執(zhí)行程序指令并將數(shù)據(jù)存儲在變量存儲區(qū)中；

(3) 處理通訊請求：即執(zhí)行通訊任務；

(4) 執(zhí)行cpu自診斷：檢測固件、程序存儲器和擴展模塊是否工作正常；

(5) 寫輸出：在輸出過程映像寄存器中存儲的數(shù)據(jù)被復制到物理輸出點。

中斷方式是指：當中斷事件發(fā)生時則立即執(zhí)行一次相應的中斷服務程序，不受掃描周期的影響，響應速度快，從而進一步提高了plc控制的可靠性。中斷事件不發(fā)生時，不掃描中斷服務程序，這樣可以節(jié)約掃描時間，減少掃描周期。

3.1.2 plc特點

(1) plc邏輯判斷和控制能力強，抗干擾能力強，可靠性好。plc從硬件上采用隔離、濾波措施有效地抑制和消除了干擾；

(2) 擴展性和柔性好，可移植性好，在不改變硬件的情況下，只改變軟件的程序就可以實現(xiàn)不同功能；

(3) 編程語言豐富，可采用不同語言編寫程序，lm盜蠰c支持6種編程語言：梯形圖(ld)、指令表(il)、結(jié)構(gòu)化文本(st)、功能塊圖(fbd)、順序功能圖(sfc)和連續(xù)功能圖(sfc)，給編寫程序帶來很大方便。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)方案

16工位雙面軸承加脂加蓋機器的電氣控制系統(tǒng)是整機系統(tǒng)的一個重要組成部分，其中各工位的開或關選擇是保證控制系統(tǒng)整體性能的關鍵所在。根據(jù)各工位的具體控制要求，本文采用可編程控制器和觸摸屏相結(jié)合的控制方案。其中plc完成對各工位接近開關、傳感器信號的采集和邏輯運算，實現(xiàn)對各電磁閥、步進電機等輸出裝置的動作控制；觸摸屏實現(xiàn)各種參數(shù)的設置、顯示以及故障報警。

3.3 控制系統(tǒng)硬件設計

分析設備工藝要求，系統(tǒng)需要36路數(shù)字量輸入，25路數(shù)字量輸出和2路模擬量輸入，同時需要一點高速脈沖輸出實現(xiàn)步進電機運動控制。系統(tǒng)選用和利時公司的lm系列可編程控制器lm3106a、lm3210、lm3212、lm3221和lm3310實現(xiàn)控制。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2  控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

lm3106a本體集成14通道24vdc輸入， 10通道晶體管輸出，可連接4個擴展模塊。具有2點100khz高速脈沖輸出，一個rs-232串行通訊接口，支持modbus rtu從站協(xié)議，可與和利時觸摸屏進行串口通訊。

lm3210是8通道數(shù)字量輸入擴展模塊，lm3212是16通道數(shù)字量輸入擴展模塊，m端為模塊各自的外接di公共端，可接24vdc傳感器電源的正端或負端，以適應源型/漏型的di。

lm3221是16通道晶體管輸出擴展模塊，輸出額定負載電壓為24vdc。

lm3310是4通道的模擬量輸入擴展模塊，4個通道可獨立配置為0~10v標準電壓信號輸入或者0~20ma、4~20ma可選標準電流信號輸入。

觸摸屏選用和利時公司5.7″彩色顯示屏。

4  程序設計

4.1 主站程序設計

觸摸屏主要實現(xiàn)人機交互，對軸承加脂加蓋機器進行工位開或關選擇，負責系統(tǒng)的在線監(jiān)視、控制、調(diào)試、維護。完成數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析和操作保護三類功能，可分為以下幾個方面：

(1) 參數(shù)設定，實時數(shù)據(jù)的收集、處理和顯示及命令控制界面；

(2) 為保證監(jiān)控系統(tǒng)的安全性，對于某些特殊的控制參數(shù)設有多級密碼保護功能，以確保控制參數(shù)和系統(tǒng)的安全性；

(3) 實現(xiàn)系統(tǒng)手/自動控制，既達到系統(tǒng)的自動控制，又便于設備的調(diào)試與維護；

(4) 具有報警和故障顯示功能，使系統(tǒng)達到預警提示及安全控制的功能。

4.2 plc程序設計

4.2.1 plc應用程序

根據(jù)多工位雙面軸承加脂加蓋機工作過程對控制系統(tǒng)提出的要求，整個plc應用程序分公共程序、手動模式程序、自動模式程序、工位控制程序和報警程序。

(1) 公共程序主要對系統(tǒng)工作參數(shù)進行設定，實現(xiàn)良品和不良品的計數(shù)統(tǒng)計。

(2) 手動模式程序可單獨進行各工位的開或關選擇設定，并可以單獨對各工位進行動作測試，全部為點動。在自動模式運行前，需要先在手動模式下進行設備初始化操作。

(3) 在自動循環(huán)模式下，按啟動按鈕，每次檢測到有送料信號時，產(chǎn)品在流水線上的每個工位進行移位傳遞，完成要求的工位動作和檢測，如此循環(huán)。

(4) 工位控制程序是整個系統(tǒng)的核心，根據(jù)觸摸屏上工位開或關的設定和自動過程中脂檢和蓋檢的結(jié)果，控制各工位16位操作數(shù)相應位置1或0，執(zhí)行循環(huán)移位，以實現(xiàn)對各工位動作的控制。

(5) 報警程序進行包括設備運行不到位超時、產(chǎn)品在流水線積壓、缺料等各種故障的自動識別功能，可實現(xiàn)自動聲光報警、觸摸屏顯示，必要時可進行自動停機保護。

4.2.2 工位選擇控制編程思路

此生產(chǎn)線一共有16個工位，可以對應定義16個16位的word型掉電保持區(qū)操作數(shù)%mw300-%mw330，分別對應各工位的控制位：1號%mx300.0，2號%mx302.1，3號%mx304.2，4號%mx305.3……15號%mx329.6，16號%mx331.7。1號送料工位裝有光電傳感器，通過該傳感器對16個操作數(shù)進行移位控制，每次1號工位檢測到新送來一個產(chǎn)品，做一次移位，把工件位置確定下來。在需要檢測工作的位置，也就是3、7和13號位置裝有檢測傳感器，產(chǎn)品檢測到不合格時，將各操作數(shù)對應此檢測位置的控制位置0，那么當移位到各工位控制位時，就不執(zhí)行工位操作。

例如：0000，0000，0000，0001表示第一個產(chǎn)品剛進來，當這個產(chǎn)品走到工位4，操作數(shù)是0000，0000，0000，1111，此時若脂檢工位(工位3)有不合格檢測信號則將各操作數(shù)的第3控制位%mxm.2均置0，操作數(shù)是0000，0000，0000，1011；下一個新產(chǎn)品送到移位后操作數(shù)是0000，0000，0001，0111，此時%mxm.3位(4號工位控制位)是0，則4號工位不執(zhí)行工位動作。以此類推，直至此不合格產(chǎn)品最終在刪除工位進行刪除。

5  結(jié)束語

將plc和觸摸屏應用于16工位雙面軸承加脂加蓋機控制系統(tǒng)，可集中處理工藝要求的復雜邏輯，能實現(xiàn)加脂加蓋可選、單雙面可選、工位可選以及設備運行中故障報警即時停機，控制靈活，極大地提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和控制精度，從而使軸承成品的質(zhì)量隨之提高。系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中，得到了較好的驗證，有較好的市場前景。