時(shí)間：2016-01-12 15:07:10來(lái)源：李泳龍
摘要：本文主要闡述了永宏P(guān)LC在五軸單頭端子壓著機(jī)上的應(yīng)用。該設(shè)備主要用于汽車(chē)及家電線束的生產(chǎn)；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)調(diào)試和實(shí)際應(yīng)用效果，該設(shè)備的生產(chǎn)產(chǎn)量可達(dá)到4600PCS/H（以加工100mm線束為例），比原先最高產(chǎn)量提高15%。
關(guān)鍵詞：永宏P(guān)LC；五軸；端子機(jī)；線束
1行業(yè)介紹
五軸單頭端子壓著機(jī)（Fiveaxisterminalmachine），也稱(chēng)為全自動(dòng)單頭端子壓著機(jī)（如圖1-1）；是當(dāng)今汽車(chē)工業(yè)、電子和家電等制造領(lǐng)域中最為常見(jiàn)的線束末端加工設(shè)備。該設(shè)備取代了傳統(tǒng)的人工剝線和人工端子壓接；很好的提高了線束末端加工的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)產(chǎn)量和生產(chǎn)品質(zhì)，同時(shí)又節(jié)約了人工加工成本，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度并改善了生產(chǎn)環(huán)境。
圖1-1五軸單頭端子壓著機(jī)
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
2.1方案背景
五軸單頭端子壓著機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)單頭端子機(jī)），主要用于完成線束的切斷、剝皮、搓線和端子壓著等一系列線束末端加工任務(wù)。
從綜合性?xún)r(jià)比分析，單頭端子機(jī)采用永宏P(guān)LC控制器和永宏HMI操作顯示器的性?xún)r(jià)高。本文主要以永宏P(guān)LC在單頭端子機(jī)上的應(yīng)用為背景，對(duì)該方案的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和實(shí)施結(jié)果（應(yīng)用效果）進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和說(shuō)明。單頭端子機(jī)控制系統(tǒng)解決方案如表2-1。
|
系統(tǒng)方案 |
控制器 |
操作界面 |
伺服系統(tǒng) |
|
方案1 |
永宏P(guān)LC |
永宏HMI |
臺(tái)達(dá)伺服 |
|
方案2 |
三菱PLC |
威綸HMI |
國(guó)產(chǎn)伺服 |
|
方案3 |
單片機(jī) |
威綸HMI |
國(guó)產(chǎn)伺服 |
|
… |
… |
… |
… |
表2-1單頭端子機(jī)控制系統(tǒng)解決方案
2.2客戶(hù)需求
根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)和工藝要求，單頭端子機(jī)主要用于完成切斷、剝皮、搓線和端子壓著等特定加工任務(wù)。該設(shè)備的控制切斷長(zhǎng)度為40mm~
9999mm,控制切斷精度為±0.5mm（L≤100mm）和±1.0mm（L＞100mm），控制剝皮長(zhǎng)度為前端1~8mm和后端1~15mm，控制生產(chǎn)產(chǎn)量為4600
PCS/H（100mm線長(zhǎng)為例）。
總而言之，單頭端子機(jī)既需要很好的實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)作流程要求，同時(shí)也需要很好的實(shí)現(xiàn)加工工藝要求。單頭端子機(jī)具體工藝及功能要求如表2-2。
|
要求1 |
切斷長(zhǎng)度為40mm~9999mm |
|
要求2 |
切斷精度為±0.5mm（L≤100mm）和±1.0mm（L＞100mm） |
|
要求3 |
剝皮長(zhǎng)度為前端1~8mm和后端1~15mm |
|
要求4 |
生產(chǎn)效率為4600PCS/H（100mm線長(zhǎng)為例） |
|
… |
… |
表2-2單頭端子機(jī)具體工藝及功能要求
2.3解決方案
根據(jù)控制及工藝要求，單頭端子機(jī)控制方案主要包括系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；其中系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括硬件（產(chǎn)品）配置、機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制等三部分；系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括流程控制、I/O配置和程序設(shè)計(jì)等三部分；單頭端子機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表2-3；單頭端子機(jī)實(shí)物圖如圖2-1。
|
設(shè)計(jì)參數(shù) |
實(shí)物效果圖 |
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控制系統(tǒng) |
永宏P(guān)LC |
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|
操作界面 |
永宏HMI |
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切斷長(zhǎng)度 |
40~9999mm |
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|
切斷精度 |
±0.5mm(L≤100mm) ±1.0mm(L＞100mm) |
|
|
剝皮長(zhǎng)度 |
前端1~8mm 后端1~15mm |
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工作效率 |
4600PCS/H |
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工作氣壓 |
0.5~0.6MPa |
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|
工作電源 |
220VAC 50/60Hz 10A 3KW |
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|
工作環(huán)境 |
溫度5-40℃ |
|
|
濕度10-90% |
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表2-3單頭端子機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)圖 2-1單頭端子機(jī)實(shí)物效果圖
基于上述各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，單頭端子機(jī)系統(tǒng)方案架構(gòu)如圖2-2；本方案控制系統(tǒng)采用永宏FBs系列MC高功能型控制型PLC控制器，主要控制該設(shè)備整體動(dòng)作流程；伺服系統(tǒng)采用臺(tái)達(dá)A2伺服；步進(jìn)系統(tǒng)采用雷賽步進(jìn)；上位機(jī)采用永宏經(jīng)濟(jì)型HU系列HMI操作界面，用于進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試、參數(shù)設(shè)置和自動(dòng)運(yùn)行等用戶(hù)操作。
圖2-2單頭端子機(jī)系統(tǒng)方案架構(gòu)圖
3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
單頭端子機(jī)的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括三部分：硬件配置、機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制；其中硬件配置主要對(duì)電氣產(chǎn)品的配置進(jìn)行了闡述說(shuō)明，機(jī)械結(jié)構(gòu)主要對(duì)結(jié)構(gòu)的組成和結(jié)構(gòu)的解析進(jìn)行了闡述說(shuō)明，電氣控制主要對(duì)主電路控制和控制電路控制等進(jìn)行了闡述說(shuō)明。單頭端子機(jī)的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)圖如圖3-1。
圖3-1單頭端子機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)圖
3.1硬件配置
單頭端子機(jī)的控制單元選用永宏FBs-40MCT2-ACPLC（主機(jī)）和永宏FBs-10MAT2-ACPLC（從機(jī)），同時(shí)操作單元選用永宏HU070L-00HMI；驅(qū)動(dòng)單元選用送線伺服、擺臂一/二步進(jìn)、拉拔步進(jìn)和切刀步進(jìn)；執(zhí)行單元選用氣缸和繼電器等；檢測(cè)單元選用光纖傳感器等。整套配置方案能夠幫助客戶(hù)節(jié)約很多系統(tǒng)成本。單頭端子機(jī)系統(tǒng)硬件清單如表3-1；單頭端子機(jī)系統(tǒng)硬件配置如圖3-2。
|
硬件明細(xì)表 |
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產(chǎn)品類(lèi)型 |
產(chǎn)品型號(hào) |
產(chǎn)品種類(lèi) |
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控制 單元 |
永宏P(guān)LC |
FBs-40MCT2-AC（主機(jī)） |
1臺(tái) |
|
FBs-10MAT2-AC（從機(jī)） |
1臺(tái) |
||
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操作單元 |
永宏HMI |
HU070L-00 |
1臺(tái) |
|
驅(qū)動(dòng)單元 |
伺服 |
送線 |
1套 |
|
步進(jìn) |
擺臂一/二、拉拔、切刀 |
4套 |
|
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執(zhí)行單元 |
氣缸 |
夾爪 |
4套 |
|
吹氣閥 |
吹氣 |
1套 |
|
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檢測(cè)單元 |
光電傳感器 |
缺線、線打結(jié)檢測(cè) |
2套 |
|
光纖傳感器 |
端子壓著檢測(cè) |
1套 |
|
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其它 |
電氣部件 |
— |
若干 |
|
機(jī)械部件 |
— |
若干 |
|
表3-1單頭端子機(jī)硬件明細(xì)表
硬件配置圖
圖3-2單頭端子機(jī)硬件配置圖
3.2機(jī)械結(jié)構(gòu)
單頭端子機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括四部分：送線部分、切刀部分、端子壓著部分和收線部分。送線部分主要用于定長(zhǎng)送線，切刀部分主要用于線束切斷和剝皮，端子壓著部分主要用于端子壓著，收線部分主要用于成品收線。單頭端子機(jī)主體結(jié)構(gòu)圖如圖3-2，單頭端子機(jī)的整體結(jié)構(gòu)解析如圖3-3，單頭端子機(jī)平面結(jié)構(gòu)解析如圖3-4。
圖3-2單頭端子機(jī)主體結(jié)構(gòu)圖
圖3-3單頭端子機(jī)整體結(jié)構(gòu)解析圖
圖3-4單頭端子機(jī)平面結(jié)構(gòu)解析圖
3.3電氣控制
單頭端子機(jī)的電氣控制主要分為主電路和控制電路兩部分。單頭端子機(jī)的主電路原理圖如圖3-5，控制電路原理圖如圖3-6。
圖3-5單頭端子機(jī)主電路原理圖
圖3-6單頭端子機(jī)控制電路原理圖
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
單頭端子機(jī)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括三部分：流程控制、I/O點(diǎn)配置和程序設(shè)計(jì)；其中流程控制主要對(duì)工藝流程和控制流程進(jìn)行了闡述說(shuō)明，I/O點(diǎn)配置主要對(duì)PLC輸入輸出點(diǎn)配置進(jìn)行了闡述說(shuō)明，程序設(shè)計(jì)主要對(duì)PLC程序和HMI程序進(jìn)行了闡述說(shuō)明。單頭端子機(jī)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)圖如圖4-1。
圖4-1單頭端子機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)圖
4.1流程控制
4.1.1工藝流程
根據(jù)生產(chǎn)需要和工藝要求，單頭端子機(jī)的主要工藝分為：人工穿線、線束切斷、線束前端剝皮、線束前端端子壓著、定長(zhǎng)送線、線束切斷、線束后端剝皮等。單頭端子機(jī)工藝流程如圖4-2。
圖4-2單頭端子機(jī)工藝流程圖
4.1.2控制流程
單頭端子機(jī)的控制流程主要分為兩個(gè)部分：寸動(dòng)流程控制和自動(dòng)流程控制；其中的控制流程主要是按照控制順序來(lái)進(jìn)行步進(jìn)流程控制。單頭端子機(jī)的控制動(dòng)作時(shí)序流程如圖4-3，單頭端子機(jī)的步進(jìn)控制流程如圖4-4。
圖4-3單頭端子機(jī)控制動(dòng)作時(shí)序流程圖
圖4-4單頭端子機(jī)步進(jìn)控制動(dòng)作流程圖
4.2I/O點(diǎn)配置
4.2.1PLCI/O點(diǎn)配置
根據(jù)單頭端子機(jī)的工藝流程和控制流程的具體要求，進(jìn)行了永宏P(guān)LC程序I/O點(diǎn)配置。永宏P(guān)LC輸入點(diǎn)配置如表4-1，輸出點(diǎn)配置表如表4-2。
|
PLC輸入點(diǎn)配置 |
|||
|
主站PLC |
從站PLC |
||
|
編號(hào) |
批注 |
編號(hào) |
批注 |
|
X0 |
擺臂一原點(diǎn) |
X0 |
擺臂二原點(diǎn) |
|
X1 |
拉拔二原點(diǎn) |
X1 |
擺臂二報(bào)警 |
|
X2 |
切刀原點(diǎn) |
|
|
|
X3 |
區(qū)一光纖檢測(cè) |
|
|
|
X5 |
急停（按鈕） |
|
|
|
X6 |
啟動(dòng)（按鈕） |
|
|
|
… |
… |
… |
… |
表4-1PLC輸入點(diǎn)配置表
|
PLC輸出點(diǎn)配置 |
|||
|
主站PLC |
從站PLC |
||
|
編號(hào) |
批注 |
編號(hào) |
批注 |
|
Y0 |
送線軸脈沖 |
Y0 |
擺臂二脈沖 |
|
Y1 |
送線軸方向 |
Y1 |
擺臂二方向 |
|
Y2 |
擺臂一脈沖 |
|
|
|
Y3 |
擺臂一方向 |
|
|
|
Y4 |
拉拔二脈沖 |
|
|
|
Y5 |
拉拔二方向 |
|
|
|
Y6 |
切刀脈沖 |
|
|
|
Y7 |
切刀方向 |
|
|
|
Y8 |
端子機(jī)壓接 |
|
|
|
… |
… |
… |
… |
圖4-5單頭端子機(jī)程序區(qū)塊劃分圖
采用簡(jiǎn)單的功能指令就可以將單頭端子機(jī)的PLC整體程序進(jìn)行程序區(qū)塊化處理，既可以方便實(shí)現(xiàn)程序編輯和檢查，又可以更快捷的實(shí)現(xiàn)程序調(diào)試；為程序編輯和調(diào)試者提供了極大的方便。單頭端子機(jī)的PLC呼叫指令和標(biāo)記指令程序如圖4-6。
圖4-6單頭端子機(jī)PLC呼叫和標(biāo)記指令程序圖
4.3.1.2高速通訊程序
在進(jìn)行單頭端子機(jī)的PLC整體程序設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，高速通訊采用的是永宏P(guān)LC的專(zhuān)用Port2通訊口，進(jìn)行高速CPULINK通訊，最高通訊速度可以達(dá)到912.6Kbps；主要用于主站PLC與從站PLC之間的數(shù)據(jù)信息和動(dòng)作信息的交換。高速通訊程序分為主站PLC程序和從站PLC程序；主站PLC程序采用的是永宏P(guān)LC【FUN151（通訊）】指令來(lái)進(jìn)行編輯，并選用MD3高速通訊模式；從站PLC通訊程序只需要將特殊標(biāo)志位M1958置1即可。通過(guò)一條通訊指令既可以完成高速通訊程序的編輯，為程序編輯和調(diào)試者提供了極大的方便。單頭端子機(jī)的PLC高速通訊程序如圖4-7。
圖4-7單頭端子機(jī)高速通訊程序圖
4.3.1.3參數(shù)設(shè)置程序
在進(jìn)行單頭端子機(jī)的PLC整體程序設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，參數(shù)設(shè)置程序采用的是永宏P(guān)LC【FUN141（伺服參數(shù)設(shè)置）】指令來(lái)對(duì)送線軸、擺臂一軸、拉拔一軸和切刀軸的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；一條參數(shù)設(shè)置指令既可以完成參數(shù)設(shè)置程序的編輯，為程序編輯和調(diào)試者提供了極大的方便。單頭端子機(jī)的PLC參數(shù)設(shè)置程序如圖4-8。
圖4-8單頭端子機(jī)PLC參數(shù)設(shè)置程序圖
4.3.1.4原點(diǎn)復(fù)歸控制程序
在進(jìn)行單頭端子機(jī)的PLC整體程序設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，擺臂一/二軸、切刀軸和拉拔二軸的原點(diǎn)復(fù)歸控制分為兩部分：電氣原點(diǎn)復(fù)歸和工作原點(diǎn)復(fù)歸；其中電氣原點(diǎn)復(fù)歸采用永宏【FUN140（DRVZ）MD1】方式進(jìn)行原點(diǎn)復(fù)歸，工作原點(diǎn)復(fù)歸采用永宏【FUN140(DRV)ABS】方式進(jìn)行原點(diǎn)復(fù)歸。通過(guò)兩種原點(diǎn)復(fù)歸組合方式，可以提高整體動(dòng)作的執(zhí)行效率。單頭端子機(jī)的原點(diǎn)復(fù)歸控制程序如圖4-9。
圖4-9單頭端子機(jī)PLC原點(diǎn)復(fù)歸控制程序圖
4.3.1.5自動(dòng)流程控制程序
在進(jìn)行單頭端子機(jī)的PLC整體程序設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，自動(dòng)流程控制程序采用永宏步進(jìn)繼電器【S】來(lái)組成自動(dòng)連續(xù)步進(jìn)流程控制和自動(dòng)單步步進(jìn)流程控制。單頭端子機(jī)的自動(dòng)流程控制程序如圖4-10。
圖4-10單頭端子機(jī)自動(dòng)流程控制程序圖
4.3.2HMI畫(huà)面設(shè)計(jì)
4.3.2.1原點(diǎn)控制畫(huà)面
單頭端子機(jī)的原點(diǎn)控制畫(huà)面主要用于進(jìn)行電氣原點(diǎn)速度設(shè)定、工作原點(diǎn)速度設(shè)定和工作原點(diǎn)位置設(shè)定。單頭端子機(jī)的原點(diǎn)控制畫(huà)面如圖4-11。
圖4-11單頭端子機(jī)原點(diǎn)控制畫(huà)面
4.3.2.2自動(dòng)運(yùn)行畫(huà)面
單頭端子機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行畫(huà)面主要用于送線軸、切刀軸、擺臂一軸、擺臂二軸和拉拔二軸的相關(guān)自動(dòng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置和相關(guān)動(dòng)作操作。單頭端子機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行畫(huà)面如圖4-12。
圖4-12單頭端子機(jī)自動(dòng)運(yùn)行畫(huà)面
5難點(diǎn)重點(diǎn)解決
單頭端子機(jī)的難點(diǎn)重點(diǎn)主要在于自動(dòng)連續(xù)控制流程和自動(dòng)單步控制流程的動(dòng)作時(shí)序不同；自動(dòng)單步控制流程主要是用于線束調(diào)試加工使用的模式，一步一個(gè)動(dòng)作，每步動(dòng)作要求明確；自動(dòng)連續(xù)控制流程主要是用于線束產(chǎn)品調(diào)試完成之后來(lái)進(jìn)行連續(xù)加工使用的模式，每一步動(dòng)作的銜接必須到位，以便提高整體加工的工作效率，降低單條線束的加工時(shí)間；所以自動(dòng)連續(xù)控制流程模式和自動(dòng)單步控制流程模式的動(dòng)作銜接是不相同的，在程序處理的時(shí)候需要特別注意。
6結(jié)論（實(shí)施結(jié)果）
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試（如圖5-1），單頭端子機(jī)的生產(chǎn)效率可以達(dá)到4600PCS/H（以100mm線長(zhǎng)為例），并且比原先的產(chǎn)量提高了15%；同時(shí)控制的切斷精度可以達(dá)到±0.5mm（L≤100mm）和±1.0mm（L＞100mm）。從而為客戶(hù)提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了人工成本，改善了生產(chǎn)環(huán)境。
圖5-1線束產(chǎn)品加工實(shí)物圖
【參考文獻(xiàn)】
[1]永宏可編程控制器使用手冊(cè)I和使用手冊(cè)II.臺(tái)灣永宏電機(jī)股份有限公司
[2]永宏P(guān)LC編程軟件使用手冊(cè).臺(tái)灣永宏電機(jī)股份有限公司
標(biāo)簽：
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