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永宏PLC在五軸單頭端子壓著機上的應用

時間：2016-01-12 15:07:10來源：李泳龍

導語：?本文主要闡述了永宏PLC在五軸單頭端子壓著機上的應用。該設備主要用于汽車及家電線束的生產；通過現場反復調試和實際應用效果，該設備的生產產量可達到4600PCS/H（以加工100mm線束為例），比原先最高產量提高15%。

摘要：本文主要闡述了永宏PLC在五軸單頭端子壓著機上的應用。該設備主要用于汽車及家電線束的生產；通過現場反復調試和實際應用效果，該設備的生產產量可達到4600PCS/H（以加工100mm線束為例），比原先最高產量提高15%。

關鍵詞：永宏PLC；五軸；端子機；線束

1行業介紹

五軸單頭端子壓著機（Fiveaxisterminalmachine），也稱為全自動單頭端子壓著機（如圖1-1）；是當今汽車工業、電子和家電等制造領域中最為常見的線束末端加工設備。該設備取代了傳統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效率、生產產量和生產品質，同時又節約了人工加工成本，降低了人工勞動強度并改善了生產環境。

圖1-1五軸單頭端子壓著機

2系統設計方案

2.1方案背景

五軸單頭端子壓著機（以下簡稱單頭端子機），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。

從綜合性價比分析，單頭端子機采用永宏PLC控制器和永宏HMI操作顯示器的性價高。本文主要以永宏PLC在單頭端子機上的應用為背景，對該方案的硬件設計、軟件設計和實施結果（應用效果）進行了詳細的闡述和說明。單頭端子機控制系統解決方案如表2-1。

系統方案	控制器	操作界面	伺服系統
方案1	永宏PLC	永宏HMI	臺達伺服
方案2	三菱PLC	威綸HMI	國產伺服
方案3	單片機	威綸HMI	國產伺服
…	…	…	…

表2-1單頭端子機控制系統解決方案

2.2客戶需求

根據機械結構和工藝要求，單頭端子機主要用于完成切斷、剝皮、搓線和端子壓著等特定加工任務。該設備的控制切斷長度為40mm~

9999mm,控制切斷精度為±0.5mm（L≤100mm）和±1.0mm（L＞100mm），控制剝皮長度為前端1~8mm和后端1~15mm，控制生產產量為4600

PCS/H（100mm線長為例）。

總而言之，單頭端子機既需要很好的實現控制動作流程要求，同時也需要很好的實現加工工藝要求。單頭端子機具體工藝及功能要求如表2-2。

要求1	切斷長度為40mm~9999mm
要求2	切斷精度為±0.5mm（L≤100mm）和±1.0mm（L＞100mm）
要求3	剝皮長度為前端1~8mm和后端1~15mm
要求4	生產效率為4600PCS/H（100mm線長為例）
…	…

表2-2單頭端子機具體工藝及功能要求

2.3解決方案

根據控制及工藝要求，單頭端子機控制方案主要包括系統硬件設計和系統軟件設計；其中系統硬件設計包括硬件（產品）配置、機械結構和電氣控制等三部分；系統軟件設計包括流程控制、I/O配置和程序設計等三部分；單頭端子機的設計參數如表2-3；單頭端子機實物圖如圖2-1。

設計參數		實物效果圖
控制系統	永宏PLC
操作界面	永宏HMI
切斷長度	40~9999mm
切斷精度	±0.5mm(L≤100mm) ±1.0mm(L＞100mm)
剝皮長度	前端1~8mm 后端1~15mm
工作效率	4600PCS/H
工作氣壓	0.5~0.6MPa
工作電源	220VAC 50/60Hz 10A 3KW
工作環境	溫度5-40℃
工作環境	濕度10-90%

表2-3單頭端子機設計參數圖 2-1單頭端子機實物效果圖

基于上述各項技術指標，單頭端子機系統方案架構如圖2-2；本方案控制系統采用永宏FBs系列MC高功能型控制型PLC控制器，主要控制該設備整體動作流程；伺服系統采用臺達A2伺服；步進系統采用雷賽步進；上位機采用永宏經濟型HU系列HMI操作界面，用于進行手動調試、參數設置和自動運行等用戶操作。

圖2-2單頭端子機系統方案架構圖

3系統硬件設計

單頭端子機的系統硬件設計主要包括三部分：硬件配置、機械結構和電氣控制；其中硬件配置主要對電氣產品的配置進行了闡述說明，機械結構主要對結構的組成和結構的解析進行了闡述說明，電氣控制主要對主電路控制和控制電路控制等進行了闡述說明。單頭端子機的系統硬件設計架構圖如圖3-1。

圖3-1單頭端子機系統硬件設計架構圖

3.1硬件配置

單頭端子機的控制單元選用永宏FBs-40MCT2-ACPLC（主機）和永宏FBs-10MAT2-ACPLC（從機），同時操作單元選用永宏HU070L-00HMI；驅動單元選用送線伺服、擺臂一/二步進、拉拔步進和切刀步進；執行單元選用氣缸和繼電器等；檢測單元選用光纖傳感器等。整套配置方案能夠幫助客戶節約很多系統成本。單頭端子機系統硬件清單如表3-1；單頭端子機系統硬件配置如圖3-2。

硬件明細表
產品類型		產品型號	產品種類
控制單元	永宏PLC	FBs-40MCT2-AC（主機）	1臺
控制單元	永宏PLC	FBs-10MAT2-AC（從機）	1臺
操作單元	永宏HMI	HU070L-00	1臺
驅動單元	伺服	送線	1套
驅動單元	步進	擺臂一/二、拉拔、切刀	4套
執行單元	氣缸	夾爪	4套
執行單元	吹氣閥	吹氣	1套
檢測單元	光電傳感器	缺線、線打結檢測	2套
檢測單元	光纖傳感器	端子壓著檢測	1套
其它	電氣部件	—	若干
其它	機械部件	—	若干

表3-1單頭端子機硬件明細表

硬件配置圖

圖3-2單頭端子機硬件配置圖

3.2機械結構

單頭端子機的機械結構主要包括四部分：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。單頭端子機主體結構圖如圖3-2，單頭端子機的整體結構解析如圖3-3，單頭端子機平面結構解析如圖3-4。

圖3-2單頭端子機主體結構圖

圖3-3單頭端子機整體結構解析圖

圖3-4單頭端子機平面結構解析圖

3.3電氣控制

單頭端子機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單頭端子機主電路原理圖

圖3-6單頭端子機控制電路原理圖

4系統軟件設計

單頭端子機的系統軟件設計主要包括三部分：流程控制、I/O點配置和程序設計；其中流程控制主要對工藝流程和控制流程進行了闡述說明，I/O點配置主要對PLC輸入輸出點配置進行了闡述說明，程序設計主要對PLC程序和HMI程序進行了闡述說明。單頭端子機的系統軟件設計架構圖如圖4-1。

圖4-1單頭端子機系統軟件設計架構圖

4.1流程控制

4.1.1工藝流程

根據生產需要和工藝要求，單頭端子機的主要工藝分為：人工穿線、線束切斷、線束前端剝皮、線束前端端子壓著、定長送線、線束切斷、線束后端剝皮等。單頭端子機工藝流程如圖4-2。

圖4-2單頭端子機工藝流程圖

4.1.2控制流程

單頭端子機的控制流程主要分為兩個部分：寸動流程控制和自動流程控制；其中的控制流程主要是按照控制順序來進行步進流程控制。單頭端子機的控制動作時序流程如圖4-3，單頭端子機的步進控制流程如圖4-4。

圖4-3單頭端子機控制動作時序流程圖

圖4-4單頭端子機步進控制動作流程圖

4.2I/O點配置

4.2.1PLCI/O點配置

根據單頭端子機的工藝流程和控制流程的具體要求，進行了永宏PLC程序I/O點配置。永宏PLC輸入點配置如表4-1，輸出點配置表如表4-2。

PLC輸入點配置
主站PLC		從站PLC
編號	批注	編號	批注
X0	擺臂一原點	X0	擺臂二原點
X1	拉拔二原點	X1	擺臂二報警
X2	切刀原點
X3	區一光纖檢測
X5	急停（按鈕）
X6	啟動（按鈕）
…	…	…	…

表4-1PLC輸入點配置表

PLC輸出點配置
主站PLC		從站PLC
編號	批注	編號	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	端子機壓接
…	…	…	…

表4-2PLC輸出點配置表

4.3程序設計

4.3.1PLC程序設計

4.3.1.1程序區塊劃分

在進行單頭端子機的PLC整體程序設計和規劃時，可以將不同控制程序和運算程序分成若干個程序區塊，并在主程序區進行選擇調用；其中程序區塊可以通過永宏【FUN65（標記）】指令在子程序區進行劃分，主程序區的選擇調用功能可以通過【FUN67（呼叫）】指令來實現。單頭端子機的程序區塊劃分如圖4-5。

圖4-5單頭端子機程序區塊劃分圖

采用簡單的功能指令就可以將單頭端子機的PLC整體程序進行程序區塊化處理，既可以方便實現程序編輯和檢查，又可以更快捷的實現程序調試；為程序編輯和調試者提供了極大的方便。單頭端子機的PLC呼叫指令和標記指令程序如圖4-6。

圖4-6單頭端子機PLC呼叫和標記指令程序圖

4.3.1.2高速通訊程序

在進行單頭端子機的PLC整體程序設計和規劃時，高速通訊采用的是永宏PLC的專用Port2通訊口，進行高速CPULINK通訊，最高通訊速度可以達到912.6Kbps；主要用于主站PLC與從站PLC之間的數據信息和動作信息的交換。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PLC【FUN151（通訊）】指令來進行編輯，并選用MD3高速通訊模式；從站PLC通訊程序只需要將特殊標志位M1958置1即可。通過一條通訊指令既可以完成高速通訊程序的編輯，為程序編輯和調試者提供了極大的方便。單頭端子機的PLC高速通訊程序如圖4-7。

圖4-7單頭端子機高速通訊程序圖

4.3.1.3參數設置程序

在進行單頭端子機的PLC整體程序設計和規劃時，參數設置程序采用的是永宏PLC【FUN141（伺服參數設置）】指令來對送線軸、擺臂一軸、拉拔一軸和切刀軸的相關參數進行設置；一條參數設置指令既可以完成參數設置程序的編輯，為程序編輯和調試者提供了極大的方便。單頭端子機的PLC參數設置程序如圖4-8。

圖4-8單頭端子機PLC參數設置程序圖

4.3.1.4原點復歸控制程序

在進行單頭端子機的PLC整體程序設計和規劃時，擺臂一/二軸、切刀軸和拉拔二軸的原點復歸控制分為兩部分：電氣原點復歸和工作原點復歸；其中電氣原點復歸采用永宏【FUN140（DRVZ）MD1】方式進行原點復歸，工作原點復歸采用永宏【FUN140(DRV)ABS】方式進行原點復歸。通過兩種原點復歸組合方式，可以提高整體動作的執行效率。單頭端子機的原點復歸控制程序如圖4-9。

圖4-9單頭端子機PLC原點復歸控制程序圖

4.3.1.5自動流程控制程序

在進行單頭端子機的PLC整體程序設計和規劃時，自動流程控制程序采用永宏步進繼電器【S】來組成自動連續步進流程控制和自動單步步進流程控制。單頭端子機的自動流程控制程序如圖4-10。

圖4-10單頭端子機自動流程控制程序圖

4.3.2HMI畫面設計

4.3.2.1原點控制畫面

單頭端子機的原點控制畫面主要用于進行電氣原點速度設定、工作原點速度設定和工作原點位置設定。單頭端子機的原點控制畫面如圖4-11。

圖4-11單頭端子機原點控制畫面

4.3.2.2自動運行畫面

單頭端子機的自動運行畫面主要用于送線軸、切刀軸、擺臂一軸、擺臂二軸和拉拔二軸的相關自動運行參數設置和相關動作操作。單頭端子機的自動運行畫面如圖4-12。

圖4-12單頭端子機自動運行畫面

5難點重點解決

單頭端子機的難點重點主要在于自動連續控制流程和自動單步控制流程的動作時序不同；自動單步控制流程主要是用于線束調試加工使用的模式，一步一個動作，每步動作要求明確；自動連續控制流程主要是用于線束產品調試完成之后來進行連續加工使用的模式，每一步動作的銜接必須到位，以便提高整體加工的工作效率，降低單條線束的加工時間；所以自動連續控制流程模式和自動單步控制流程模式的動作銜接是不相同的，在程序處理的時候需要特別注意。

6結論（實施結果）

通過現場調試（如圖5-1），單頭端子機的生產效率可以達到4600PCS/H（以100mm線長為例），并且比原先的產量提高了15%；同時控制的切斷精度可以達到±0.5mm（L≤100mm）和±1.0mm（L＞100mm）。從而為客戶提高了生產效率，降低了勞動強度，節約了人工成本，改善了生產環境。