PLC在轴承滚针分选机控制中的应用分析

1 引言
为了提高和保证产品的质量，生产中对一些部件按照一定的工艺要求进行归类分组是必要的。以轴承的生产为例，要求对生产中的滚针和滚柱进行分选组别，这一工作由轴承滚针分选机来完成。
分选机的功能是对工件进行连续测量，将被测参数转变为电信号，再经电路放大、逻辑运算处理后。控制相应的执行机构，对工件实行自动分选。
2 轴承滚针分选机PLC控制系统的设计
2.1 系统构成
系统采用OMRON C200H模块式PLC，现场开关信号接入24V输入模块，指示灯、中间继电器及电磁铁线圈由晶体管型输出模块控制。选用差动式电感传感器(差动式电感传感器是把被测的非电量转换成线圈的互感变化，由两个相同的电感线圈和磁路组成，使用时，一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式，以提高传感器的灵敏度和线性度)将滚针或滚柱的直径和长度的变化转变成电感量变化，再经测量放大电路放大成标准的电压信号，接至PLC的模拟量输入模块。
该系统总输入点为:开关量为5点，模拟量为2点，分别采用直流24V的8点输入模块IM211和模拟量输入模块AD001;输出点为开关量17点，选用OD411(8点)和OD211(12点)两块晶体管输出模块。对PLC的输入输出端子进行定义和分配如附表所示。
附表 分选机PLC控制系统的I/O分配表

输入地址 信号定义 输出地址 信号定义
00100 启动检测 00200 送料电机
00101 停止检测 00201 正常指示
00102 同步脉冲 00202 超差指示
00103 复位信号 00203 运行指示
00104 调整单步 00300-00311 料门1-料门11
输出
00111 长度量 00204 故障报警
00112 直径量
2.2 工作原理
分选机属于比较测量仪器，先以标准尺寸工件定标或先校正好测微仪的放大倍数，然后以被测工件与标准工件尺寸进行比较，产生直径尺寸差Δd和长度尺寸差Δl，电感测量头将Δd和Δl转变为电感差ΔD和ΔL，测量电路将电感差转变为0~+10V的电压信号Us。信号经PLC模拟量输入模块转变为数字量，并根据工艺要求，将参数同标准数据进行比较，控制相应料门电磁铁。分选的工艺要求如下:
(1) 长度信号先与直径信号进行分选:分选时，先将滚针的长度测量值分为三类，即长度超差件L+、L-和合格件L0，然后再将L0工件按照其直径大小细分为超差件D+、D-，合格件D1、D2、…D10，也就是说只有长度合格的工件才进行直径分选。
(2) 组别按尺寸大小，由小到大进行排列:长度按L-、L+、L0，直径按D-、D1、D2、…D10、D+，从小到大顺序排列，以保证工件准确地落入属于自己的组别。
3 PLC控制系统梯形图的设计
3.1 程序控制的要求
现通过工件1从送料到落料来说明一个程序周期的过程:
(1) 送工件1至测量平台(同时推落上一工件);
(2) 对上一工件测量信号值清零，该工件对应的落料门关闭;
(3) 对工件1进行测量并锁存，打开相应料门，准备落料;
(4) 工件2送料，同时将工件1顶下落料;
(5) 工件1经一段时间落入相应料门;
(6) 工件1测量信号清零，相应料门关闭。
3.2 程序设计
(1) 程序的控制流程
PLC程序的控制流程图如图1所示:

图1 控制系统流程图
(2) 信号输入与干扰消除
在输入的模拟量信号中，会含有各种噪声和干扰。为了准确地进行测量和控制，必须消除被测信号中的随机干扰。PLC的 AD001模块引入数字滤波方法，它可根据用户设定的积分常数对多次A/D转换数据取算术平均值，以消除干扰。其中，积分常数就是A/D转换的次数，平均值是将多次A/D转换数据之和与积分常数相除，并忽略计算结果中的小数部分。
设N为A/D转换次数，AD001中四路输入的N值分别预置在DM1101-DM1103中。在这里将N取2，所用2路积分常数预置在DM1101和DM1102通道中。IR区中10001-10004分别是第一路到第四路的求平均值启动位，当其被置为“1”时，则向AD001发出取平均值的指令，此时平均值为二进制数。取平均值的梯形如图2所示:

图2 取平均值的梯形图
(3) 数据换算
由于A/D转换得到的是标准数字信号，即相对于传感器测量范围的相对百分数，不能直观地表示过程被测量的量纲，因此需要进行换算。AD001可根据用户设定的上下限参数，将AD转换后的12位二进制数据换算成4位十进制数。AD001按下式进行换算，并忽略计算结果中的小数部分。

数据转换梯形图如图3所示，其中两路的上、下限参数值分别预置在DM1110、DM1111和DM1112、DM1113中，参数值必须是0—9999的BCD码数据，且两数据之差不大于4000。IR区中10005、10006分别为第一路、第二路的数据换算启动位，当其被置为“1”时，则向AD001发出执行换算指令。

图3 数据转换的梯形图
(4) 数据分组
滚针或滚柱的直径及长度测量信号在转换成数字信号后，还要同内部寄存器中的设定植进行比较，以便进行分组，即确定滚针或滚柱应属的组别，并将其归入该组。
根据工艺要求，将长度设为上限和下限值，分别预置在DM1110和DM1111中;直径设为10组，分别预置在DM1112到DM1121中。实际测量值连续同设定植比较，即可确定相应组别。
长度比较梯形图如图4所示，当00103接通时，将通道DM006中的值同DM1110相比较，如小于设定下限值，则LE接通，接通00400输出。如大于设定下限值，则同上限值DM1121相比较;如大于上限值，则接通00401输出。00400和00401使超差门00311接通输出。
4 结束语

图4 长度测量值分组梯形图
在工业生产的自动化生产线中，有许多参数(如长度、直径、厚度等)需要进行实时检测，以便确定产品是否合格或按照参数值进行分类处理，利用PLC进行控制具有硬件简单，易于进行程序设计和控制流程的修改、运行稳定、故障率低、分组精度高等优点，是一种较为理想的控制方案。