一種數(shù)控火焰切割系統(tǒng)的升級改造及應(yīng)用
2020-10-3 來源：山推工程機械股份有限公司 作者：吳方元 汪遠平 孫世忠
摘要：本文主要論述工程機械數(shù)控火焰切割設(shè)備手動控制切割運動系統(tǒng)的升級改造，通過設(shè)備運行中存在切割運動不穩(wěn)定性問題進行分析，結(jié)合設(shè)備原控制電路、氣路圖紙及原理，提出用歐姆龍觸摸屏及可編程控制器來代替手動搖頭按鈕及繼電器控制的解決方案，并通過實驗取得圓滿成功，提高了切割過程中割槍運動的穩(wěn)定性和可操作性。
關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng) 火焰切割 系統(tǒng)改造 控制運動
隨著數(shù)控火焰切割設(shè)備在工程機械鈑金下料中的廣泛應(yīng)用，后因技術(shù)革新，數(shù)控設(shè)備升級換代速度快，針對已經(jīng)使用近10年的某公司數(shù)控火焰切割設(shè)備對割槍運動控制仍采用20多個繼電器控制，導(dǎo)致控制信號相互干擾、穩(wěn)定性差，時常存在割槍運動不穩(wěn)定，無形中增加了設(shè)備故障率，特備是在對信號線路檢測查找的問題上由于線路繁多并且安裝位置空間狹小根本無法查找具體的接點位置
和信號，浪費大量時間。因此，本文根據(jù)現(xiàn)場問題調(diào)研分析，給出解決方案。
1 、設(shè)備故障現(xiàn)狀
該數(shù)控火焰切割設(shè)備使用近10年，原系統(tǒng)控制通過20多個手動搖頭開關(guān)及20多個繼電器來控制割槍在切割過程中的運動及其它配合功能，主要功能包含：6把割槍的同時及單獨升降、點火、預(yù)熱、切割、水冷卻、連鎖等功能。在運動過程中，需要時不時的調(diào)節(jié)手動控制按鈕來控制割槍運動高度、火焰接觸板面的位置等。因手動控制按鈕頻繁使用，經(jīng)常自然損壞（如圖1），繼電器在無規(guī)律控制下頻繁吸合導(dǎo)致接觸不良、產(chǎn)生干擾信號，進而導(dǎo)致割槍在切割過程中的運動不受控制；影響操作人員的操作，切割氣體控制不穩(wěn)定，槍體動作斷續(xù)，維修排除問題原因困難，有時查找故障線路需要幾天時間，設(shè)備故障率高。
2、升級改造方案及實施
通過現(xiàn)場問題分析及結(jié)合原設(shè)備控制電氣、氣路圖紙，制定此類設(shè)備數(shù)控控制系統(tǒng)的升級改造方案。
2.1 分析原電路、氣路控制原理
原操作控制過程，切割系統(tǒng)準(zhǔn)備好切割條件后，通過檢測手動控制按鈕輸入信號通過繼電器 傳入到伺服驅(qū)動，伺服驅(qū)動通過繼電器把信號反饋給切割系統(tǒng)；手動控制面板的主要功能：6把割槍的同時及單獨升降、點火、切割氣體控制及檢測反饋、高低壓切割及預(yù)熱、水冷卻開啟、此過程中的信號連鎖等功能。統(tǒng)計各控制信號輸入點共計32個，輸出點31個。
2.2 歐姆龍觸摸屏及PLC應(yīng)用
考慮到歐姆龍發(fā)揮在自動化領(lǐng)域豐富的實績優(yōu)勢，從簡單到復(fù)雜、高精度控制，提供各種產(chǎn)品以滿足廣泛需求，CP系列內(nèi)置功能及高擴展性，與上位機的兼容性，既可實現(xiàn)小規(guī)模控制，由能提供整體解決方案，根據(jù)現(xiàn)場及未來規(guī)劃需求，選擇如圖2所示的控制方案。結(jié)合分析的控制電路選擇合適的觸摸屏及PLC。目前手動控制搖頭按鈕，操作起來不方便，自然損壞率高，采用觸摸屏控制方便快捷，提高其智能化、人性化操作。
歐姆龍觸摸屏選擇，因原手動控制面板空間有限，經(jīng)測量安裝空間可選著7寸屏、長壽命LED背光源、S232串行、USB及Ethernet通信接口，選著win7 32位系統(tǒng)等相應(yīng)的附件備件；可編程控制器（PLC）選擇，輸入24V繼電器型、輸出晶體管型、可擴展單元模塊、電源的使用電容充電型延遲回路。
圖1 手動控制面板
2.3 具體方案
2.3.1 觸摸屏選型及編程
采用歐姆龍NB7W-TW01B觸摸屏代替手動控制的搖頭按鈕（如圖3），采用NB-Desigener Ver.1.49觸摸屏編程軟件設(shè)計編程，利用觸摸屏編程控制、結(jié)合系統(tǒng)控制、可編程控制器、伺服控制實現(xiàn)聯(lián)合控制功能；根據(jù)設(shè)計電路圖紙，按照觸摸屏編程思路及方法，結(jié)合實際操作實現(xiàn)觸摸屏操作合理化、人性化布局，并與PLC建立信號傳遞功能的對接。
2.3.2 PLC選型及鏈接
采用歐姆龍可編程控制器PLC，型號CP1H-X40DR-A（24點輸入、16點輸出）及擴展輸入輸出單元模塊CP1W-40EDR（24點輸入、16點輸出）代替多個繼電器（如圖4），通過PLC控制信號，可以方便快捷判斷信號故障問題點，實現(xiàn)連鎖控制。
圖2 觸摸屏及PLC鏈接控制方案圖
圖3 歐姆龍觸摸屏編程界面
圖4 可編程控制器及擴展模塊
2.3.3 電路圖設(shè)計及PLC編程
根據(jù)現(xiàn)場及操作控制功能設(shè)計出電路圖及采用CX-Programmer 7.3編寫PLC程序，實現(xiàn)各功能控制。
2.3.4 接線及標(biāo)準(zhǔn)化
各種電器元件鏈接采用國家標(biāo)準(zhǔn)化安全一級要求進行，對各信號控制功能線進行打標(biāo)，便于根據(jù)PLC故障點反饋進行檢測維修。
2.3.5、 現(xiàn)場切割實驗
在實際改造過程中，根據(jù)制定好方案及邏輯順序施工，改造完后，經(jīng)過多次檢查確認無誤后通電實驗；先是經(jīng)過多次空行切割試驗后，進行實際鈑金切割，減少實驗成本，經(jīng)過實驗效果良好。
3、升級改造后效果確認
經(jīng)過系統(tǒng)安裝調(diào)試后，該數(shù)控設(shè)備試運行一個月后，原割槍運動及控制不穩(wěn)定性問題得以解決，圓滿實現(xiàn)了原有的系統(tǒng)功能，并增設(shè)了設(shè)備運行監(jiān)控信號及反饋功能，提高維修效率80%。
4、 結(jié)語
升級改造后的控制系統(tǒng)，因自主觸摸屏編程及設(shè)計人性化界面，用觸摸屏替代20多個手動搖頭開關(guān)，提高操作的靈活度和設(shè)備的智能化；可編程控制器具有較高穩(wěn)定性，改造完成后用控制器程序代替了所有中間繼電器，取消復(fù)雜接線問題并保留原有所有功能，而且可監(jiān)控所有輸入輸出信號達到故障點精確定位目，降低了設(shè)備故障率、提高維修效率。下一步，將對其他三臺類似的數(shù)控火切割設(shè)備進行批量升級改造。并且為將來其他設(shè)備升級改造提供的很好的借鑒作用，另外，通過本次改造也對后續(xù)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)運行、智能化控制、數(shù)據(jù)采集留有數(shù)據(jù)接口，為實現(xiàn)設(shè)備運行自動化、數(shù)字化、智能化提供了條件。
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