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基于PLC的全自动车丝机控制系统设计

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陆晴储健

摘要：本文主要介绍了以s7-200PLC为控制核心的車丝机的控制系统，对车丝机的工作原理进行了简单的阐述，利用MCGS监控软件对车丝的工作过程进行监控。本系统的车丝机机床具有车丝范围广，精度高等特点。

关键词：PLC；变频器；数控机床；MCGS；

1引言

由于石油钻采业的发展和各油田地质条件的特殊性,油田对石油套管提出很多新要求,促使生产企业进行技术改造和新产品开发,满足用户要求。本系统车丝机机采用管体固定不动，刀盘上的刀具在围绕管体旋转的同时，作X轴(径向)和Z轴(轴向)两个方向运动的加工方式。具有车丝范围广，精度高的特点。

基金支持：天津职业技术师范大学科研发展基金项目（KJ11-24）。

2车丝机工作原理

本机床由一台s7—200PLC(224),一台PC机（用MCGS作为监控软件）,两台MR-J2S三菱伺服电机,两台变频器，两个高精度（3600转）编码器和自己开发的频率调制板组成控制核心，其能车20种4分到四寸钢管，包括了英标和美标规定的从4分到4寸的所有钢管。

本系统采用纵向主动横向随动的控制方式。轴向电机，也就是主轴电机由西门子的变频器控制，横向电机由MR-J2S三菱伺服电机控制。权衡了车丝的精度和效率后，最终确定的变频器的建议工作频率如下表2-1所示：（建议的频率是根据理论计算的值，用户可以根据实际的工作需要进行略微的更改）

表2-1变频器的建议工作频率

规格(inch)外径(in)外径(mm)空刀量(mm)罗纹长(in)切削速度(m/min)赫兹数(hz)减速比主轴转速(rpm螺距(in)螺距(mm)

0.50.821450.78233.515065000.0711.81

0.751.127450.79439.0814064670.0711.81

11.333450.98539.8511463800.0872.21

1.251.742451.00939.729063000.0872.21

1.51.948451.02539.47862600.0872.21

22.460451.58239.786362100.0872.21

2.52.973451.57139.755261730.1253.18

33.589451.63439.554361420.1253.18

3.54102451.68439.883861250.1253.18

本系统通过MCGS监控软件操作员可以通过屏幕观察到实时在线运行情况，得到系统的诊断和报警信息，进而调整一系列的加工参数，大大加强了人机交流，更加有利于车丝机的正常运行。如在加工时，在手动控制画面中（如图2-1），能监视到左右主轴的建议转速及实际转速，以及所车的管径及牙数。

图2-1全自动车丝机手动控制画面

3车丝机工作流程

（1）窗口的选择

本车丝机床车丝共分为三个部分，首先是车丝前的准备快进部分。根据钢管厂的实际工作方式，一般情况下，钢管厂会在一段时间里车同一个同一种钢管，所以在每一次换钢管以前都要做以下工作，

在如下的窗口选择钢管标准

在如下的窗口进入管径和牙数的选择界面

在如下的窗口选择管径和牙数

（2）车丝工序

做了以上几步也就做完了准备工作，进入真正的车丝工序，

在实际的车丝过程中，可将车丝分为四个过程1、快进；2、慢进1；3、慢进2；4、快退。

快进是为了提高效率和给车不同的钢管留余量而留的，这步完全是由PLC的包络表发出告诉脉冲指令来控制；慢进1，也就是车丝的核心部分，它是在确定主轴的转速以后，由高精度编码器检测主轴电机的转速，然后根据钢管牙数的不同选择分频比例，经过自制的分频器进行一定分频后，再送给伺服电机，组成一个主从系统，也就是说，横向电机随着轴向电机运动，这样即能保证车丝的精度，又能保证车丝的效率；慢进2，也就是车丝的张刀部分，由于车丝后的钢管要和螺母连接到一起，所以车的钢管不能是剃头的，这就决定了在车完丝以后还有一个边车丝边张刀的过程；快退是为下一次车丝做准备，由于本系统是数控系统，为了保证车丝的精度，要求如下关系：快退的行程=快进行程+慢进1行程+慢进2行程。在多次实验后发现，这完全能实现本车丝机的技术指标，但是，为了防止编码器等数控器件有误差，所以又加了位控系统，也就是说，在每一次快退以后，还有一个找零的过程，这样就保证了车丝的精度。

4总结

车丝机通过几年的生产运行,证明控制系统能满足工艺要求,而且它本身具有很高的可靠性。现对其进行分析研究,将提高对车丝机的理解掌握程度,使它发挥