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案例頻道 摘要 液壓擺式剪板機(jī)電氣控制系統(tǒng)采用LM系列專(zhuān)用高速運(yùn)動(dòng)控制模塊LM3106A做控制器，利用模塊自帶的100K高速PTO輸出，驅(qū)動(dòng)擋料伺服電機(jī)工作，輔以觸摸屏進(jìn)行設(shè)備控制和數(shù)據(jù)顯示。該控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)精確定位，保證設(shè)備運(yùn)行達(dá)到好的控制效果。
關(guān)鍵詞 剪板機(jī)；伺服控制；PLC控制系統(tǒng)；觸摸屏
分類(lèi)號(hào)
關(guān)鍵詞 剪板機(jī)；伺服控制；PLC控制系統(tǒng)；觸摸屏
分類(lèi)號(hào)
1 液壓擺式剪板機(jī)簡(jiǎn)介
當(dāng)前我國(guó)機(jī)械制造業(yè)大量的通用設(shè)備在發(fā)展現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，可以有多種技術(shù)路線(xiàn)選擇。用可編程序控制器改造通用機(jī)床、專(zhuān)用機(jī)床、組合機(jī)床及自動(dòng)設(shè)備與半自動(dòng)設(shè)備組成的生產(chǎn)線(xiàn)，是一條低成本、高效益，符合我國(guó)國(guó)情的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑。
液壓擺式剪板機(jī)是一種精確控制板材加工尺寸，將大塊金屬板材進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)剪切加工，并由送料車(chē)運(yùn)送到下一工序的自動(dòng)化加工設(shè)備，其整個(gè)工藝過(guò)程很符合順序控制的要求，所以，在控制過(guò)程中，采用可編程控制器對(duì)自動(dòng)剪板機(jī)進(jìn)行控制，它較好地解決了采用繼電器-接觸器控制，控制系統(tǒng)較復(fù)雜，大量的接線(xiàn)使系統(tǒng)可靠性降低，也間接地降低了設(shè)備的工作效率這一問(wèn)題。因此，將plc應(yīng)用于該控制， 具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單，控制精度高的特點(diǎn)。在控制的過(guò)程中，剪板機(jī)剪板的個(gè)數(shù)可根據(jù)工藝參數(shù)方便的修改，而且利用光電接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)板料狀態(tài)非常準(zhǔn)確。
2 設(shè)備結(jié)構(gòu)
液壓擺式剪板機(jī)是一種精確控制板材加工尺寸，將大塊金屬板材進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)剪切加工，并由送料車(chē)運(yùn)送到下一工序的自動(dòng)化加工設(shè)備，其結(jié)構(gòu)及原理如圖1和圖2所示。
當(dāng)前我國(guó)機(jī)械制造業(yè)大量的通用設(shè)備在發(fā)展現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，可以有多種技術(shù)路線(xiàn)選擇。用可編程序控制器改造通用機(jī)床、專(zhuān)用機(jī)床、組合機(jī)床及自動(dòng)設(shè)備與半自動(dòng)設(shè)備組成的生產(chǎn)線(xiàn)，是一條低成本、高效益，符合我國(guó)國(guó)情的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑。
液壓擺式剪板機(jī)是一種精確控制板材加工尺寸，將大塊金屬板材進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)剪切加工，并由送料車(chē)運(yùn)送到下一工序的自動(dòng)化加工設(shè)備，其整個(gè)工藝過(guò)程很符合順序控制的要求，所以，在控制過(guò)程中，采用可編程控制器對(duì)自動(dòng)剪板機(jī)進(jìn)行控制，它較好地解決了采用繼電器-接觸器控制，控制系統(tǒng)較復(fù)雜，大量的接線(xiàn)使系統(tǒng)可靠性降低，也間接地降低了設(shè)備的工作效率這一問(wèn)題。因此，將plc應(yīng)用于該控制， 具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單，控制精度高的特點(diǎn)。在控制的過(guò)程中，剪板機(jī)剪板的個(gè)數(shù)可根據(jù)工藝參數(shù)方便的修改，而且利用光電接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)板料狀態(tài)非常準(zhǔn)確。
2 設(shè)備結(jié)構(gòu)
液壓擺式剪板機(jī)是一種精確控制板材加工尺寸，將大塊金屬板材進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)剪切加工，并由送料車(chē)運(yùn)送到下一工序的自動(dòng)化加工設(shè)備，其結(jié)構(gòu)及原理如圖1和圖2所示。
圖1 設(shè)備外形
圖2 液壓擺式剪板機(jī)原理圖
上電后，檢測(cè)各工作機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，控制各工作機(jī)構(gòu)處于初始位置；進(jìn)料，由控制系統(tǒng)控制進(jìn)料機(jī)構(gòu)將待剪板料自動(dòng)輸送到位；定剪切尺寸，采用伺服電機(jī)控制擋料器位置保證精確的剪切尺寸，其尺寸可是定值也可以設(shè)置為循環(huán)變動(dòng)值；壓緊和剪切，待剪板料長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)定值后由主電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓料器和剪切刀具，先壓緊板料，然后剪斷板料；送料車(chē)的運(yùn)行，包括卸載后自動(dòng)返回；剪切板料的尺寸設(shè)定、自動(dòng)計(jì)數(shù)及每車(chē)板料數(shù)的預(yù)設(shè)定；具備斷電保護(hù)和來(lái)電恢復(fù)功能；能實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程自動(dòng)控制，加工參數(shù)顯示，系統(tǒng)檢測(cè)。
3 液壓擺式剪板機(jī)工作原理
液壓擺式剪板機(jī)工作過(guò)程可進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)、單次和連續(xù)三種動(dòng)作選擇。
點(diǎn)動(dòng)：選擇點(diǎn)動(dòng)操作檔位，踩下腳踏慢進(jìn)，下壓剪切機(jī)構(gòu)自動(dòng)下壓，碰下行程開(kāi)關(guān)停止下壓；下壓過(guò)程松腳踏慢進(jìn)，停在當(dāng)前運(yùn)行位置；下壓過(guò)程踩下腳踏回程，下壓剪切機(jī)構(gòu)自動(dòng)回程，碰上行程停止回程；回程過(guò)程松開(kāi)腳踏回程，停在當(dāng)前回程位置。
單次：設(shè)定保壓時(shí)間，卸壓時(shí)間，水平擋料進(jìn)退距離，調(diào)整好水平擋料位置；選擇單次操作檔位，下壓剪切機(jī)構(gòu)不在上行程開(kāi)關(guān)位首先自動(dòng)回上行程開(kāi)關(guān)位；踩下腳踏慢進(jìn)，下壓剪切機(jī)構(gòu)自動(dòng)下壓；碰下行程開(kāi)關(guān)時(shí)，水平擋料機(jī)構(gòu)后退設(shè)定距離，同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行保壓；保壓時(shí)間到自動(dòng)進(jìn)行卸壓，卸壓時(shí)間到下壓剪切機(jī)構(gòu)自動(dòng)回程，同時(shí)水平擋料機(jī)構(gòu)自動(dòng)前進(jìn)設(shè)定距離；碰上行程開(kāi)關(guān)，單次剪切動(dòng)作結(jié)束。
連續(xù)（工步）：
1） 設(shè)定保壓時(shí)間，卸壓時(shí)間，水平擋料進(jìn)退距離，調(diào)整好水平擋料位置；
2） 設(shè)定工步數(shù)以及每個(gè)工步的當(dāng)料位置、剪板張數(shù)；
3） 選擇連續(xù)操作檔位，下壓剪切機(jī)構(gòu)不在上行程開(kāi)關(guān)位首先自動(dòng)回上行程開(kāi)關(guān)位；踩下腳踏慢進(jìn)，下壓剪切機(jī)構(gòu)自動(dòng)下壓；碰下行程開(kāi)關(guān)時(shí)，水平擋料機(jī)構(gòu)后退設(shè)定距離，同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行保壓；保壓時(shí)間到自動(dòng)進(jìn)行卸壓，卸壓時(shí)間到下壓剪切機(jī)構(gòu)自動(dòng)回程，同時(shí)水平擋料機(jī)構(gòu)自動(dòng)前進(jìn)設(shè)定距離；碰上行程開(kāi)關(guān)，一次剪切動(dòng)作結(jié)束，進(jìn)行下一次剪板。
4）當(dāng)前工步剪切次數(shù)完成，碰上行程開(kāi)關(guān)，水平擋料位置自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)入下一工步剪切動(dòng)作。
5）所有工步動(dòng)作完成，碰上行程開(kāi)關(guān)，連續(xù)剪切動(dòng)作結(jié)束。
液壓擺式剪板機(jī)工作過(guò)程可進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)、單次和連續(xù)三種動(dòng)作選擇。
點(diǎn)動(dòng)：選擇點(diǎn)動(dòng)操作檔位，踩下腳踏慢進(jìn)，下壓剪切機(jī)構(gòu)自動(dòng)下壓，碰下行程開(kāi)關(guān)停止下壓；下壓過(guò)程松腳踏慢進(jìn)，停在當(dāng)前運(yùn)行位置；下壓過(guò)程踩下腳踏回程，下壓剪切機(jī)構(gòu)自動(dòng)回程，碰上行程停止回程；回程過(guò)程松開(kāi)腳踏回程，停在當(dāng)前回程位置。
單次：設(shè)定保壓時(shí)間，卸壓時(shí)間，水平擋料進(jìn)退距離，調(diào)整好水平擋料位置；選擇單次操作檔位，下壓剪切機(jī)構(gòu)不在上行程開(kāi)關(guān)位首先自動(dòng)回上行程開(kāi)關(guān)位；踩下腳踏慢進(jìn)，下壓剪切機(jī)構(gòu)自動(dòng)下壓；碰下行程開(kāi)關(guān)時(shí)，水平擋料機(jī)構(gòu)后退設(shè)定距離，同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行保壓；保壓時(shí)間到自動(dòng)進(jìn)行卸壓，卸壓時(shí)間到下壓剪切機(jī)構(gòu)自動(dòng)回程，同時(shí)水平擋料機(jī)構(gòu)自動(dòng)前進(jìn)設(shè)定距離；碰上行程開(kāi)關(guān)，單次剪切動(dòng)作結(jié)束。
連續(xù)（工步）：
1） 設(shè)定保壓時(shí)間，卸壓時(shí)間，水平擋料進(jìn)退距離，調(diào)整好水平擋料位置；
2） 設(shè)定工步數(shù)以及每個(gè)工步的當(dāng)料位置、剪板張數(shù)；
3） 選擇連續(xù)操作檔位，下壓剪切機(jī)構(gòu)不在上行程開(kāi)關(guān)位首先自動(dòng)回上行程開(kāi)關(guān)位；踩下腳踏慢進(jìn)，下壓剪切機(jī)構(gòu)自動(dòng)下壓；碰下行程開(kāi)關(guān)時(shí)，水平擋料機(jī)構(gòu)后退設(shè)定距離，同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行保壓；保壓時(shí)間到自動(dòng)進(jìn)行卸壓，卸壓時(shí)間到下壓剪切機(jī)構(gòu)自動(dòng)回程，同時(shí)水平擋料機(jī)構(gòu)自動(dòng)前進(jìn)設(shè)定距離；碰上行程開(kāi)關(guān)，一次剪切動(dòng)作結(jié)束，進(jìn)行下一次剪板。
4）當(dāng)前工步剪切次數(shù)完成，碰上行程開(kāi)關(guān)，水平擋料位置自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)入下一工步剪切動(dòng)作。
5）所有工步動(dòng)作完成，碰上行程開(kāi)關(guān)，連續(xù)剪切動(dòng)作結(jié)束。
圖3 工步工作流程圖
4 控制系統(tǒng)介紹
圖4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
液壓擺式剪板機(jī)控制系統(tǒng)由控制部分、驅(qū)動(dòng)部分和監(jiān)控部分組成。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。
4.1 控制部分
本系統(tǒng)采用LM系列專(zhuān)用高速運(yùn)動(dòng)控制模塊LM3106A控制。LM3106A是專(zhuān)為實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)控制而設(shè)計(jì)的模塊，主要用于實(shí)現(xiàn)步進(jìn)或伺服電機(jī)的定位控制。
LM3106A本體集成14通道24VDC輸入， 10通道晶體管輸出，其輸出有2個(gè)公共端， 輸出通道采用5-24VDC驅(qū)動(dòng)電源供電，具有兩路高速輸出，可做PWM(100KHz)或PTO(50KHz)使用，另外，還可以通過(guò)RS-232通訊口與和利時(shí)觸摸屏進(jìn)行通訊。
表1為控制系統(tǒng)的I/O配置。
表1 系統(tǒng)I/O分配表
4.1 控制部分
本系統(tǒng)采用LM系列專(zhuān)用高速運(yùn)動(dòng)控制模塊LM3106A控制。LM3106A是專(zhuān)為實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)控制而設(shè)計(jì)的模塊，主要用于實(shí)現(xiàn)步進(jìn)或伺服電機(jī)的定位控制。
LM3106A本體集成14通道24VDC輸入， 10通道晶體管輸出，其輸出有2個(gè)公共端， 輸出通道采用5-24VDC驅(qū)動(dòng)電源供電，具有兩路高速輸出，可做PWM(100KHz)或PTO(50KHz)使用，另外，還可以通過(guò)RS-232通訊口與和利時(shí)觸摸屏進(jìn)行通訊。
表1為控制系統(tǒng)的I/O配置。
表1 系統(tǒng)I/O分配表
|
信號(hào)類(lèi)型 |
設(shè)備名稱(chēng) |
PLC地址 |
信號(hào)類(lèi)型 |
設(shè)備名稱(chēng) |
PLC地址 |
|
開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)（DI） |
上行程開(kāi)關(guān) |
%IX0.4 |
開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)（DO） |
電磁閥 |
%QX0.0 |
|
連續(xù)選擇按鈕 |
%IX0.5 |
油泵 |
%QX0.1 | ||
|
點(diǎn)動(dòng)選擇按鈕 |
%IX0.6 |
空置 |
%QX0.2 | ||
|
下行程開(kāi)關(guān) |
%IX0.7 |
擋料伺服方向 |
%QX0.3 | ||
|
急停 |
%IX1.0 |
擋料伺服脈沖 |
%QX0.4 | ||
|
油泵啟動(dòng) |
%IX1.1 |
| |||
|
油泵停止 |
%IX1.2 | ||||
4.2 驅(qū)動(dòng)部分
液壓擺式剪板機(jī)驅(qū)動(dòng)部件主要包括橫向伺服電機(jī)和豎直液壓氣動(dòng)裝置。
伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器均采用和利時(shí)公司的產(chǎn)品，其中“蜂鳥(niǎo)（Hummer）”系列低壓無(wú)刷伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是北京和利時(shí)電機(jī)公司最新推出的適合低壓直流供電的、小體積、高性能全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器。硬件上采用32位高速RISC專(zhuān)用控制芯片,高效功率變換技術(shù)，以及創(chuàng)新編碼器反饋技術(shù)；軟件上采用最先進(jìn)的電機(jī)控制策略，完全以軟件方式實(shí)現(xiàn)了電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的閉環(huán)伺服控制；驅(qū)動(dòng)器嵌入了高級(jí)運(yùn)動(dòng)控制功能，通過(guò)通訊接口即可完成如多段點(diǎn)到點(diǎn)、直線(xiàn)插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等功能。擋料采用伺服電機(jī)進(jìn)行定位，達(dá)到了精確定位，保證了設(shè)備控制要求及運(yùn)行效果。
往復(fù)下壓剪切動(dòng)作由油泵和氣動(dòng)裝置完成，通過(guò)PLC控制電磁閥的的得失電進(jìn)行。
4.3 監(jiān)控部分
上位監(jiān)控部份由一臺(tái)和利時(shí)觸摸屏，配以監(jiān)控軟件來(lái)完成，觸摸屏上可以進(jìn)行動(dòng)作操作，運(yùn)行參數(shù)設(shè)定，工作狀態(tài)選擇以及顯示PLC的輸入輸出點(diǎn)工作狀態(tài)。圖5和圖6為觸摸屏部分監(jiān)控畫(huà)面。
圖5 運(yùn)行畫(huà)面
圖6 工步畫(huà)面
5 總結(jié)
基于和利時(shí)公司PLC和伺服自動(dòng)控制系統(tǒng)的液壓擺式剪板機(jī)有以下特點(diǎn)：
(1) 采用電液伺服全閉環(huán)控制系統(tǒng)，剪板厚度精度、重復(fù)定位精度達(dá)到很高的水準(zhǔn)。
(2) 每步程序可設(shè)定擋料位置（后檔料X，相當(dāng)于伺服的絕對(duì)位置）、凸模具下壓位置（Y值，相當(dāng)于凸模具下降的距離）、剪切次數(shù)、保壓時(shí)間4個(gè)參數(shù)。
(3) 具有多工步編程功能，可實(shí)現(xiàn)多自動(dòng)運(yùn)行，每一步執(zhí)行完后，觸摸屏都要自動(dòng)把下一步參數(shù)輸入PLC和伺服，實(shí)現(xiàn)多工步零件一次性加工，提高生產(chǎn)效率。
該系統(tǒng)已投入生產(chǎn)使用，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制精度高，維護(hù)使用方便，受到用戶(hù)青睞。
基于和利時(shí)公司PLC和伺服自動(dòng)控制系統(tǒng)的液壓擺式剪板機(jī)有以下特點(diǎn)：
(1) 采用電液伺服全閉環(huán)控制系統(tǒng)，剪板厚度精度、重復(fù)定位精度達(dá)到很高的水準(zhǔn)。
(2) 每步程序可設(shè)定擋料位置（后檔料X，相當(dāng)于伺服的絕對(duì)位置）、凸模具下壓位置（Y值，相當(dāng)于凸模具下降的距離）、剪切次數(shù)、保壓時(shí)間4個(gè)參數(shù)。
(3) 具有多工步編程功能，可實(shí)現(xiàn)多自動(dòng)運(yùn)行，每一步執(zhí)行完后，觸摸屏都要自動(dòng)把下一步參數(shù)輸入PLC和伺服，實(shí)現(xiàn)多工步零件一次性加工，提高生產(chǎn)效率。
該系統(tǒng)已投入生產(chǎn)使用，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制精度高，維護(hù)使用方便，受到用戶(hù)青睞。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 左健民．液壓與氣壓傳動(dòng)．第三版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1996．
[2] 高傳玉，盛占石. QH11D-WK數(shù)控精密剪板機(jī)的研制[J].江蘇工學(xué)院學(xué)報(bào), 1994(3):55-57.
[3] 《HOLLiAS LM PLC指令與功能塊手冊(cè)》，杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司，2007.5
[1] 左健民．液壓與氣壓傳動(dòng)．第三版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1996．
[2] 高傳玉，盛占石. QH11D-WK數(shù)控精密剪板機(jī)的研制[J].江蘇工學(xué)院學(xué)報(bào), 1994(3):55-57.
[3] 《HOLLiAS LM PLC指令與功能塊手冊(cè)》，杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司，2007.5
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)