自動(dòng)定長(zhǎng)剪板機(jī)控制系統(tǒng)

熊惠敏，閔莉瓊

（1.南昌工程學(xué)院，江西 南昌 330099；2.國(guó)網(wǎng)江西省電力物資有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

現(xiàn)代工業(yè)化發(fā)展的趨勢(shì)就是在減少生產(chǎn)力降低生產(chǎn)成本的同時(shí)提高成產(chǎn)率。根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的需要，送板機(jī)需要能夠?qū)庸さ陌宀膶?shí)現(xiàn)各種不同長(zhǎng)度的剪切，并且能夠通過(guò)組態(tài)軟件來(lái)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的故障進(jìn)行報(bào)警處理，還需要添加手動(dòng)操作功能。因此原有的送板機(jī)越來(lái)越不能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)加工的要求?，F(xiàn)如今的送板機(jī)行業(yè)迫切需要另外一種全新的方式來(lái)對(duì)整個(gè)送板機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制[1，2]。

在塑鋼板剪切加工的過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)塑鋼板長(zhǎng)度的檢測(cè)，和送料系統(tǒng)的隨動(dòng)、固定及剪切后運(yùn)出等過(guò)程按照一定的工序流程控制進(jìn)行。在裁剪過(guò)程中，要對(duì)每一道工序進(jìn)行精確的控制。本系統(tǒng)是根據(jù)工廠車(chē)間的生產(chǎn)需要，在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的能比較普遍的適用于板材加工的控制系統(tǒng)中。本系統(tǒng)板材的恒速送板，板材隨動(dòng)動(dòng)態(tài)固定，板材剪切，自動(dòng)定長(zhǎng)計(jì)數(shù)等功能。該系統(tǒng)采用伺服驅(qū)動(dòng)整個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)[3-5]，可以對(duì)塑鋼板長(zhǎng)度進(jìn)行高精度動(dòng)態(tài)裁剪。

1 系統(tǒng)工作原理

1.1 自動(dòng)定長(zhǎng)剪板板機(jī)控制系統(tǒng)組成及工作原理

自動(dòng)定長(zhǎng)剪板機(jī)控制系統(tǒng)所加工出的板材尺寸是通過(guò)觸摸屏或者組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)定。通過(guò)PLC控制系統(tǒng)對(duì)板材的設(shè)定尺寸進(jìn)行鋸板。由于在隨動(dòng)機(jī)構(gòu)中用到了伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所以加工出的塑鋼板材長(zhǎng)度精度比較高。該系統(tǒng)由送料機(jī)構(gòu)、隨動(dòng)伺服同步控制系統(tǒng)、鋸板機(jī)構(gòu)、固定塑鋼板材機(jī)構(gòu)組成，如圖1所示。該系統(tǒng)的定長(zhǎng)控制采用光電編碼器對(duì)塑鋼板的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量。該系統(tǒng)的測(cè)量精度與計(jì)長(zhǎng)輥的直徑、隨動(dòng)同步跟蹤伺服系統(tǒng)同步程度、光電編碼的精度有關(guān)。

圖1 自動(dòng)定長(zhǎng)剪板板機(jī)控制系統(tǒng)組成

在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由計(jì)長(zhǎng)輥上裝的光電編碼器來(lái)檢測(cè)送板系統(tǒng)送板速度和長(zhǎng)度。當(dāng)送板系統(tǒng)送板達(dá)到設(shè)定長(zhǎng)度后，由伺服系統(tǒng)帶動(dòng)隨動(dòng)機(jī)構(gòu)和送板系統(tǒng)同步，固定塑鋼板，啟動(dòng)裁剪動(dòng)作，從而剪斷塑鋼板。該系統(tǒng)中核心是PLC控制。

1.2 自動(dòng)定長(zhǎng)剪板板機(jī)控制系統(tǒng)工作流程

自動(dòng)定長(zhǎng)剪板板機(jī)控制系統(tǒng)其工作過(guò)程如下所述：

1）按下啟動(dòng)按鈕開(kāi)機(jī)后，系統(tǒng)根據(jù)輸入板料加工尺寸，加工數(shù)量，隨動(dòng)系統(tǒng)的系統(tǒng)回原點(diǎn)。送料電機(jī)開(kāi)始送料且在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)一直送板，隨動(dòng)機(jī)構(gòu)的壓板機(jī)構(gòu)下方安裝有光電開(kāi)關(guān)，當(dāng)送板機(jī)構(gòu)的塑鋼板材送板到位時(shí)，PLC開(kāi)始對(duì)同步編碼器的脈沖計(jì)數(shù)；

2）當(dāng)編碼器的脈沖數(shù)量達(dá)到塑鋼板長(zhǎng)度設(shè)定值后，PLC伺服同步機(jī)構(gòu)發(fā)送脈沖，使同步機(jī)構(gòu)的速度和送板系統(tǒng)同速運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)隨動(dòng)系統(tǒng)和送板系統(tǒng)同速，隨動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)始鋸板動(dòng)作流程，同時(shí)，PLC脈沖計(jì)數(shù)器清零，開(kāi)始下一張板材長(zhǎng)度計(jì)數(shù)；

3）當(dāng)隨動(dòng)機(jī)構(gòu)和送板系統(tǒng)同速后，壓板機(jī)構(gòu)立即下壓，可以防止在鋸板過(guò)程中由于板材松動(dòng)而產(chǎn)生比較大的誤差；

4）壓板機(jī)下壓到位后，鋸板電機(jī)啟動(dòng)。鋸刀先抬起到達(dá)抬起上限位，完成縱向切割，然后開(kāi)始橫向?qū)Π宀倪M(jìn)行切割。鋸刀到達(dá)橫向限位后，鋸刀下降并返回到原點(diǎn)，鋸板完成切割動(dòng)作，加工數(shù)量計(jì)數(shù)自動(dòng)加1；

5）當(dāng)鋸板到位時(shí)，板材會(huì)落入到運(yùn)料小車(chē)中并開(kāi)始自動(dòng)計(jì)數(shù)。當(dāng)板料計(jì)數(shù)達(dá)到程序中設(shè)定的值，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)停止，小車(chē)開(kāi)始右行送料。到達(dá)右行限位后開(kāi)始卸料，在卸料完成后左行到達(dá)左行限位，計(jì)數(shù)器清零，系統(tǒng)重新開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 硬件配置

自動(dòng)定長(zhǎng)剪板板機(jī)控制系統(tǒng)硬件配置如圖2所示。本系統(tǒng)選用三菱公司的FX3U系列PLC做為該系統(tǒng)的控制核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)，控制以及安全保護(hù)。通過(guò)和送板系統(tǒng)同軸的光電編碼器可以實(shí)現(xiàn)送板系統(tǒng)所送板材長(zhǎng)度。本系統(tǒng)的控制難點(diǎn)是PLC控制伺服同步系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)和供給裝置同步速度。伺服系統(tǒng)當(dāng)鋸板結(jié)束后，快速返回原點(diǎn)。

圖2 自動(dòng)定長(zhǎng)剪板板機(jī)控制系統(tǒng)系統(tǒng)硬件配置圖

本系統(tǒng)的送料電機(jī)M1由變頻器進(jìn)行速度控制，隨動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2選用伺服電機(jī)，由三菱交流伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)機(jī)構(gòu)和送板機(jī)構(gòu)的同步。電鋸的抬起和下降以及固定機(jī)構(gòu)采用液壓控制。電動(dòng)機(jī)M3選用液壓電機(jī)。電鋸橫移電機(jī)M4選用三相異步電機(jī)。電氣控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 電氣控制系統(tǒng)的主電路

3 軟件程序設(shè)計(jì)

自動(dòng)定長(zhǎng)剪板板機(jī)控制系統(tǒng)的軟件流程圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖

本系統(tǒng)根據(jù)流程圖在設(shè)計(jì)梯形圖程序時(shí)本文主要解決三個(gè)難點(diǎn)即長(zhǎng)度的設(shè)定值轉(zhuǎn)換為脈沖當(dāng)量，塑鋼板進(jìn)給長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)顯示和同步隨動(dòng)系統(tǒng)和塑鋼板進(jìn)給速度同步問(wèn)題。

在本系統(tǒng)中，編碼器的精度為2 500脈沖／轉(zhuǎn)，進(jìn)給板的計(jì)長(zhǎng)輥的直徑為154mm。脈沖當(dāng)量，設(shè)定長(zhǎng)度值。為了提高精度，在計(jì)算過(guò)程中采用32位數(shù)據(jù)處理。該系統(tǒng)誤差差完全可以控制在一個(gè)當(dāng)量左右，滿(mǎn)足該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要。

隨動(dòng)系統(tǒng)使用伺服驅(qū)動(dòng)隨動(dòng)機(jī)構(gòu)和送板進(jìn)給速度同步。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都有一個(gè)減速箱，可以通過(guò)改變電子齒輪的比例來(lái)改變減速箱的減速比例。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電子齒輪比例范圍是1/50~500。所調(diào)的電子齒輪比只能在這個(gè)比例范圍內(nèi)。當(dāng)接收到從外部編碼器發(fā)送過(guò)來(lái)的脈沖時(shí)，比如外部編碼器轉(zhuǎn)一圈會(huì)發(fā)送2500個(gè)脈沖，而伺服轉(zhuǎn)一圈需要10 000個(gè)脈沖。如果編碼器所連接的電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所前進(jìn)的距離是相同的，此時(shí)就需要將電子齒輪比設(shè)置為10.意味著將編碼器發(fā)送的脈沖數(shù)乘以10，也就是說(shuō)編碼器發(fā)送1000個(gè)脈沖，而伺服接收到的脈沖為10 000個(gè)。

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

自動(dòng)定長(zhǎng)剪板板機(jī)控制系統(tǒng)系統(tǒng)有手動(dòng)操作運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行兩種工作模式。通過(guò)SA轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇是手動(dòng)模式還是自動(dòng)模式。進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)首頁(yè)，左側(cè)是建立的人機(jī)界面，右側(cè)指示燈顯示系統(tǒng)各個(gè)部位的運(yùn)行狀態(tài)，具體畫(huà)面如圖5所示。在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)各工藝的顯示和記錄。

圖5 系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控畫(huà)面

4 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用三菱PLC設(shè)計(jì)的自動(dòng)剪板機(jī)控制系統(tǒng)，用組態(tài)王做上位機(jī)人機(jī)界面?？梢院芊奖愕膶?duì)設(shè)備操作參數(shù)進(jìn)行修改。通過(guò)伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)機(jī)構(gòu)和送板速度的同步，可以實(shí)現(xiàn)小誤差動(dòng)態(tài)切割，為了防止抖動(dòng)，該設(shè)備在隨動(dòng)的過(guò)程中，使用壓板機(jī)構(gòu)對(duì)板材進(jìn)行動(dòng)態(tài)固定。經(jīng)過(guò)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)，長(zhǎng)度誤差不超過(guò)5 mm。當(dāng)送板長(zhǎng)度到達(dá)設(shè)定值后，隨動(dòng)系統(tǒng)能快速的實(shí)現(xiàn)和送板系統(tǒng)的同步。在隨動(dòng)機(jī)構(gòu)同步運(yùn)行過(guò)程中，裁切機(jī)構(gòu)能夠按照預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作執(zhí)行。