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基于PLC实现对剪板机自动控制的设计

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  摘要:剪板机作为金属加工行业中的常用锻压设备,被广泛应用于冶金、轻工、建筑等板材需求较大的领域,但是,目前一些剪板机不能实现精确高效的板料加工,本文采用PLC作为剪板机的核心控制方式进行设计,并在实践中对剪板机控制系统的计算方法进行优化。
  关键词:PLC;剪板机;自动控制
  中图分类号:TP271 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2019)11-0009-02
  0 引言
  剪板机是金属加工领域常见的机械设备,具体可分为斜刃、平刃、联合冲剪等多种类型,适用于不同用途。随着“中国制造2025”全面推进制造强国的战略部署,对各类板材的需求以及精确程度也越来越高,如何实现剪板机的自动控制,使其满足其精确高效的工作需求成为了现实工作中迫切需要解决的问题。
  可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC),是一种专门应用于工业领域的数字运算操作电子系统。由于具备可靠性高、组态灵活、可拓展性强等特点,被广泛应用于自动化控制领域。因此,本文采用PLC实现对剪板机自动控制的设计,并根据实际使用情況进行算法改进,达到了设计预期的目的,符合生产中的实际需求。
  1 剪板机自动控制系统结构要求
  根据剪板机的自动控制要求,可以把整个控制系统分为机械部分和电气部分:机械部分方面,主要由送料机构M、压块B(压料机构)、切料机构(剪切刀A)和变频电机控制下的传送带(辊轴)等构成;电气部分方面,主要包含了变频调速、增量编码器计算、触摸屏输入(松下GT10)、PLC运算与控制(松下FP1-C24)、光电保护结构、电机电路、工作电路和工作电源。电机电路提供机械动力,变频电机部分采取快速和慢速两档调速,由增量编码器计算彩钢板长度,PLC对编码器脉冲数进行处理,进而控制机械动作的执行,电源提供电力保障。光电保护是为了控制裁剪完毕的板材移走前,不进行下一次操作。剪板机自动控制系统整体结构如图1所示。
  基于上述控制系统,当通电后,各部分机构归于初始状态;由送料机构M(开卷电机)进行进料;控制系统输送彩钢卷进入工作台;伺服电机控制彩钢板的位置,根据预设的剪切尺寸进行固定;通过压块B和剪切刀A完成压型和剪切工作,先由压块B先压紧彩钢板,后由剪切刀A进行剪断;随后裁剪完毕的板材通过传送带送至送料车或人工移走;可以通过触摸屏进行参数设定和指令输入,改变运行状态以及剪切尺寸。
  2 PLC选择及I/O端口分配设计
  本设计中选择日本松下公司生产的FP1系列电工可编程控制器产品作为主机。FP1是一种功能很强的小型机,具备近200条指令,数据处理功能强于一般的小型机,电源类型有交流、直流两种,交流型接220V交流电源,直流型接24V直流电源(主机内部配有供输入端使用的24V直流电源)。FP1系列包含C14、C16、C24、C40、C56和C72等多种规格,本设计选用FP1-C24型PLC(C24表示输入和输出点数和为24,C24配有RS232接口),实际中也可根据需求选用其他种类产品。
  I/O端口分配方面设计如下:Y0口控制主机运行、Y1口控制油泵启停、Y2口控制剪切刀A下、Y3口控制剪切刀A上、Y4口控制主机启停、Y5口进行正反控制、Y6口选择自动5HZ、Y7口选择手动30HZ、X0,X1为编码器输入端、X9为主机正转、XA为主机反转。满足基本自动控制功能的PLC端口接线方式如图2所示。
  剩余端口如X2-X8,可以根据实际需求,添加限位开关(SQ),实现对整个系统不同部位工作情况的检测,例如:可以在压块B的上端和工作台上加入SQ1和SQ2,用来检测压块B的位置,以及彩钢板的传输情况,压块B向下移动上端SQ1闭合,当运行到压紧状态时SQ2闭合;同理,也可以在剪切刀A的上端加入SQ3,用来检测剪切刀是否达到上限位。
  3 实践中计算方法的改进
  设计完成后经模拟调试后投产,在该系统实际投产的过程中,由于编码器与辊轴柔性连结,编码器和辊轴同步转动,辊轴转动的尺寸即为彩钢板的长度。理论上没有问题,但是,实际操作过程中由于辊轴常常因为摩损或更换,导致周长的数值改变,从而使同样的脉冲数对应的尺寸不一致。按照最初的设计,当辊轴直径发生变化后,由编程人员对PLC中数据寄存器中的数值进行相应修改,但在实际中引起很多不便,操作人员和一般维修人员难以修改。
  分析改进前的方法,发现改进前的方法把辊轴周长当成常数,使得辊轴周长变更后,造成彩钢板长度系统误差。为了解决这个问题,本例在PLC编程时把周长设为变量,即:分为固定值与调整值两个部分,可以利用触摸屏设计一个直径输入界面,直接输入调整值。改进的思路为:在PLC中增中两个数据寄存器,用以保存辊轴尺寸,以这两个数据寄存器参与运算。
  改进后的计算方法为:
  单位脉冲的运行长度=辊轴周长÷编码器旋转-周脉冲数;
  单位脉冲的运行长度=辊轴周长÷1000;
  辊轴周长分为两部分:辊轴周长=固定值(DT240)+调整值(DT242)。
  调整值由触摸屏输入并由PLC相应寄存器记忆,每次运行,如果辊轴直径没有改变,使用默认值。如果改变,可通过触摸屏输入。
  4 结语
  剪板机作为生产线上重要的一部分,加入PLC实现自动控制后,节约了人力和时间成本,后期的操作和使用也可以通过简单的修改参数来完成。目前,该设计在我公司使用情况良好,有效节约了成本提高了生产效率,相信在此基础上不断完善后,能够使其具备更多功能。
  参考文献
  [1] 傅晓耕,冯潇潇.基于PLC的剪板机电气控制系统设计与研究[J].机械制造与自动化,2018,47(6):203-206.
  [2] 王世峰.基于PLC的剪板机控制系统设计[J].传感器世界,2017,23(3):34-36.
  [3] 胡子玉.基于ARM的嵌入式PLC运行系统和剪板机数控系统的研发及应用[D].合肥工业大学,2017.
  [4] 高伟增,徐君鹏.松下PLC编程与应用[M].机械工业出版社,2015.
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