全自動(dòng)剪板機(jī)的PLC和伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

撰文/程衛(wèi)鋒 胡 希

■201900 上海西重所重型機(jī)械成套有限公司 上海

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全自動(dòng)剪板機(jī)的PLC和伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

撰文/程衛(wèi)鋒 胡 希

■201900 上海西重所重型機(jī)械成套有限公司 上海

本文對(duì)工業(yè)用自動(dòng)剪板機(jī)的工作原理進(jìn)行了分析，通過(guò)PLC和伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用，提出了全自動(dòng)剪板機(jī)智能控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，設(shè)計(jì)了電氣傳動(dòng)部分和PLC控制系統(tǒng)的程序流程。關(guān)鍵詞：PLC；伺服控制系統(tǒng)；定位控制；順序控制

概述

全自動(dòng)剪板機(jī)廣泛的應(yīng)用于板材加工系統(tǒng)中，板材進(jìn)料、長(zhǎng)度檢測(cè)、壓緊、剪切、落料、長(zhǎng)度調(diào)整、修剪等過(guò)程必須按一定的順序準(zhǔn)確動(dòng)作，而且不同長(zhǎng)度、不同厚度、不同材料的板材，各動(dòng)作行程、先后順序、刀具位置等要求都不一樣，為了滿足自動(dòng)剪板機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的要求，采用了可編程控制器作為系統(tǒng)控制的核心，伺服控制系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)進(jìn)料輥道，達(dá)到板材的快速進(jìn)料和停車剪切，定位控制來(lái)檢測(cè)板材長(zhǎng)度，動(dòng)作迅速、精確度高。

剪板機(jī)結(jié)構(gòu)原理

自動(dòng)剪板機(jī)可以將上一道工序送來(lái)的大塊板材自動(dòng)進(jìn)料，按設(shè)定好的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的剪切加工，并由送料車運(yùn)送到下一工序，其結(jié)構(gòu)及原理如圖1所示。

圖1　自動(dòng)剪板機(jī)原理圖

系統(tǒng)設(shè)置了10個(gè)限位開(kāi)關(guān)，分別用于檢測(cè)各部分的工作狀態(tài)。其中，SQ1檢測(cè)待剪板料是否被輸送到進(jìn)料輥道；SQ2檢測(cè)壓塊是否壓緊已到位的板料；SQ3檢測(cè)壓塊是否上升到位；SQ4、SQ5檢測(cè)剪切刀的狀態(tài)；SQ6、SQ7為兩個(gè)光電接近開(kāi)關(guān)，板料到達(dá)SQ6時(shí)控制進(jìn)料輥道減速，板料到達(dá)SQ7時(shí)控制進(jìn)料輥道停止；出料小車到達(dá)右止點(diǎn)SQ8動(dòng)作；出料小車到達(dá)左止點(diǎn)SQ9動(dòng)作；出料小車裝滿時(shí)SQ10動(dòng)作，出料小車自動(dòng)將板料送到下一工序。進(jìn)料輥道、壓塊、剪切刀、出料輥道、絲桿和出料小車分別由六臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。系統(tǒng)未動(dòng)作時(shí)，各限位開(kāi)關(guān)均打開(kāi)。

工作原理

當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，輸入板料加工尺寸、加工數(shù)量等參數(shù)，按下自動(dòng)開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。

a首先檢查限位開(kāi)關(guān)SQ1和SQ10的狀態(tài)，若有板料且出料小車未裝滿，系統(tǒng)開(kāi)始工作。

b起動(dòng)進(jìn)料輥道帶動(dòng)板料向左移動(dòng)，當(dāng)板料碰到行程開(kāi)關(guān)SQ6時(shí)，進(jìn)料輥道減速，當(dāng)板料碰到行程開(kāi)關(guān)SQ7時(shí)，進(jìn)料輥道停止。

c壓塊電機(jī)啟動(dòng)，使壓塊壓下，壓塊限位開(kāi)關(guān)SQ2閉合。

d剪切刀起動(dòng)，控制剪刀下落。剪切到位，SQ4閉合。板料由出料輥道輸送到出料小車。

e剪刀彈起，SQ5閉合，壓塊電機(jī)反轉(zhuǎn)，SQ3閉合，SQ6、SQ7無(wú)信號(hào)，進(jìn)料輥道繼續(xù)送料。光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)SQ7合一次，剪刀剪下并回到起始位置，計(jì)數(shù)器作加1計(jì)數(shù)，每個(gè)循環(huán)剪多少塊可通過(guò)觸摸屏設(shè)定，計(jì)數(shù)到達(dá)設(shè)定值則自動(dòng)清零，重新開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)的工作。

f當(dāng)小車上的板料夠數(shù)時(shí)，SQ10閉合，起動(dòng)小車控制電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)小車左行，將切好的板料送至下一工序。

g卸下后，再起動(dòng)小車右行，重新返回出料輥道下，開(kāi)始下一車的工作循環(huán)。

板料的長(zhǎng)度L可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，每一車板料的數(shù)量可預(yù)先設(shè)定。

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電氣部分主回路原理見(jiàn)圖2：

圖2　電氣部分主回路原理

a進(jìn)料輥道

使用伺服控制器帶動(dòng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)料輥道，采用速度開(kāi)環(huán)控制；伺服電機(jī)有較大的輸出轉(zhuǎn)矩，可以實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和停止。

b壓塊

壓塊的作用是壓緊板料，以利于剪切刀切斷板料，壓塊有上升和下降兩種運(yùn)動(dòng)，要求帶動(dòng)壓塊的電動(dòng)機(jī)具有正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

c剪切刀

剪切刀要快速切斷板料并返回起始位置，設(shè)計(jì)方案采用一臺(tái)三相異步電機(jī)帶動(dòng)飛輪，再通過(guò)離合器帶動(dòng)凸輪和剪刀的結(jié)構(gòu)。設(shè)備上電后先啟動(dòng)電機(jī)，等飛輪達(dá)到設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，要剪切時(shí)給剪切信號(hào)，離合器吸合，帶動(dòng)凸輪和剪刀剪下。

d出料輥道

板料剪下后掉落在出料輥道上，由出料輥道輸送至小車。

e出料小車

板料從出料輥道末端掉入小車，按次序疊放。當(dāng)小車裝滿后，進(jìn)料輥道停止，出料小車電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車向左行駛，到達(dá)下一工序停車卸料，然后出料小車電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車向右行駛，自動(dòng)返回出料輥道下，開(kāi)始下一車板料的剪切工作。

f絲桿

板料的定長(zhǎng)剪切由SQ6和SQ7兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)是否有信號(hào)來(lái)確定，SQ6和SQ7裝在一個(gè)可以左右滑動(dòng)的滑塊上，由絲桿帶動(dòng)，絲桿則由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)觸摸屏給定一個(gè)值時(shí)，PLC通過(guò)定位模塊給出絕對(duì)位置指令到伺服控制器，控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿，帶動(dòng)滑塊到達(dá)指定的位置。若要剪切的板料長(zhǎng)度為循環(huán)變化的值，當(dāng)前塊剪切完畢，PLC計(jì)算出下一塊要剪的長(zhǎng)度，然后控制滑塊到達(dá)指定的位置。

PLC控制系統(tǒng)流程

a輸入設(shè)備

限位開(kāi)關(guān)：SQ1，SQ2，SQ3，SQ4，SQ5，SQ6，SQ7，SQ8，SQ9，SQ10

系統(tǒng)的停止啟動(dòng)按鈕：SB1，SB2

b輸出設(shè)備

圖3　PLC輸入輸出端子分配圖

KM1控制進(jìn)料輥道電機(jī)的接觸器；KM2A、KM2B控制壓塊電機(jī)的接觸器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制壓塊壓緊和放松板料；KM3控制剪切電機(jī)的接觸器；KM4控制出料輥道電機(jī)的接觸器；KM5A和KM5B控制出料小車電機(jī)的接觸器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而控制小車的左行和右行；KM6控制絲桿電機(jī)的接觸器。其輸入輸出端子分配如圖3所示。

分析可知，本系統(tǒng)是一個(gè)多工步的順序控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的流程順序如圖4所示：

圖4　系統(tǒng)流程圖

結(jié)束語(yǔ)

本文所述的全自動(dòng)剪板機(jī)采用了PLC作為系統(tǒng)順序控制和邏輯控制的核心，結(jié)合伺服控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)、高效率、高精度的剪板功能， 可廣泛應(yīng)用在各種板材、帶材的定長(zhǎng)或變長(zhǎng)分卷、切塊等場(chǎng)合，也可與自動(dòng)化流水線很好對(duì)接，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模、全線自動(dòng)化的板材生產(chǎn)、加工、成品、包裝的全自動(dòng)生產(chǎn)流水線。

參考：

［1］張鳳珊主編.電氣控制及可編程控制器.第2版.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003.

［2］李俊，張俊儒.電機(jī)控制集成電路原理和應(yīng)用［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

［3］鄧則名等編.電氣與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.