四輥卷板柔性加工單元控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

王國(guó)強(qiáng)（首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司鍛壓機(jī)械有限公司 設(shè)計(jì)院，山西 長(zhǎng)治 046011）

四輥卷板柔性加工單元控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

王國(guó)強(qiáng)
（首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司鍛壓機(jī)械有限公司 設(shè)計(jì)院，山西 長(zhǎng)治 046011）

本文介紹了四輥卷板柔性加工單元的組成與結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單敘述了四輥卷板柔性加工單元的卷板工藝流程，并在此基礎(chǔ)上闡述了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件選型及軟件編程。

柔性加工單元；卷板機(jī)；機(jī)械手；智能化

國(guó)內(nèi)卷板設(shè)備經(jīng)歷了從機(jī)械到液壓再到數(shù)控的發(fā)展過(guò)程。目前，其液壓和自動(dòng)化控制技術(shù)已取得長(zhǎng)足進(jìn)展并日趨成熟，目前已由單機(jī)自動(dòng)化發(fā)展到柔性制造單元。為了應(yīng)對(duì)快速、精密、批量化生產(chǎn)的需求，研發(fā)高效、高精、安全、復(fù)合、環(huán)保、自動(dòng)化、柔性化、智能化的彎曲校正設(shè)備勢(shì)在必行。

1 結(jié)構(gòu)組成

數(shù)控四輥卷板柔性加工單元為一臺(tái)數(shù)控卷板機(jī)配置前段板料預(yù)處理和后段成品輸送等設(shè)備，由一臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的控制系統(tǒng)控制，組成卷板自動(dòng)加工單元。該單元將信息流和物資流集成于CNC卷板機(jī)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)批量加工自動(dòng)化，是較理想的高精度、高效率、高柔性的制造系統(tǒng)。卷板柔性加工單元主要由上料機(jī)械手、板料對(duì)正裝置、進(jìn)料輥道、數(shù)控卷板機(jī)、工件托料機(jī)械手、卸料機(jī)械手、出料輥道、液壓部分、電器部分等組成。數(shù)控四輥卷板柔性加工單元結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 工藝流程

數(shù)控四輥卷板柔性加工單元實(shí)現(xiàn)了板材的上料、卷圓、下料完全自動(dòng)化，即從上料吸盤(pán)、送料輥道、卷板機(jī)、托料、推料、出料輥道整個(gè)柔性加工單元完整工藝的一鍵式操作，具體工藝過(guò)程如圖2所示。

圖1 數(shù)控四輥卷板柔性加工單元結(jié)構(gòu)示意圖

在實(shí)際卷制過(guò)程中，數(shù)控卷制的工件應(yīng)盡量控制在一個(gè)道次內(nèi)完成，這樣板材的彈性變形對(duì)工件的卷制過(guò)程影響最小。也就是說(shuō)，數(shù)控卷板的能力應(yīng)盡量控制在機(jī)器卷板能力的50%~60%以下。

3 控制系統(tǒng)組成

數(shù)控四輥卷板柔性加工單元采用十軸閉環(huán)控制系統(tǒng)，有效實(shí)現(xiàn)了工件制造過(guò)程的智能化、柔性化。本控制系統(tǒng)主要由平板電腦（PPC-6152A）、PLC （S7200）、直線位移傳感器、增量式光編、變頻調(diào)速器等元件組成，上位機(jī)為全功能工業(yè)級(jí)平板電腦PPC-6152A。下位機(jī)為德國(guó)西門(mén)子公司高性能 PLC （S7200）。它們之間通過(guò)以太網(wǎng)線連接實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。直線位移傳感器為卷板機(jī)前、后、下輥、托料裝置位置反饋元件，將各工作軸的實(shí)時(shí)絕對(duì)位置反饋回PLC，PLC在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后對(duì)位置進(jìn)行控制，并將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)顯示。

圖2 數(shù)控四輥卷板柔性加工單元工藝流程圖

如圖3所示為卷板機(jī)兩側(cè)輥、下工作輥、主傳動(dòng)旋轉(zhuǎn)及托料工作軸位置環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖[1]。PLC將給定信號(hào)Ug與反饋信號(hào)Uf比較，得出輸入信號(hào)ΔU，將ΔU進(jìn)行D/A（數(shù)字量/模擬量）轉(zhuǎn)換，然后用轉(zhuǎn)換后的模擬量數(shù)據(jù)控制各工作軸的比例閥，各工作軸的位置通過(guò)光電編碼器（主傳動(dòng)軸）或直線位移傳感器（卷板機(jī)側(cè)輥、下工作輥及托料）反饋到PLC，當(dāng)ΔU→0（趨近于0）時(shí)工作軸到達(dá)設(shè)置位置，形成各工作軸的全閉環(huán)。

圖3 各工作軸閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖

4 軟件設(shè)計(jì)

上位工業(yè)平板電腦開(kāi)發(fā)軟件選擇工業(yè)組態(tài)軟件，組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的使用方法。可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進(jìn)行系統(tǒng)集成。

如圖4所示為柔性加工單元的手動(dòng)操作界面。

圖中的B輥、C輥、D輥代表卷板機(jī)前輥、后輥和下輥。B輥、C輥下面的數(shù)據(jù)分別表示B輥、C輥?zhàn)笥覂啥说臄?shù)值，B、C、D輥與上輥相切的位置記為0，數(shù)值表示從零位置到當(dāng)前位置的位移。D輥?zhàn)笥覂啥藬?shù)據(jù)分別表示D輥?zhàn)笥覂啥藬?shù)值；上輥右側(cè)數(shù)值為主傳動(dòng)轉(zhuǎn)過(guò)的距離。旋轉(zhuǎn)速度根據(jù)要求輸入數(shù)值，數(shù)值范圍為0~100。屏幕右側(cè)棒圖為托料架實(shí)時(shí)位置顯示。圖的最下部為報(bào)警信息顯示。

如圖5所示為柔性加工單元的自動(dòng)操作界面。按下自動(dòng)開(kāi)始按鈕，機(jī)器將按照屏幕左側(cè)顯示的步驟和參數(shù)開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)程序運(yùn)行到步驟W（等待）時(shí)，需要再次按下操作面板中自動(dòng)開(kāi)始按鈕，機(jī)器才繼續(xù)下一步驟；程序運(yùn)行到步驟E（END結(jié)束）或其他字母顯示時(shí)，機(jī)器將自動(dòng)停止，屏幕顯示步驟返回到程序第一步。

圖4 柔性加工單元手動(dòng)操作界面

圖5 柔性加工單元自動(dòng)操作界面

如果在運(yùn)行過(guò)程中需要暫停，則在操作面板中按下暫停按鈕。再次按下自動(dòng)開(kāi)始按鈕，卷板機(jī)將接著上面步驟繼續(xù)下一步驟的運(yùn)行。

如圖6所示為柔性加工單元的程序編輯界面。在編輯模式中，首先在文件名后的方框內(nèi)輸入文件路徑及文件名，再分別輸入鋼板厚度、鋼板寬度、鋼板長(zhǎng)度、屈服極限、卷筒直徑等進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)實(shí)際卷制試驗(yàn)，再對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改。程序編輯完成后，將程序存儲(chǔ)并下載到PLC內(nèi)存。

圖6 柔性加工單元程序編輯界面

5 市場(chǎng)展望

隨著家電、新能源等行業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)控卷板機(jī)柔性加工單元的市場(chǎng)也將得到進(jìn)一步擴(kuò)大。該柔性加工單元也可作為核心單元，前端連接開(kāi)卷-校平-剪切生產(chǎn)線，后端連接自動(dòng)焊接、噴涂生產(chǎn)線，組成全自動(dòng)板材加工生產(chǎn)車(chē)間，從鋼材卷料到成品筒體實(shí)現(xiàn)集中式管理，無(wú)人化操作。

[1]戴忠達(dá).自動(dòng)控制理論基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1991.

Development of control system for flexible manufacturing unit in four-roll plate bending machine

WANG Guoqiang
（Shougang Changzhi Iron&Steel Metalforming Machinery Co.,Ltd.,Changzhi 046011,Shanxi China）

The composition and structure of flexible manufacturing unit for four-roll plate bending machine have been introduced in the text.The technical process of the flexible manufacturing unit has been simply put forward.The design of control system,hardware selection and the software programming have been expounded.

Flexible manufacturing unit；Plate bending machine;Manipulator;Intelligent

TG315.7+1

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.02.015

1672-0121（2017）02-0050-03

2016-11-10；

2017-01-12

王國(guó)強(qiáng)（1973-），男，高工，從事機(jī)床電氣自動(dòng)化研發(fā)設(shè)計(jì)。

E-mail：wgq7391@163.com