和利时LM系列PLC在液压摆式剪板机中的应用

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1 液压摆式剪板机简介
　　当前我国机械制造业大量的通用设备在发展现代机械自动化技术时，可以有多种技术路线选择。用可编程序控制器改造通用机床、专用机床、组合机床及自动设备与半自动设备组成的生产线，是一条低成本、高效益，符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。
　　液压摆式剪板机是一种精确控制板材加工尺寸，将大块金属板材进行自动循环剪切加工，并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备，其整个工艺过程很符合顺序控制的要求，所以，在控制过程中，采用可编程控制器对自动剪板机进行控制，它较好地解决了采用继电器-接触器控制，控制系统较复杂，大量的接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率这一问题。因此，将plc应用于该控制，具有操作简单、运行可靠、抗干扰能力强、编程简单，控制精度高的特点。在控制的过程中，剪板机剪板的个数可根据工艺参数方便的修改，而且利用光电接近开关检测板料状态非常准确。
　

　　2 设备结构
　　液压摆式剪板机是一种精确控制板材加工尺寸，将大块金属板材进行自动循环剪切加工，并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备。　　

　　上电后，检测各工作机构的状态，控制各工作机构处于初始位置；进料，由控制系统控制进料机构将待剪板料自动输送到位；定剪切尺寸，采用伺服电机控制挡料器位置保证精确的剪切尺寸，其尺寸可是定值也可以设置为循环变动值；压紧和剪切，待剪板料长度达到设定值后由主电动机带动压料器和剪切刀具，先压紧板料，然后剪断板料；送料车的运行，包括卸载后自动返回；剪切板料的尺寸设定、自动计数及每车板料数的预设定；具备断电保护和来电恢复功能；能实现加工过程自动控制，加工参数显示，系统检测。
　

　　3 液压摆式剪板机工作原理
　　液压摆式剪板机工作过程可进行点动、单次和连续三种动作选择。
　　点动：选择点动操作档位，踩下脚踏慢进，下压剪切机构自动下压，碰下行程开关停止下压；下压过程松脚踏慢进，停在当前运行位置；下压过程踩下脚踏回程，下压剪切机构自动回程，碰上行程停止回程；回程过程松开脚踏回程，停在当前回程位置。
　　单次：设定保压时间，卸压时间，水平挡料进退距离，调整好水平挡料位置；选择单次操作档位，下压剪切机构不在上行程开关位首先自动回上行程开关位；踩下脚踏慢进，下压剪切机构自动下压；碰下行程开关时，水平挡料机构后退设定距离，同时自动进行保压；保压时间到自动进行卸压，卸压时间到下压剪切机构自动回程，同时水平挡料机构自动前进设定距离；碰上行程开关，单次剪切动作结束。
　　连续（工步）：
　　1）设定保压时间，卸压时间，水平挡料进退距离，调整好水平挡料位置；
　　2）设定工步数以及每个工步的当料位置、剪板张数；
　　3）选择连续操作档位，下压剪切机构不在上行程开关位首先自动回上行程开关位；踩下脚踏慢进，下压剪切机构自动下压；碰下行程开关时，水平挡料机构后退设定距离，同时自动进行保压；保压时间到自动进行卸压，卸压时间到下压剪切机构自动回程，同时水平挡料机构自动前进设定距离；碰上行程开关，一次剪切动作结束，进行下一次剪板。
　　4）当前工步剪切次数完成，碰上行程开关，水平挡料位置自动进行调整，进入下一工步剪切动作。
　　5）所有工步动作完成，碰上行程开关，连续剪切动作结束。

　　4 控制系统介绍

图4 控制系统结构图

　　液压摆式剪板机控制系统由控制部分、驱动部分和监控部分组成。控制系统结构见图4。

　　4.1 控制部分
　　本系统采用LM系列专用高速运动控制模块LM3106A控制。LM3106A是专为实现高速运动控制而设计的模块，主要用于实现步进或伺服电机的定位控制。
　　

　　LM3106A本体集成 14通道24VDC输入， 10通道晶体管输出，其输出有2个公共端，输出通道采用5-24VDC驱动电源供电，具有两路高速输出，可做PWM(100KHz)或PTO(50KHz)使用，另外，还可以通过RS-232通讯口与和利时触摸屏进行通讯。

　　表1为控制系统的I/O配置。
　

　　表1 系统I/O分配表

信号类型	设备名称	PLC地址	信号类型	设备名称	PLC地址
开关量输入信号（DI）	上行程开关	%IX0.4	开关量输出信号（DO）	电磁阀	%QX0.0
	连续选择按钮	%IX0.5		油泵	%QX0.1
	点动选择按钮	%IX0.6		空置	%QX0.2
	下行程开关	%IX0.7		挡料伺服方向	%QX0.3
	急停	%IX1.0		挡料伺服脉冲	%QX0.4
	油泵启动	%IX1.1
	油泵停止	%IX1.2

　　4.2 驱动部分
　　液压摆式剪板机驱动部件主要包括横向伺服电机和竖直液压气动装置。
　　伺服电机及驱动器均采用和利时公司的产品，其中“蜂鸟（Hummer）”系列低压无刷伺服电机驱动器是北京和利时电机公司最新推出的适合低压直流供电的、小体积、高性能全数字伺服驱动器。硬件上采用32位高速RISC专用控制芯片,高效功率变换技术，以及创新编码器反馈技术；软件上采用最先进的电机控制策略，完全以软件方式实现了电流环、速度环、位置环的闭环伺服控制；驱动器嵌入了高级运动控制功能，通过通讯接口即可完成如多段点到点、直线插补、圆弧插补等功能。挡料采用伺服电机进行定位，达到了精确定位，保证了设备控制要求及运行效果。
　　往复下压剪切动作由油泵和气动装置完成，通过PLC控制电磁阀的的得失电进行。
　

　　4.3 监控部分
　　上位监控部份由一台和利时触摸屏，配以监控软件来完成，触摸屏上可以进行动作操作，运行参数设定，工作状态选择以及显示PLC的输入输出点工作状态。

　　5 总结
　　基于和利时公司PLC和伺服自动控制系统的液压摆式剪板机有以下特点：
　　(1) 采用电液伺服全闭环控制系统，剪板厚度精度、重复定位精度达到很高的水准。
　　(2) 每步程序可设定挡料位置（后档料X，相当于伺服的绝对位置）、凸模具下压位置（Y值，相当于凸模具下降的距离）、剪切次数、保压时间4个参数。
　　(3) 具有多工步编程功能，可实现多自动运行，每一步执行完后，触摸屏都要自动把下一步参数输入PLC和伺服，实现多工步零件一次性加工，提高生产效率。
　

　　该系统已投入生产使用，运行稳定可靠，控制精度高，维护使用方便，受到用户青睐。
　

　　参考文献
　　[1] 左健民．液压与气压传动．第三版．北京：机械工业出版社,1996．
　　[2] 高传玉，盛占石. QH11D-WK数控精密剪板机的研制[J].江苏工学院学报, 1994(3):55-57.
　　[3] 《HOLLiAS LM PLC指令与功能块手册》，杭州和利时自动化有限公司，2007.5

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