摘要  液壓擺式剪板機電氣控制系統采用LM系列專(zhuān)用高速運動(dòng)控制模塊LM3106A做控制器，利用模塊自帶的100K高速PTO輸出，驅動(dòng)擋料伺服電機工作，輔以觸摸屏進(jìn)行設備控制和數據顯示。該控制系統可以實(shí)現精確定位，保證設備運行達到好的控制效果。

　　關(guān)鍵詞  剪板機；伺服控制；PLC控制系統；觸摸屏

　　分類(lèi)號 

　　1 液壓擺式剪板機簡(jiǎn)介

　　當前我國機械制造業(yè)大量的通用設備在發(fā)展現代機械自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，可以有多種技術(shù)路線(xiàn)選擇。用可編程序控制器改造通用機床、專(zhuān)用機床、組合機床及自動(dòng)設備與半自動(dòng)設備組成的生產(chǎn)線(xiàn)，是一條低成本、高效益，符合我國國情的機械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應用新途徑。

　　液壓擺式剪板機是一種精確控制板材加工尺寸，將大塊金屬板材進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)剪切加工，并由送料車(chē)運送到下一工序的自動(dòng)化加工設備，其整個(gè)工藝過(guò)程很符合順序控制的要求，所以，在控制過(guò)程中，采用可編程控制器對自動(dòng)剪板機進(jìn)行控制，它較好地解決了采用繼電器-接觸器控制，控制系統較復雜，大量的接線(xiàn)使系統可靠性降低，也間接地降低了設備的工作效率這一問(wèn)題。因此，將plc應用于該控制， 具有操作簡(jiǎn)單、運行可靠、抗干擾能力強、編程簡(jiǎn)單，控制精度高的特點(diǎn)。在控制的過(guò)程中，剪板機剪板的個(gè)數可根據工藝參數方便的修改，而且利用光電接近開(kāi)關(guān)檢測板料狀態(tài)非常準確。

　　2 設備結構

　　液壓擺式剪板機是一種精確控制板材加工尺寸，將大塊金屬板材進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)剪切加工，并由送料車(chē)運送到下一工序的自動(dòng)化加工設備，其結構及原理如圖1和圖2所示。

圖1 設備外形



圖2 液壓擺式剪板機原理圖

　　上電后，檢測各工作機構的狀態(tài)，控制各工作機構處于初始位置；進(jìn)料，由控制系統控制進(jìn)料機構將待剪板料自動(dòng)輸送到位；定剪切尺寸，采用伺服電機控制擋料器位置保證精確的剪切尺寸，其尺寸可是定值也可以設置為循環(huán)變動(dòng)值；壓緊和剪切，待剪板料長(cháng)度達到設定值后由主電動(dòng)機帶動(dòng)壓料器和剪切刀具，先壓緊板料，然后剪斷板料；送料車(chē)的運行，包括卸載后自動(dòng)返回；剪切板料的尺寸設定、自動(dòng)計數及每車(chē)板料數的預設定；具備斷電保護和來(lái)電恢復功能；能實(shí)現加工過(guò)程自動(dòng)控制，加工參數顯示，系統檢測。

　　3 液壓擺式剪板機工作原理

　　液壓擺式剪板機工作過(guò)程可進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)、單次和連續三種動(dòng)作選擇。

　　點(diǎn)動(dòng)：選擇點(diǎn)動(dòng)操作檔位，踩下腳踏慢進(jìn)，下壓剪切機構自動(dòng)下壓，碰下行程開(kāi)關(guān)停止下壓；下壓過(guò)程松腳踏慢進(jìn)，停在當前運行位置；下壓過(guò)程踩下腳踏回程，下壓剪切機構自動(dòng)回程，碰上行程停止回程；回程過(guò)程松開(kāi)腳踏回程，停在當前回程位置。

　　單次：設定保壓時(shí)間，卸壓時(shí)間，水平擋料進(jìn)退距離，調整好水平擋料位置；選擇單次操作檔位，下壓剪切機構不在上行程開(kāi)關(guān)位首先自動(dòng)回上行程開(kāi)關(guān)位；踩下腳踏慢進(jìn)，下壓剪切機構自動(dòng)下壓；碰下行程開(kāi)關(guān)時(shí)，水平擋料機構后退設定距離，同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行保壓；保壓時(shí)間到自動(dòng)進(jìn)行卸壓，卸壓時(shí)間到下壓剪切機構自動(dòng)回程，同時(shí)水平擋料機構自動(dòng)前進(jìn)設定距離；碰上行程開(kāi)關(guān)，單次剪切動(dòng)作結束。

　　連續（工步）：

　　1） 設定保壓時(shí)間，卸壓時(shí)間，水平擋料進(jìn)退距離，調整好水平擋料位置；

　　2） 設定工步數以及每個(gè)工步的當料位置、剪板張數；

　　3） 選擇連續操作檔位，下壓剪切機構不在上行程開(kāi)關(guān)位首先自動(dòng)回上行程開(kāi)關(guān)位；踩下腳踏慢進(jìn)，下壓剪切機構自動(dòng)下壓；碰下行程開(kāi)關(guān)時(shí)，水平擋料機構后退設定距離，同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行保壓；保壓時(shí)間到自動(dòng)進(jìn)行卸壓，卸壓時(shí)間到下壓剪切機構自動(dòng)回程，同時(shí)水平擋料機構自動(dòng)前進(jìn)設定距離；碰上行程開(kāi)關(guān)，一次剪切動(dòng)作結束，進(jìn)行下一次剪板。

　　4）當前工步剪切次數完成，碰上行程開(kāi)關(guān)，水平擋料位置自動(dòng)進(jìn)行調整，進(jìn)入下一工步剪切動(dòng)作。

　　5）所有工步動(dòng)作完成，碰上行程開(kāi)關(guān)，連續剪切動(dòng)作結束。

 
圖3 工步工作流程圖

　　4 控制系統介紹

圖4 控制系統結構圖

　　液壓擺式剪板機控制系統由控制部分、驅動(dòng)部分和監控部分組成?？刂葡到y結構見(jiàn)圖4。

　　4.1 控制部分

　　本系統采用LM系列專(zhuān)用高速運動(dòng)控制模塊LM3106A控制。LM3106A是專(zhuān)為實(shí)現高速運動(dòng)控制而設計的模塊，主要用于實(shí)現步進(jìn)或伺服電機的定位控制。

　　LM3106A本體集成14通道24VDC輸入， 10通道晶體管輸出，其輸出有2個(gè)公共端， 輸出通道采用5-24VDC驅動(dòng)電源供電，具有兩路高速輸出，可做PWM(100KHz)或PTO(50KHz)使用，另外，還可以通過(guò)RS-232通訊口與和利時(shí)觸摸屏進(jìn)行通訊。

　　表1為控制系統的I/O配置。

　　表1 系統I/O分配表

　　4.2 驅動(dòng)部分

　　液壓擺式剪板機驅動(dòng)部件主要包括橫向伺服電機和豎直液壓氣動(dòng)裝置。

　　伺服電機及驅動(dòng)器均采用和利時(shí)公司的產(chǎn)品，其中“蜂鳥(niǎo)（Hummer）”系列低壓無(wú)刷伺服電機驅動(dòng)器是北京和利時(shí)電機公司最新推出的適合低壓直流供電的、小體積、高性能全數字伺服驅動(dòng)器。硬件上采用32位高速RISC專(zhuān)用控制芯片,高效功率變換技術(shù)，以及創(chuàng )新編碼器反饋技術(shù)；軟件上采用最先進(jìn)的電機控制策略，完全以軟件方式實(shí)現了電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的閉環(huán)伺服控制；驅動(dòng)器嵌入了高級運動(dòng)控制功能，通過(guò)通訊接口即可完成如多段點(diǎn)到點(diǎn)、直線(xiàn)插補、圓弧插補等功能。擋料采用伺服電機進(jìn)行定位，達到了精確定位，保證了設備控制要求及運行效果。

　　往復下壓剪切動(dòng)作由油泵和氣動(dòng)裝置完成，通過(guò)PLC控制電磁閥的的得失電進(jìn)行。

　　4.3 監控部分

　　上位監控部份由一臺和利時(shí)觸摸屏，配以監控軟件來(lái)完成，觸摸屏上可以進(jìn)行動(dòng)作操作，運行參數設定，工作狀態(tài)選擇以及顯示PLC的輸入輸出點(diǎn)工作狀態(tài)。圖5和圖6為觸摸屏部分監控畫(huà)面。

圖5 運行畫(huà)面



 圖6  工步畫(huà)面

　　5 總結

　　基于和利時(shí)公司PLC和伺服自動(dòng)控制系統的液壓擺式剪板機有以下特點(diǎn)：

　　(1) 采用電液伺服全閉環(huán)控制系統，剪板厚度精度、重復定位精度達到很高的水準。

　　(2) 每步程序可設定擋料位置（后檔料X，相當于伺服的絕對位置）、凸模具下壓位置（Y值，相當于凸模具下降的距離）、剪切次數、保壓時(shí)間4個(gè)參數。

　　(3) 具有多工步編程功能，可實(shí)現多自動(dòng)運行，每一步執行完后，觸摸屏都要自動(dòng)把下一步參數輸入PLC和伺服，實(shí)現多工步零件一次性加工，提高生產(chǎn)效率。

　　該系統已投入生產(chǎn)使用，運行穩定可靠，控制精度高，維護使用方便，受到用戶(hù)青睞。

　　參 考 文 獻

　　[1] 左健民．液壓與氣壓傳動(dòng)．第三版．北京：機械工業(yè)出版社,1996．

　　[2] 高傳玉，盛占石. QH11D-WK數控精密剪板機的研制[J].江蘇工學(xué)院學(xué)報, 1994(3):55-57.

　　[3] 《HOLLiAS LM PLC指令與功能塊手冊》，杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司，2007.5