摘要：本文介紹了LM系列PLC在液壓板料折彎機中應用。通過(guò)標準MODBUS協(xié)議進(jìn)行上、下位機通訊，實(shí)現了一體化控制。利用高速PTO脈沖輸出方式，驅動(dòng)擋料和角度調整兩個(gè)伺服電機工作，達到了精確定位和角度調整，保證了設備控制要求及運行效果。

　　關(guān)鍵詞：折彎機；伺服控制；PLC控制系統；觸摸屏

　　中圖分類(lèi)號：TP29                  

　　文獻標識碼：B

　　文章編號：

　　1 引言

　　基于伺服電機直接驅動(dòng)的折彎機數控技術(shù)是九十年代發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù),屬于先進(jìn)制造技術(shù)前沿。它的研究和開(kāi)發(fā)工作對于提高國產(chǎn)設備綜合性能指標和打破國外在這一技術(shù)上的壟斷位置有重要意義。隨著(zhù)PLC和觸摸屏技術(shù)的發(fā)展，在折彎機中的應用都得到了很快的發(fā)展，為折彎機控制系統提供了新思路、新方法，也為生產(chǎn)效率的提高、為人類(lèi)上產(chǎn)和生活水平的提高有著(zhù)重要意義。PLC和觸摸屏均采用開(kāi)放性的編程方式，為折彎機的靈活性和創(chuàng )新性的控制方法提供了基礎。

　　2 液壓板料折彎機介紹

　　2．1 液壓板料折彎機設備結構

　　液壓板料折彎機設備外形見(jiàn)圖1，其結構主要由機架、腳踏開(kāi)關(guān)、折彎角度定位機構、水平擋料定位機構、下壓折彎機構和電氣控制系統等組成。

圖1 設備外形



圖2 機械結構圖

　　折彎角度定位機構由伺服電機和鏈條傳動(dòng)機構組成，可根據設定的折彎角度微調或自動(dòng)進(jìn)行高度調整，保證了高度定位的精度。水平擋料機構由伺服電機和絲杠傳動(dòng)機構組成，進(jìn)行折彎工件的寬度定位，可微調定位也可自動(dòng)定位，連續折彎中可進(jìn)行多工步自動(dòng)選擇，依次實(shí)現對多個(gè)位置的定位折彎。下壓折彎有液壓機構執行，配合腳踏開(kāi)關(guān)可進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)、單次和連續三種工況。

　　2.2 液壓板料折彎機工作過(guò)程

　　折彎機工作過(guò)程可分為點(diǎn)動(dòng)、單次和連續三種工作方式。

　　點(diǎn)動(dòng)：選擇點(diǎn)動(dòng)操作檔位，踩下腳踏慢進(jìn)，下壓折彎機構自動(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，下壓折彎機構自動(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，下壓折彎機構不在上行程開(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)，下壓折彎機構自動(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)間到下壓折彎機構自動(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)，單次折彎動(dòng)作結束。

　　連續（工步）：

　?。?）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；

　?。?）設定工步數以及每個(gè)工步的擋料位置、折彎張數；

　?。?）選擇連續操作檔位，下壓折彎機構不在上行程開(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)，下壓折彎機構自動(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)間到下壓折彎機構自動(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)，一次折彎動(dòng)作結束，進(jìn)行下一次折彎。

　?。?）當前工步折彎次數完成，碰上行程開(kāi)關(guān)，水平擋料位置自動(dòng)進(jìn)行調整，進(jìn)入下一工步折彎動(dòng)作。

　?。?）所有工步動(dòng)作完成，碰上行程開(kāi)關(guān)，連續折彎動(dòng)作結束。

圖3 工步工作流程圖

　　3監控系統設計

　　液壓板料折彎機控制系統由控制部分、驅動(dòng)部分和監控部分組成。系統結構如圖4所示。

　　3．1 PLC介紹

　　3.1.1 PLC工作原理

　　PLC工作方式又掃描方式和中斷方式，所謂掃描方式是周而復始的執行一系列任務(wù)。任務(wù)循環(huán)執行一次稱(chēng)為一個(gè)掃描周期，其掃描的工作過(guò)程如下：

　?。?）讀輸入：將物理輸入點(diǎn)上的狀態(tài)復制到輸入過(guò)程映像寄存器中。

　?。?）執行邏輯控制程序：執行程序指令并將數據存儲在變量存儲區中。

　?。?）處理通訊請求：即執行通訊任務(wù)。

　?。?）執行CPU自診斷：檢測固件、程序存儲器和擴展模塊是否工作正常。

　?。?）寫(xiě)輸出：在輸出過(guò)程映像寄存器中存儲的數據被復制到物理輸出點(diǎn)。

　　中斷方式是指當中斷事件發(fā)生時(shí)則立即執行一次相應的中斷服務(wù)程序，不受掃描周期的影響，響應速度快，從而進(jìn)一步提高了PLC控制的可靠性。中斷事件不發(fā)生時(shí)，不掃描中斷服務(wù)程序，這樣可以節約掃描時(shí)間，減少掃描周期。

　　3.1.2 PLC特點(diǎn)

　?。?）PLC邏輯判斷和控制能力強，抗干擾能力強，可靠性好。PLC從硬件上采用隔離、濾波措施有效地抑制和消除了干擾。

　?。?）擴展性和柔性好，且可移植性好，在不改變硬件的情況下，只改變軟件的程序就可以實(shí)現不同的功能。

　?。?）編程語(yǔ)言豐富，可以采用不同語(yǔ)言編寫(xiě)程序，? LM系列PLC支持6種編程語(yǔ)言，包括：梯形圖（LD）、指令表（IL）、結構化文本（ST）、功能塊圖（FBD）、順序功能圖（SFC）和連續功能圖（SFC）。給編寫(xiě)程序帶來(lái)很大方便。

　　3．2 監控系統方案

　　監控系統要實(shí)現功能主要是：（1）控制參數的設置；（2） 狀態(tài)和數據顯示；（3） 液壓板料折彎機控制。本系統采用主、從站方式，通過(guò)MODBUS標準協(xié)議實(shí)現該監控系統的通訊功能，其中主站選用和利時(shí)觸摸屏?？紤]到控制系統的安全性和抗干擾性要求，結合PLC的特點(diǎn)，該系統控制部分采用PLC控制。從站選用LM系列PLC。其結構圖如圖4所示。

圖4 控制系統結構圖

　　3.3 控制系統硬件

　　3.3.1 PLC選型

　　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

　　3.3.2 驅動(dòng)電機選型

　　液壓板料折彎機驅動(dòng)部件主要包括擋料伺服電機、角度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。擋料和折彎角度分別采用伺服電機進(jìn)行定位，達到了精確定位和角度調整，保證了設備控制要求及運行效果。

　　往復下壓折彎動(dòng)作由油泵和氣動(dòng)裝置完成，通過(guò)PLC控制電磁閥的得、失電進(jìn)行。

　　3.3.3 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 角度定位畫(huà)面



圖6  工步運行畫(huà)面

　　4 液壓板料折彎機特點(diǎn)

　　液壓板料折彎機適用于大型鋼結構件，鐵塔、路燈桿、高燈桿、汽車(chē)大梁、汽車(chē)車(chē)貨箱等相關(guān)行業(yè)?；诤屠麜r(shí)公司PLC和伺服自動(dòng)控制系統的液壓板料折彎機有以下特點(diǎn)：

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

　　(2) 直接進(jìn)行角度編程，具有角度補償功能。

　　(3) 每步程序可設定板料折彎位置（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）、折彎次數、保壓時(shí)間4個(gè)參數。

　　(4) 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。

　　5 結語(yǔ)

　　設備采用性?xún)r(jià)比極高的和利時(shí)PLC提供了整體解決方案，替代了原來(lái)的單片機控制系統，避免了干擾和不穩定因素的影響，保證設備運行達到好的控制效果。設備對角度調整和擋料定位精度要求較高，采用伺服電機進(jìn)行角度調整和擋料自動(dòng)定位控制，走位準確，能夠滿(mǎn)足復雜工藝的要求。

　　參 考 文 獻

　　[1] 《 LM系列小型一體化PLC硬件手冊》，北京和利時(shí)自動(dòng)化驅動(dòng)技術(shù)有限公司，2008

　　[2] 《 LM系列PLC軟件手冊》，杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司，2008

　　[3] 《 LM系列小型一體化PLC指令手冊》，北京和利時(shí)自動(dòng)化驅動(dòng)技術(shù)有限公司，2008