基于PLC的鋼板橫切機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

王曉華

(濰坊學(xué)院,山東 濰坊 261061)

1 橫切機(jī)組結(jié)構(gòu)組成

在紙張紙板、金屬板材等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,經(jīng)常需要將原材料切邊、矯直后進(jìn)行高精度定長(zhǎng)切割,所采用的生產(chǎn)設(shè)備為橫切機(jī)。橫切機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 橫切機(jī)組示意圖

據(jù)圖1所示,該橫切機(jī)組包括開卷機(jī)、切邊機(jī)、矯直機(jī)、飛剪車、風(fēng)機(jī)與傳送臺(tái)、垛板臺(tái)、電氣控制柜、操作臺(tái)等幾個(gè)大的部分。系統(tǒng)主要的接觸器、繼電器及直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置裝配在電氣柜內(nèi)。

2 橫切機(jī)控制工藝分析

2.1 橫切機(jī)剪切流程

首先,調(diào)節(jié)好鋼板速度后,啟動(dòng)橫切機(jī)組進(jìn)入自動(dòng)剪切狀態(tài)。PLC根據(jù)定尺編碼器發(fā)來(lái)的脈沖可以得出鋼板走過的長(zhǎng)度以及行進(jìn)速度,并根據(jù)行進(jìn)速度求得將要給飛剪車電機(jī)調(diào)速板的速度信號(hào)。

其次,當(dāng)鋼板達(dá)到預(yù)定長(zhǎng)度時(shí),PLC發(fā)信號(hào)至飛剪車電機(jī)調(diào)速板,飛剪車由零位啟動(dòng)并加速,在調(diào)速板的固定斜率時(shí)間內(nèi),加速到與鋼板行進(jìn)相同的速度轉(zhuǎn)入勻速運(yùn)行,經(jīng)過時(shí)間 T或者到達(dá)一定位置后,PLC發(fā)信號(hào)打開飛剪車上的飛剪氣動(dòng)電磁閥,飛剪在氣動(dòng)傳動(dòng)裝置作用下下刀進(jìn)行切板。剪切完畢后,PLC發(fā)返回信號(hào)至飛剪車電機(jī)調(diào)速板,飛剪車先在調(diào)速板的固定斜坡時(shí)間內(nèi)減速至零,而后反向加速,最后停在零位位置等待下次剪切[1]。

2.2 飛剪車定時(shí)控制方案

同直流調(diào)速裝置一樣,飛剪也是橫切機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備,它在保證剪刀和機(jī)組其它設(shè)備及帶材的速度同步配合的情況下,將平動(dòng)中的帶材按要求的定尺進(jìn)行高精度的剪切。由于飛剪車通過傳動(dòng)絲杠帶動(dòng),其速度太快會(huì)加快絲杠的磨損,速度太慢又保證不了工作效率。因此,對(duì)飛剪車及飛剪的控制成為整個(gè)系統(tǒng)的核心問題。

飛剪車速度變化過程:零→正向加速→勻速→正向減速→零→反向加速→勻速→反向減速→零;

飛剪車位置變化過程:零位→下刀剪切位置→前沖一小段距離→下刀剪切位置→零位。

飛剪車速度/位移理想線性變化曲線如圖2所示。

圖2 飛剪車速度/位移變化示意圖

0-t1段為正向加速階段,t1為飛剪車電機(jī)調(diào)速板上升斜坡時(shí)間(0.1s-999.9s可調(diào),本系統(tǒng)中設(shè)置為0.2秒),在這段時(shí)間內(nèi),控制電動(dòng)機(jī)從零加速到給定速度,同時(shí)飛剪車在絲杠傳動(dòng)帶動(dòng)下從零位開始向右加速行駛。

t1-t2段為正向勻速運(yùn)行階段,飛剪車?yán)^續(xù)向剪切位置行駛,在t2時(shí)刻,PLC控制剪刀下切,同時(shí)發(fā)送返回信號(hào)給飛剪車電機(jī)調(diào)速板。

t2-t3為正向減速階段,飛剪車電機(jī)調(diào)速板下降斜坡時(shí)間(0.1s-999.9s可調(diào),本系統(tǒng)中設(shè)置為0.2秒),調(diào)速板接到返回信號(hào)后,在這段時(shí)間內(nèi)控制電機(jī)進(jìn)入正向制動(dòng)運(yùn)行階段。t3時(shí)刻,飛剪車到達(dá)最大位置,不再繼續(xù)前行。

t3-t4為反向加速階段,上升斜坡時(shí)間與正向加速時(shí)相同。這段時(shí)間內(nèi),飛剪車由最大位置開始返回,即向左行駛。

t4-t5為反向勻速階段,飛剪車?yán)^續(xù)左行。

t5-t6為反向減速階段,在t5時(shí)刻,PLC發(fā)停車信號(hào)至飛剪車電機(jī)調(diào)速板,電機(jī)開始進(jìn)入停車過程。t6時(shí)刻,飛剪車停于初始位置,即零位。

鋼板達(dá)到剪切長(zhǎng)度后,PLC發(fā)與給定速度對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)至飛剪車電機(jī)調(diào)速板,同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器1定時(shí)0.5s,車開始從零加速,定位編碼器正向旋轉(zhuǎn),0.2s后車速達(dá)到鋼板運(yùn)行速度v板,0.5s后(定時(shí)到), PLC發(fā)剪切信號(hào)至剪刀氣動(dòng)電磁閥下刀剪切,同時(shí)發(fā)送返回信號(hào)(與給定速度對(duì)應(yīng)的負(fù)電壓信號(hào))至飛剪車電機(jī)調(diào)速板,飛剪車開始減速,速度至零后,開始反向加速,定位編碼器開始反向旋轉(zhuǎn),此時(shí)利用定位編碼器反向產(chǎn)生的中斷,啟動(dòng)另一定時(shí)器2定時(shí)0.5s,定時(shí)時(shí)間到后,PLC發(fā)送停車信號(hào)給飛剪車電機(jī)調(diào)速板,經(jīng)過0.2s后,飛剪車停于零位。

3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試步驟[3]如圖3所示。

一般先對(duì)用戶程序做模擬調(diào)試,根據(jù)順序功能圖,用小開關(guān)和按鈕來(lái)模擬PLC實(shí)際的輸入信號(hào),例如用它們發(fā)出操作指令,或在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用它們來(lái)模擬實(shí)際的反饋信號(hào),如限位開關(guān)觸點(diǎn)的接通和斷開。通過模塊上各輸出位對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管,觀察各輸出信號(hào)的變化是否滿足設(shè)計(jì)的要求。

圖3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試過程示意圖

圖4 橫切機(jī)控制系統(tǒng)主程序整體框圖

如果程序中某些定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的設(shè)定值過大,為了縮短調(diào)試時(shí)間,可以在調(diào)試時(shí)將它們減小,模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實(shí)際設(shè)定值。在設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試程序的同時(shí),可以設(shè)計(jì)、制作控制臺(tái)或控制柜, PLC之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時(shí)進(jìn)行[4]。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC上電自檢后轉(zhuǎn)為RUN狀態(tài),調(diào)用初始化子程序,對(duì)部分寄存器進(jìn)行必要的清零,并對(duì)高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行初始化工作[5]。通過子程序的調(diào)用,以后的掃描周期不會(huì)再次調(diào)用此初始化子程序,減少了掃描時(shí)間,使得程序更具結(jié)構(gòu)化。初始化完畢后,PLC需要對(duì)手動(dòng)/自動(dòng)選擇開關(guān)狀態(tài)作一判斷。若通則進(jìn)入自動(dòng)剪切程序,若斷則進(jìn)入手動(dòng)剪切程序。橫切機(jī)控制系統(tǒng)主程序框圖如圖4所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

橫切機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)涉及到計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制、直流調(diào)速、機(jī)械傳動(dòng)等多種技術(shù)。設(shè)計(jì)的控制方案大大提高了橫切機(jī)的工作效率,采用的控制手段技術(shù)先進(jìn),穩(wěn)定可靠,保證了剪切的精度與速度。設(shè)計(jì)所采用的方法不僅可以用在鋼板材的剪切,還可應(yīng)用于其他板材生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中,具備較強(qiáng)的通用性,有著廣泛的工程應(yīng)用前景。

[1]李發(fā)海,王巖.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1994.

[2]陳立定,吳玉香,蘇開才.電氣控制與可編程控制器[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2001.

[3]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[4]張傳祥.電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.

[5]Siemens.S7-300可編程序控制器編程硬件安裝手冊(cè)[K].