基于上位機自動彎管伺服控制系統的設計應用

【摘要】本文對自動彎管機系統配置、伺服系統、控制系統設計等方面進行介紹，利用PLC作為控制機組建自動彎管機的控制系統具有優越的穩定性和抗干擾性，適用于各種環境惡劣的工業現場。在系統投入生產后，產能提升18%，其對提高生產效率和生產成本有很大的積極意義。

【關鍵詞】自動彎管機；工控上位機；伺服控制系統

【中圖分類號】TP273 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0096-01

0、引言

隨著社會經濟的迅速發展，人們生活水平的不斷提高，在空調制冷、汽車配件、衛浴設備等領域對各種彎曲成型管材的質量、規格的需求都在不斷的提高，而傳統型彎管機加工時，生產效率低、報廢率高，無法達到產量和質量的同步提高。為了滿足用戶對不同彎管的需求，使用全自動彎管機是必然的發展趨勢。本文介紹了一種基于PLC、伺服控制和觸摸屏相結合的全自動彎管機的控制系統設計，經實際生產使用說明在制冷行業銅管、鋼管彎管機所做改造工作有明顯成效。

1、控制系統的原理

控制系統的核心是全數字式交流伺服驅動器的輸入、輸出信號通過PLC與工控上位機的通信，完成對各機械系統運動的自動控制，實現在上位機上預先設定好的參數送管、旋轉角度，彎管成型的準確定位，預先可設定多品種參數，換品種時只需選定代號（例：A品種、B品種、c品種……），人性化的糾錯系統、故障報警、故障顯示、故障診斷、關鍵尺寸的微調系統方便操作人員及時解決改造前難以解決的問題。控制系統框圖如圖1所示：

2、控制系統設計

全自動彎管機控制系統選用OMRONCJ2M系列NPN型，該型號輸入與輸出均為16個點，電源單元和位置控制單元各一塊，可以方便用戶編寫完程序后進行模擬調試。為了使全自動彎管機具有較大的柔性，程序滿足手動操作和自動運行。

控制系統的核心器件是PLC，其輸入信號包括：交流伺服驅動器的輸出信號（編碼器零位脈沖輸出，報警輸出）、周邊傳感器信號和異常報警信號。其輸出信號包括：交流伺服驅動器的輸入信號（脈沖輸入信號，脈沖方向輸入信號）、運行方式啟動信號及參數設定選擇信號、壓管到位信號。PLC的I/O（輸入與輸出）信號分配如圖2所示（選控制一套交流詞服驅動器）。可見，控制系統的核心任務是完成交流伺服驅動器信號的控制。

3、交流伺服驅動器主控回路設計

3.1 伺服系統器件的選擇

選用進口品牌臺灣東元A型v系列的交流伺服驅動器（其主要性能指標：適配電機的額定功率三套分別為：0.4KW/O.75KW/1.5KW，電源電壓為3相220V，編碼器類型為2500P/R。

3.2 主回路

主回路中驅動器上的U，V，W及E號端子與伺服電機主回路航空插頭的A，B，C及D號端子必須按次序一一對應地連接（否則有可能使驅動器或伺服電機造成損害）。交流伺服驅動器接線端子如圖3所示。

3.3 控制回路

（1）聯接器CNI/F信號線（50針）：作為外部控制信號的輸入/輸出。其處理方法是：

用24V，DC的電源，作為控制信號的供電。伺服驅動器與其它設備問的連線應盡量短（3m以內），控制線與電源線應隔開（大于30cm），不要將它們捆在一起或放在同一接線槽內。

對于CNI/F信號線應采用雙絞屏蔽線，并且將屏蔽線與驅動器的信號地（GND）連在一起。

（2）聯接器CNSIG信號線（20針）：作為伺服電機編碼器的連接線。其處理方法是：

將屏蔽線同CNSIG的GND引腳相連，將電機屏蔽線同驅動器屏蔽線相連接。電纜線最長的長度為20m，若太長，驅動器內保證編碼器正常工作的輸出電壓（5v）會有損失，從而使編碼器不能正常工作。此時應調節伺服驅動器在前面板上的PG電位器，調節PG可使起始電壓在4.75-5.25V之間。與電源線（R，S及T）相隔距離應盡量遠（大于30cm），并且避免捆在一起或接在同一接線槽內。

4、工控上位機人機界面的設計

全自動彎管機的人機界面選用我國臺灣研華的工控上位機作人機界面，上位機配有強大的功能亞控組態軟件。界面的操作方式有自動方式、手動方式、調試方式三種：

（1）參數設定界面：有送料長度設定、旋轉設定角度、自動折彎，全中文操作界面。生產計數，對設定好的數量倒數第N件時提醒；

（2）流程監控：模擬加工過程，實施監控折彎張力并實時顯示參數曲線。有自動存儲工作過程各參數，生成EXCEL表格，為產品品質提供數據依據；

（3）生產品種設置：對要加工的管按產品圖設定各加工尺寸，設定的參數可保存；

（4）安全管理：實現不同級別的操作授權，跟蹤并記錄用戶操作行為，對電機電流、轉速、扭矩、報警設置調整。

5、結論

全自動彎管機是集機、電、液為一體的自動化設備，本文采用由伺服電機、PLC、工控上位機人機界面等組成的全自動彎管機控制系統，具有經濟性好、可靠性高、自動化水平高、易于維護和再開發等優點，通過用戶的生產反饋，該控制系統工作穩定性好，操作精度高，生產效率高，在中小企業中具有一定的使用價值。