PLC在飛鋸機系統(tǒng)中的應(yīng)用

■重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院機電工程學(xué)院　（402160）　侯坐江 韓亞軍 楊小強

PLC在飛鋸機系統(tǒng)中的應(yīng)用

■重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院機電工程學(xué)院（402160）侯坐江 韓亞軍 楊小強

摘要：本文以某高頻焊管公司飛鋸機機控制系統(tǒng)的改造為例，以臺達PLC控制替代原系統(tǒng)的繼電器控制。介紹了該控制系統(tǒng)的組成，及PLC的硬件和軟件設(shè)計。系統(tǒng)試用表明PLC的使用提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，減少了大量的硬件設(shè)施以及由此而帶來的故障。

重慶某高頻焊管公司其產(chǎn)品主要用于氣摩配件。由于近年氣摩行業(yè)的快速發(fā)展，其生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)很難滿足生產(chǎn)要求，所以對其進行了自動化的改造。

飛鋸機是一種對連續(xù)運動的高頻焊管鋼材進行定尺切斷的自動化設(shè)備，可在焊管或型鋼高速運動下實現(xiàn)自動跟蹤鋸切，是焊管生產(chǎn)線上最后一道工序的生產(chǎn)設(shè)備，對產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率有較大的影響。要精確地剪切快速運動中的管材，剪切工具必須與機組的運動精確協(xié)調(diào)，尤其是在機組速度變化時，生產(chǎn)工藝要求剪切工具必須與機組線速度保持同步跟蹤的情況下來進行定尺剪切。

1. 工藝要求

根據(jù)生產(chǎn)過程及產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)，對飛鋸機基本工藝要求如下：鋸切過程中鋸片必須和運行的管材同步，保證在鋸切過程中，鋸片既要繞鋸軸轉(zhuǎn)動（施加鋸切力和鋸切功率），又要與管材以相同的速度移動（保證管材的被切斷面平直且不至于打飛鋸片，造成設(shè)備損毀和安全事故）；飛鋸機應(yīng)能鋸切不同的定尺長度；要保證鋸切的切口平直。即在整個鋸切過程中，鋸片都應(yīng)和鋼管軸線垂直，并且要使切頭部分不彎不扁。

2. 系統(tǒng)改造

飛鋸系統(tǒng)改造之前采用的是繼電器控制，其中接觸器、行程開關(guān)、繼電器等電器元件作為控制元件，其控制系統(tǒng)復(fù)雜，操作難度大，并且安裝接線工作量大、修改控制策略難,維護量大，嚴重影響了正常生產(chǎn)。因此，飛鋸切割控制系統(tǒng)成了制約生產(chǎn)的瓶頸。而采用可靠性較高的PLC組成的控制系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)采集、控制回路、自動順序操作和運算的主要設(shè)備。滿足了系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和實時性的要求。

由PLC控制小車啟動并加速追蹤焊管至與焊管等速時達到定尺點，夾具夾緊焊管，即將鋸車與焊管連為一體，氣缸驅(qū)動落鋸、抬鋸、完成鋸切，夾具松開，小車減速，停車，返回原位。圖1為飛鋸機系統(tǒng)工作循環(huán)示意圖。

鋸車的工作循環(huán)是嚴格地按照一定的時序動作的如果有一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯，都將導(dǎo)致工作的失敗 因此，每一步都是由上一工步的位置進行控制，這種控制方式的特點是動作準確，只要有一步?jīng)]有完成，下一工步將不可能進行 這就避免事故的發(fā)生。控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動和手動的轉(zhuǎn)化。

圖1　飛鋸機系統(tǒng)工作循環(huán)示意圖

3. 基于臺達PLC的飛鋸控制

飛鋸控制系統(tǒng)的任務(wù)主要是控制一臺主電動機（7.5kW的三相異步電機）和四個電磁閥（分別控制小車的加速、鋼管

的夾緊、飛鋸壓下切割、小車返回），PLC需要同時控制主電機和電磁閥的協(xié)調(diào)工作，完成切割工作。PLC對通過繼電器和接觸器控制主電機帶動飛鋸旋轉(zhuǎn) ；人機界面由觸摸屏來實現(xiàn)，通過觸摸屏設(shè)置工作參數(shù)。

（1）硬件設(shè)計。PLC的選擇一般從基本性能、特殊功能和通信聯(lián)網(wǎng)三方面考慮。選擇的基本原則是在滿足控制要求的前提下力爭最好的性價比。對于飛鋸機的控制系統(tǒng)而言，工藝過程固定、環(huán)境條件一般，維修量比較小等，所以選用整體式結(jié)構(gòu)的Delta DVPPLC比較合適。具體滿足條件如下：① I/O點的估算：觸摸屏占用串口通信輸入1個；1臺異步電動機、4個電磁閥占用開關(guān)量輸出5個；系統(tǒng)啟動、停止、急停按鈕占用3個開關(guān)量輸入，自動/手動轉(zhuǎn)換開關(guān)1個、異步電機啟動、停止按鈕、夾緊、落鋸按鈕各1個，需要占用5個輸入量，定尺信號占用1個輸入量；總計I/ O點共14個。② PLC性能和控制任務(wù)相適應(yīng)：飛鋸機割機控制系統(tǒng)是開關(guān)量控制的，多是順序控制和多模式的自動控制，對控制速度要求不是很高。

（2）軟件設(shè)計。我們可以運用公司提供的軟件在Windows的環(huán)境中對PLC進行編程調(diào)試，編程完成后通過RS232通訊電纜從PC下載到PLC上，飛鋸機工作過程中參數(shù)設(shè)置較多，參數(shù)之間密切關(guān)聯(lián)，各動作之間有嚴格的邏輯關(guān)系，每工作方式均可采用手動和自動兩種方式，PLC通過采集現(xiàn)場信號來控制工作過程。整個程序的控制方式為順序控制，程序控制框圖如圖2所示。

圖2　飛鋸車軟件設(shè)計流程圖

4. 結(jié)語

本文所設(shè)計的臺達PLC飛鋸控制系統(tǒng)已成功地應(yīng)用于某高頻焊管公司的生產(chǎn)線，運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)完全滿足其設(shè)計要求，具有操作方便、可靠性強、數(shù)據(jù)完整、監(jiān)控及時等突出優(yōu)點，并大大地減輕了操作工人的勞動強度、縮短了操作時間，受到了操作人員、維護人員、管理人員的好評。該系統(tǒng)的成功設(shè)計，也為類似系統(tǒng)的舊設(shè)備改造提供了可取的經(jīng)驗。

參考文獻：

[1] 臺達集團中達電通股份有限公司.DVP-PLC應(yīng)用技術(shù)手冊[Z].2010.

[2] 劉小春.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與維護[M].北京：高等教育出版社，2008.11.

[3] 陳威. 單片機控制高頻焊管定尺飛鋸切系統(tǒng)[J].焊管，1990，13（6）.

收稿日期：（20150114）