自動定長剪板機控制系統

熊惠敏，閔莉瓊

（1.南昌工程學院，江西 南昌 330099；2.國網江西省電力物資有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

現代工業化發展的趨勢就是在減少生產力降低生產成本的同時提高成產率。根據工業生產的需要，送板機需要能夠對加工的板材實現各種不同長度的剪切，并且能夠通過組態軟件來對整個控制系統進行監控，并對設備運行過程中產生的故障進行報警處理，還需要添加手動操作功能。因此原有的送板機越來越不能夠滿足現代工業加工的要求。現如今的送板機行業迫切需要另外一種全新的方式來對整個送板機系統進行控制[1，2]。

在塑鋼板剪切加工的過程中，系統對塑鋼板長度的檢測，和送料系統的隨動、固定及剪切后運出等過程按照一定的工序流程控制進行。在裁剪過程中，要對每一道工序進行精確的控制。本系統是根據工廠車間的生產需要，在原有的設備基礎上開發的能比較普遍的適用于板材加工的控制系統中。本系統板材的恒速送板，板材隨動動態固定，板材剪切，自動定長計數等功能。該系統采用伺服驅動整個隨動系統[3-5]，可以對塑鋼板長度進行高精度動態裁剪。

1 系統工作原理

1.1 自動定長剪板板機控制系統組成及工作原理

自動定長剪板機控制系統所加工出的板材尺寸是通過觸摸屏或者組態軟件進行設定。通過PLC控制系統對板材的設定尺寸進行鋸板。由于在隨動機構中用到了伺服驅動系統，所以加工出的塑鋼板材長度精度比較高。該系統由送料機構、隨動伺服同步控制系統、鋸板機構、固定塑鋼板材機構組成，如圖1所示。該系統的定長控制采用光電編碼器對塑鋼板的長度進行測量。該系統的測量精度與計長輥的直徑、隨動同步跟蹤伺服系統同步程度、光電編碼的精度有關。

圖1 自動定長剪板板機控制系統組成

在系統運行過程中，由計長輥上裝的光電編碼器來檢測送板系統送板速度和長度。當送板系統送板達到設定長度后，由伺服系統帶動隨動機構和送板系統同步，固定塑鋼板，啟動裁剪動作，從而剪斷塑鋼板。該系統中核心是PLC控制。

1.2 自動定長剪板板機控制系統工作流程

自動定長剪板板機控制系統其工作過程如下所述：

1）按下啟動按鈕開機后，系統根據輸入板料加工尺寸，加工數量，隨動系統的系統回原點。送料電機開始送料且在系統運行時一直送板，隨動機構的壓板機構下方安裝有光電開關，當送板機構的塑鋼板材送板到位時，PLC開始對同步編碼器的脈沖計數；

2）當編碼器的脈沖數量達到塑鋼板長度設定值后，PLC伺服同步機構發送脈沖，使同步機構的速度和送板系統同速運轉，帶動隨動系統和送板系統同速，隨動系統開始鋸板動作流程，同時，PLC脈沖計數器清零，開始下一張板材長度計數；

3）當隨動機構和送板系統同速后，壓板機構立即下壓，可以防止在鋸板過程中由于板材松動而產生比較大的誤差；

4）壓板機下壓到位后，鋸板電機啟動。鋸刀先抬起到達抬起上限位，完成縱向切割，然后開始橫向對板材進行切割。鋸刀到達橫向限位后，鋸刀下降并返回到原點，鋸板完成切割動作，加工數量計數自動加1；

5）當鋸板到位時，板材會落入到運料小車中并開始自動計數。當板料計數達到程序中設定的值，整個系統會停止，小車開始右行送料。到達右行限位后開始卸料，在卸料完成后左行到達左行限位，計數器清零，系統重新開始運轉。

2 硬件配置

自動定長剪板板機控制系統硬件配置如圖2所示。本系統選用三菱公司的FX3U系列PLC做為該系統的控制核心，實現對整個系統的檢測，控制以及安全保護。通過和送板系統同軸的光電編碼器可以實現送板系統所送板材長度。本系統的控制難點是PLC控制伺服同步系統要實現和供給裝置同步速度。伺服系統當鋸板結束后，快速返回原點。

圖2 自動定長剪板板機控制系統系統硬件配置圖

本系統的送料電機M1由變頻器進行速度控制，隨動機構驅動電機M2選用伺服電機，由三菱交流伺服驅動器驅動。實現隨動機構和送板機構的同步。電鋸的抬起和下降以及固定機構采用液壓控制。電動機M3選用液壓電機。電鋸橫移電機M4選用三相異步電機。電氣控制系統的主電路設計如圖3所示。

圖3 電氣控制系統的主電路

3 軟件程序設計

自動定長剪板板機控制系統的軟件流程圖如圖4所示。

圖4 系統軟件流程圖

本系統根據流程圖在設計梯形圖程序時本文主要解決三個難點即長度的設定值轉換為脈沖當量，塑鋼板進給長度的實時顯示和同步隨動系統和塑鋼板進給速度同步問題。

在本系統中，編碼器的精度為2 500脈沖／轉，進給板的計長輥的直徑為154mm。脈沖當量，設定長度值。為了提高精度，在計算過程中采用32位數據處理。該系統誤差差完全可以控制在一個當量左右，滿足該系統的設計需要。

隨動系統使用伺服驅動隨動機構和送板進給速度同步。伺服驅動系統都有一個減速箱，可以通過改變電子齒輪的比例來改變減速箱的減速比例。伺服驅動系統的電子齒輪比例范圍是1/50~500。所調的電子齒輪比只能在這個比例范圍內。當接收到從外部編碼器發送過來的脈沖時，比如外部編碼器轉一圈會發送2500個脈沖，而伺服轉一圈需要10 000個脈沖。如果編碼器所連接的電機軸轉動一圈與伺服電機轉動一圈所前進的距離是相同的，此時就需要將電子齒輪比設置為10.意味著將編碼器發送的脈沖數乘以10，也就是說編碼器發送1000個脈沖，而伺服接收到的脈沖為10 000個。

上位機監控系統

自動定長剪板板機控制系統系統有手動操作運行和自動運行兩種工作模式。通過SA轉換開關選擇是手動模式還是自動模式。進入監控系統首頁，左側是建立的人機界面，右側指示燈顯示系統各個部位的運行狀態，具體畫面如圖5所示。在上位機上實現各工藝的顯示和記錄。

圖5 系統運行監控畫面

4 結語

運用三菱PLC設計的自動剪板機控制系統，用組態王做上位機人機界面。可以很方便的對設備操作參數進行修改。通過伺服控制系統實現隨動機構和送板速度的同步，可以實現小誤差動態切割，為了防止抖動，該設備在隨動的過程中，使用壓板機構對板材進行動態固定。經過在實際生產中的應用，基本實現了設計目標，長度誤差不超過5 mm。當送板長度到達設定值后，隨動系統能快速的實現和送板系統的同步。在隨動機構同步運行過程中，裁切機構能夠按照預先設定的動作執行。