基于嵌入式軟PLC 的防回彈數控折彎機控制系統設計

于志宏

（衡水職業技術學院，衡水 053000）

數控折彎機是一種將金屬板材進行折彎加工的機床設備，其主要功能是通過板材與模具的機械接觸，將金屬板材彎折成不同的角度和形狀。隨著科學技術的不斷進步，折彎機生產的金屬板材工件廣泛應用于汽車、飛機與輪船制造，以及輕工、集裝箱、電梯、鐵道車輛等行業，對金屬板材的成型與性能要求也越來越高。由于金屬板材具有較強的韌性，如果采用一般的數控折彎機，一次上料完成相同角度或不同角度的多彎頭折彎，無法保證折彎后的工件不會回彈，從而增大了報廢率。因此，數控折彎機需要不斷進行改進和再設計。本項目提供一種基于嵌入式軟可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制的全自動防回彈數控折彎機，能夠避免具有較強韌性的金屬板材折彎回彈，可以很大程度上降低廢品率[1]。

1 防回彈數控折彎機的開發方案

本項目采用嵌入式軟PLC 技術，支持程序編輯、人機交互等基本功能，而且支持運動控制的相關算法。軟PLC 控制策略如圖1 所示。此開發方案建立硬件體系，可以根據需求自由選取控制器件，并且程序設計應用范圍比較廣泛。與硬件PLC 或者單片機控制器的控制技術相比，該方案能夠充分展示嵌入式軟PLC 的技術優點，延展了硬件PLC 控制技術在可靠性、高速度和高性能等方面的特點[2]。

圖1 軟PLC 控制策略

2 防回彈數控折彎機的機械結構與電路構成

2.1 機械結構

防回彈數控折彎機機械結構包括自動上料模塊、自動折彎模塊和自動定型模塊[3]，結構如圖2 所示。第一，自動上料模塊。折彎機通過焊槍和冷卻組件的設置，將板材放置在第1 擠壓塊和第2 擠壓塊之間。第二，自動折彎模塊。啟動液壓缸，使得第1 擠壓塊向第2 擠壓塊移動，兩者靠近會折彎板材，然后通過多個焊槍均勻加熱板材折彎處[4]。第三，自動定型模塊。焊槍對板材折彎處加熱一段時間后，停止加熱并啟動水泵，通過連接管向排水管供水，然后通過多個噴嘴向導水槽內注水。注入的水將沿著板材表面流動，對板材進行降溫以及定形，避免回彈。

圖2 折彎機結構

2.2 電路構成

折彎機控制系統的硬件電路主要用于自動上料模塊、自動折彎模塊、自動定型模塊這3 大模塊與核心控制模塊之間進行數據傳送與數據轉換，包括核心控制器、數字信號輸入/輸出（Input/Output，I/O）模塊、模擬信號I/O 模塊、伺服電機、伺服驅動器和總線通信模塊等[5]。系統電路結構如圖3 所示。

圖3 系統電路結構

折彎機數控系統的核心控制模塊采用基于ARM的嵌入式控制器，根據實際情況選擇合適的型號。本項目選擇一種包含液晶觸摸顯示屏的HNC-812 嵌入式控制器，該控制器采用卡程序存儲方式，支持RS-232 接口或者以太網通信協議進行程序下載與數據傳送。嵌入式控制器HNC-812 作為折彎機數控系統的核心控制器，支持總線接口EtherCAT 與I/O 模塊之間的通信，支持通用串行總線（Universal Serial Bus，USB）接口下載程序，液晶觸摸顯示屏可以實現參數設置、數據監控等人機交互功能。I/O 模塊選用HIO-1100，屬于控制系統的執行元件。HIO-1100 包括8 個功能子模塊接口和1 個通信子模塊接口，功能子模塊具備對模擬信號和數字信號的傳輸與轉換功能。另外，系統還配備有軸模塊，用于控制光柵尺，以便采樣液壓軸的位置信號。

3 防回彈數控折彎機的控制程序與調試處理

3.1 控制程序

折彎機加工流程相對比較固定，主要通過Y軸實現折彎加工的動作，通過X軸定位金屬板材。當折彎機啟動開機后，選擇手動控制或者自動控制的加工模式，同時進行系列參數配置，并調用對應的程序編號。折彎機數控系統回零，折彎加工工作準備就緒，此時X軸根據系統預設的定位點進行移動，由自動上料模塊實現金屬板材下料，然后由Y軸向下移動壓制完成折彎加工，并自動保壓。折彎加工結束后，Y軸自動上升，等待后續命令。如果折彎加工位置不到位或者不合格，則重復執行加工工序或者執行校正加工工序；如果折彎加工精確到位，則自動上料，繼續加工下一個金屬板材。折彎機數控系統不斷循環，直到用戶開啟停止功能，才會結束折彎加工操作。折彎機加工流程如圖4 所示。

圖4 折彎機加工流程

3.2 調試處理

完成防回彈數控折彎機控制系統設計與現場樣機測試安裝工作后，以MB8-250X3200 折彎機為樣機進行改造升級，驗證嵌入式軟PLC 數控系統方案，并進行現場調試與測試。調試參數包括參數配置、折彎角度補償、擋料定位等方面，然后通過采樣Y軸下壓量、壓力、折彎角度、卸荷距離、撓度補償、速度轉換點等數據，測試折彎加工工件的質量、工藝與性能。測試結果顯示，折彎機Y軸的定位精度誤差不大于0.005 mm，經過折彎算法反饋的折彎角度誤差不大于0.1°，達到折彎機對金屬板材折彎加工的質量、工藝和性能要求。

4 結語

通過對防回彈數控折彎機樣機的調試和試用，證明該設備具有自動放置金屬板材、自動折彎，以及自動保壓、加熱、冷卻、定型等功能，同時可以通過監控屏幕實時監控設備的運行狀態及加熱溫度、冷卻時間等參數。該系統具有一鍵式全自動控制、折彎精度高、防折彎回彈、廢品率低和生產效率高等特點，相比傳統的數控折彎機更為安全可靠，不但技術先進、性能穩定，而且操作方便、性價比高。