摘  要：液壓擺式剪板機電氣控制系統采用LM系列專用高速運動控制模塊LM3106A做控制器，利用模塊自帶的100K高速PTO輸出，驅動擋料伺服電機工作，輔以觸摸屏進行設備控制和數據顯示。該控制系統可以實現精確定位，保證設備運行達到好的控制效果。

    關鍵詞：剪板機；伺服控制；PLC控制系統；觸摸屏

    1 液壓擺式剪板機簡介

    當前我國機械制造業大量的通用設備在發展現代機械自動化技術時，可以有多種技術路線選擇。用可編程序控制器改造通用機床、專用機床、組合機床及自動設備與半自動設備組成的生產線，是一條低成本、高效益，符合我國國情的機械自動化技術發展應用新途徑。

    液壓擺式剪板機是一種精確控制板材加工尺寸，將大塊金屬板材進行自動循環剪切加工，并由送料車運送到下一工序的自動化加工設備，其整個工藝過程很符合順序控制的要求，所以，在控制過程中，采用可編程控制器對自動剪板機進行控制，它較好地解決了采用繼電器-接觸器控制，控制系統較復雜，大量的接線使系統可靠性降低，也間接地降低了設備的工作效率這一問題。因此，將plc應用于該控制， 具有操作簡單、運行可靠、抗干擾能力強、編程簡單，控制精度高的特點。在控制的過程中，剪板機剪板的個數可根據工藝參數方便的修改，而且利用光電接近開關檢測板料狀態非常準確。

    2 設備結構

    液壓擺式剪板機是一種精確控制板材加工尺寸，將大塊金屬板材進行自動循環剪切加工，并由送料車運送到下一工序的自動化加工設備，其結構及原理如圖1和圖2所示。
    

                  

                                 圖1   設備外形

               

                      圖2   液壓擺式剪板機原理圖

    上電后，檢測各工作機構的狀態，控制各工作機構處于初始位置；進料，由控制系統控制進料機構將待剪板料自動輸送到位；定剪切尺寸，采用伺服電機控制擋料器位置保證精確的剪切尺寸，其尺寸可是定值也可以設置為循環變動值；壓緊和剪切，待剪板料長度達到設定值后由主電動機帶動壓料器和剪切刀具，先壓緊板料，然后剪斷板料；送料車的運行，包括卸載后自動返回；剪切板料的尺寸設定、自動計數及每車板料數的預設定；具備斷電保護和來電恢復功能；能實現加工過程自動控制，加工參數顯示，系統檢測。

    3 液壓擺式剪板機工作原理

    液壓擺式剪板機工作過程可進行點動、單次和連續三種動作選擇。

    點動：選擇點動操作檔位，踩下腳踏慢進，下壓剪切機構自動下壓，碰下行程開關停止下壓；下壓過程松腳踏慢進，停在當前運行位置；下壓過程踩下腳踏回程，下壓剪切機構自動回程，碰上行程停止回程；回程過程松開腳踏回程，停在當前回程位置。

    單次：設定保壓時間，卸壓時間，水平擋料進退距離，調整好水平擋料位置；選擇單次操作檔位，下壓剪切機構不在上行程開關位首先自動回上行程開關位；踩下腳踏慢進，下壓剪切機構自動下壓；碰下行程開關時，水平擋料機構后退設定距離，同時自動進行保壓；保壓時間到自動進行卸壓，卸壓時間到下壓剪切機構自動回程，同時水平擋料機構自動前進設定距離；碰上行程開關，單次剪切動作結束。

    連續（工步）：

    （1）設定保壓時間，卸壓時間，水平擋料進退距離，調整好水平擋料位置；

    （2）設定工步數以及每個工步的當料位置、剪板張數；

    （3）選擇連續操作檔位，下壓剪切機構不在上行程開關位首先自動回上行程開關位；踩下腳踏慢進，下壓剪切機構自動下壓；碰下行程開關時，水平擋料機構后退設定距離，同時自動進行保壓；保壓時間到自動進行卸壓，卸壓時間到下壓剪切機構自動回程，同時水平擋料機構自動前進設定距離；碰上行程開關，一次剪切動作結束，進行下一次剪板。

    （4）當前工步剪切次數完成，碰上行程開關，水平擋料位置自動進行調整，進入下一工步剪切動作。

    （5）所有工步動作完成，碰上行程開關，連續剪切動作結束。

                           圖3   工步工作流程圖

    4 控制系統介紹
 

                                      圖4   控制系統結構圖

    液壓擺式剪板機控制系統由控制部分、驅動部分和監控部分組成。控制系統結構見圖4。

    4.1 控制部分

    本系統采用LM系列專用高速運動控制模塊LM3106A控制。LM3106A是專為實現高速運動控制而設計的模塊，主要用于實現步進或伺服電機的定位控制。

    LM3106A本體集成14通道24VDC輸入， 10通道晶體管輸出，其輸出有2個公共端， 輸出通道采用5-24VDC驅動電源供電，具有兩路高速輸出，可做PWM(100KHz)或PTO(50KHz)使用，另外，還可以通過RS-232通訊口與和利時觸摸屏進行通訊。
表1為控制系統的I/O配置。

                              表1   系統I/O分配表

                  


    4.2 驅動部分
 
    液壓擺式剪板機驅動部件主要包括橫向伺服電機和豎直液壓氣動裝置。

    伺服電機及驅動器均采用和利時公司的產品，其中“蜂鳥（Hummer）”系列低壓無刷伺服電機驅動器是北京和利時電機公司最新推出的適合低壓直流供電的、小體積、高性能全數字伺服驅動器。硬件上采用32位高速RISC專用控制芯片,高效功率變換技術，以及創新編碼器反饋技術；軟件上采用最先進的電機控制策略，完全以軟件方式實現了電流環、速度環、位置環的閉環伺服控制；驅動器嵌入了高級運動控制功能，通過通訊接口即可完成如多段點到點、直線插補、圓弧插補等功能。擋料采用伺服電機進行定位，達到了精確定位，保證了設備控制要求及運行效果。

    往復下壓剪切動作由油泵和氣動裝置完成，通過PLC控制電磁閥的的得失電進行。

    4.3 監控部分

    上位監控部份由一臺和利時觸摸屏，配以監控軟件來完成，觸摸屏上可以進行動作操作，運行參數設定，工作狀態選擇以及顯示PLC的輸入輸出點工作狀態。圖5和圖6為觸摸屏部分監控畫面。     

                               圖5   運行畫面

                               圖6   工步畫面
 
    5 總結

    基于和利時公司PLC和伺服自動控制系統的液壓擺式剪板機有以下特點：

    (1) 采用電液伺服全閉環控制系統，剪板厚度精度、重復定位精度達到很高的水準。

    (2) 每步程序可設定擋料位置（后檔料X，相當于伺服的絕對位置）、凸模具下壓位置（Y值，相當于凸模具下降的距離）、剪切次數、保壓時間4個參數。

    (3) 具有多工步編程功能，可實現多自動運行，每一步執行完后，觸摸屏都要自動把下一步參數輸入PLC和伺服，實現多工步零件一次性加工，提高生產效率。

    該系統已投入生產使用，運行穩定可靠，控制精度高，維護使用方便，受到用戶青睞。

    參考文獻：

    [1] 左健民. 液壓與氣壓傳動. 第三版[M]. 北京: 機械工業出版社，1996.

    [2] 高傳玉，盛占石. QH11D-WK數控精密剪板機的研制[J]. 江蘇工學院學報，1994(3): 55-57.

    [3] 《HOLLiAS LM PLC指令與功能塊手冊》，杭州和利時自動化有限公司，2007.5.

 



                                                      ——轉自《自動化博覽》