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自动剪板机控制系统设计初探

2021/07/27 阅读:

摘要】多年来,我国剪板机床工业虽然发展势头良好,但技术上一直处于平衡发展的状态,缺乏改革与创新,本文提出使用PLC对其进行自动控制的方案。硬件部分采用电气和液压驱动,其中小车运料机构和传送机构均由三相异步电机驱动,压块和剪切机构采用液压回路控制,因液压驱动比之机械驱动传动更为稳定,抗干扰能力强,还能实现无极调速,这是本次设计的一个闪光点;本次设计的另一个闪光点是软件部分采用三菱FX2N系列PLC程序控制,PLC编程简单、体积小、价格便宜、抗干扰能力强,采用PLC做顺序控制,能实现送料、压紧、剪切、计数、运料等一系列过程。该自动控制系统提高了生产效率,节约了人力财力,提高了剪板机工作的可靠性与稳定性。

关键词】自动剪板机;PLC;液压驱动;顺序控制

1引言

随着剪板机产业需求的增加,近年来剪板机床制造的企业也日益增多。基于PLC控制的自动剪板机系统属于新一代剪板机自动控制系统,自动剪板机是一种按照控制要求,集送料、压料、剪切、计数、运料于一体的顺序动作的自动化设备。此次课题在设计过程中着重解决如何利用PLC来实现对剪板机顺序动作的控制。机架采用全钢安装结构,有足够的强度和刚性,并通过震动时有效消除内应力,保证机身的整体精度。采用一次加工法,机床的立柱、上刀架、工作台、压料横梁采用大型落地镗铣床一次加工成型,保证了各个安装面的垂直度和平行度。主要构件为闭式结构,采用美国UGS\CAD\CAM\MAN三维软件进行有限元分析和优化设计。

2总体设计方案

自动剪板机是实现裁剪钣金自动化的重要工具之一,在设计剪板机之前必须对剪板机的工作效率、剪切能力和稳定性等因素,以及材料的厚度、长度和种类进行设计。

2.1设计思路

为了实现剪板机的自动化,我们来考虑一下该系统的工作状况,要想实现剪板机的工作,首先板料要通过送料机构输送到位,板料到位后要立即启动压块机构使得板料压紧在工作台上,避免在剪切时板料的晃动。板料压紧后启动剪切刀装置剪切板料,在板料剪切下来之后要通过计数装置来计数,最后通过小车把板料运送到下一个工位。在所有的这些步骤中,压块机构和剪切机构需要由液压驱动,送料机构和小车机构由电机驱动。根据剪板机的工作特点,对控制系统提出控制要求如下:(1)通电后,使各个机构的工作状态处于初始位置。(2)进料,由控制系统控制进料机构,将待剪板料运输的指定位置。(3)定剪切尺寸,用可移动行程开关控制板料进给的长度,根据所要求的不同长度,行程开关固定导轨上移动以满足要求。(4)压紧和剪切,待剪板料长度达到特定值后,由液压系统驱动压块机构运动,然后再驱动剪切刀运动,先压块后剪切。(5)送料车运动,以及运料后的返回。(6)剪切板料的尺寸设定、自动计数以及每车板料数的预设定。(7)具备断电保护以及来电恢复功能。(8)能实现加工过程的自动功能。(9)保证板料的加工精度、安全可靠性和加工效率。

2.2工艺流程分析

如图1所示,本系统分为五个部分:送料机构、压块机构、剪切机构、计数装置和运料小车装置。设置了2个按钮,分别控制启动与停止;7个行程开关,分别用于检测各个部分的工作状态。其中,SQ1检测板料是否被输送到位;SQ2和SQ3分别检测压块的状态,SQ2是压块处于最高点时的行程开关,SQ3是检测压块是否已经压紧板料;SQ4检测剪切刀的状态,判断剪切刀是否已经被剪下;SQ7为光电开关,检测板料是否被剪断落入小车并计入剪切板料的数量;SQ5用于检测运料小车是否到位;SQ6用于判断小车是否空载。送料机构、送料小车分别由两台电动机拖动,压块和剪切刀分别由两个液压泵驱动。系统没有动作时,压块和剪切刀分别由两个液压泵驱动。系统没有动作时,所有的行程开关都断开。由原理图分析得知:(1)开关SQ6判断小车是否为空载,若为空载,便开始工作。启动送料小车,使其到位,此时行程开关SQ5闭合。(2)电机M启动,带动板料向右移动。(3)当板料碰到行程开关SQ1时停止送料,同时启动控制压块下降的液压传动系统,当压紧板料时,压块行程开关SQ3闭合。(4)控制剪切刀的液压系统工作,启动剪切机构,剪板机剪刀下落,直到把板料剪断。当板料下落通过光电开关SQ7时,光电开关输出一个脉冲,同时计数器加1。(5)判断小车上的板料是否够数,若不够,则重复以上步骤,若够数,则小车运行至出料口卸料装车。以上是小车运载一次的过程,若还有板料需要剪切,则重复以上所有步骤。

3程序设计

程序分成系统启停、送料回路、液压回路、计数与循环回路等四个部分。

3.1I/O分配

系统共分为送料回路、压块回路、剪切回路、计数回路和小车送料回路五个回路,每个回路必有输入控制输出,下面我来分析一下输入设备和输出设备的I/O口的分配。输入设备:由总体结构图可知,整个系统是由2个按钮和7个行程开关来控制。按钮SB1、SB2控制系统的启动和停止;启动系统后,系统要判断小车是否是空载,这时需要行程开关SQ6来判断,若是SQ6闭合,则不是空载,否则,是空载,小车向左移动;小车向左移动到工位时,会触及行程开关SQ5,使送料机构运动;送料机构中的板料运动到指定位置会触及行程开关SQ1,使压块机构动作;行程开关SQ2、SQ3是判断压块上下极限是否到达,从而控制剪切机构的动作;行程开关SQ4是判断剪切刀的位置状态,判断剪切刀是向下剪切还是在原位停留;光电开关SQ7控制计数装置。综上所述,输入端口有9个,分别是SB1、SB2、SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6和SQ7。输出设备:按下启动按钮,系统判断小车是否空载从而控制接触器KM1、KM1’来控制小车的左右行,与此同时,两个液压系统的液压泵KM2、KM3也工作起来;当小车运行到工位时,行程开关控制接触器KM4从而控制送料电机工作;接下来是靠行程开关控制电磁阀的电磁铁1YA、2YA、3YA、4YA和5YA使两个液压系统工作起来;当板料下落时,光电开关控制计数装置同时使计数指示灯HL闪烁。综上所述。输出端口有11个,分别是KM1、KM1’、KM2、KM3、KM4、1YA、2YA、3YA、4YA、5YA和HL通过对系统的功能要求分析,确定PLC应该提供9个输入点和11个输出点,查阅《三菱编程手册》可知FX2N系列的FX2N-32M具有16个输入点和16个输出点,符合设计要求,又因为输出形式是继电器输出,所以选择FX2N-32M型PLC。

3.2程序流程图

根据控制系统对工作机构的控制要求,结合其工作原理,以及各个元器件之间的相互关系。开机,按下启动按钮SB1——KM2、KM3通电,两个液压泵开始工作——判断小车是否空载,若是,KM1通电,小车左行——判断小车是否到位,若小车到位,KM1断电,2YA、5YA得电,压块和剪切刀复位——判断压块和剪切刀是否复位,若是,则2YA、5YA失电,KM4得电,送料电机正转——判断板料是否到达指定位置,若到达,KM4失电,1YA得电,压块快速下降——定时K秒(K是由压块下降的时间决定),3YA得电,压块缓慢下降——判断压块是否压紧板料,若压紧,1YA、3YA失电,4YA得电,剪切刀下降——判断板料是否被剪下,若被剪下,4YA失电,2YA、5YA得电,压块、剪切刀上升复位——再次循环送料、压块、剪切回路¬——判断剪下的板料够不够数(设小车一次运40块板料),若够数,KM1’通电,小车右行——小车运行到下一个工位,等待卸车。

3.3初始化程序设计

如图3所示,使用了辅助继电器M0和M1。按下启动按钮SB1,触点X000动作,带动辅助继电器M0动作并实现自锁,辅助继电器M0动作后使Y002和Y003得电,带动两个液压系统的液压泵工作。辅助继电器M0动作后判断小车的位置,若是小车不在工位,则线圈Y000通电,带动小车向左运动,直到行程开关SQ5闭合,触点X006得电,辅助继电器M1动作。

3.4送料回路子程序设计

分为两个部分:压块和剪切刀的上升复位程序、送料机构程序。送料回路子程序如图4所示。如图4,使用了辅助继电器M2和M3。辅助继电器M1动作时,电磁铁线圈Y006得电,即为电磁铁2YA得电,压块快速向上移动复位;同时电磁铁线圈Y011得电,即为电磁铁5YA得电,剪切刀快速向上移动复位。当压块移动到上限时,限位开关SQ2闭合,触点X003得电,电磁铁2YA断电,压块保持不动;当剪切刀移动到上限时,限位开关SQ4闭合,触点X005得电,电磁铁5YA断电,剪切刀保持不动。这时,辅助继电器M2动作。辅助继电器M2动作后,送料电机的线圈Y004得电,送料电机动作,将板料传送到位。当板料传送到指定位置时,限位开关SQ1闭合,触点X002得电,送料电机的线圈Y004失电,送料电机不运动,此时,辅助继电器M3动作。

3.5计数与循环回路子程序设计

该部分子程序由两部分程序构成:计数装置程序和循环回路程序。使用了辅助继电器M6和计数器C0。当辅助继电器M5动作时,计数器开始计数,当没有达到指定数字时,辅助继电器M1得电,系统返回到M1得电处继续工作;当达到指定数字时,计数器C0得电,此时系统不返回工作,辅助继电器M6得电。当辅助继电器M6得电时,小车电动机线圈Y001得电,小车右行,然后辅助继电器M0通电,系统返回到M0得电状态,重新循环系统回路。

4结语

本文在总结国内外自动剪板设备现状和发展趋势的基础上,结合企业原有的装配生产情况,利用成熟的可编程控制器技术及伺服控制技术,对自动剪板机的电气控制技术进行研究,开发出效率高、可靠性好并且操作方便的自动剪板机控制系统,通过企业实际应用,设备运转可靠,提高了质量和生产效率。

参考文献

[1]赵庆林.气量无级调节系统与DCS及CCS集成控制的实现[J].石油化工自动化,2012,48(4):37-40.

[2]洪振宇.PLC在剪板机上的应用初探[J].福建电脑,2010,26(1):101.

[3]熊幸明.可编程控制器在自动剪板机控制中的应用[J].电气开关,2002,40(2):24-25.

[4]日本三菱公司.三菱FX2N编程手册[Z].日本,2012.

作者:袁芳 吴何 单位:畏湖北文理学院机械工程学院

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