全自动剪板机的PLC和伺服控制系统设计

撰文/程卫锋 胡 希

■201900 上海西重所重型机械成套有限公司 上海



全自动剪板机的PLC和伺服控制系统设计

撰文/程卫锋 胡 希

■201900 上海西重所重型机械成套有限公司 上海

本文对工业用自动剪板机的工作原理进行了分析，通过PLC和伺服控制系统的应用，提出了全自动剪板机智能控制系统的实现方案，设计了电气传动部分和PLC控制系统的程序流程。关键词：PLC；伺服控制系统；定位控制；顺序控制

概述

全自动剪板机广泛的应用于板材加工系统中，板材进料、长度检测、压紧、剪切、落料、长度调整、修剪等过程必须按一定的顺序准确动作，而且不同长度、不同厚度、不同材料的板材，各动作行程、先后顺序、刀具位置等要求都不一样，为了满足自动剪板机对控制系统的要求，采用了可编程控制器作为系统控制的核心，伺服控制系统来驱动进料辊道，达到板材的快速进料和停车剪切，定位控制来检测板材长度，动作迅速、精确度高。

剪板机结构原理

自动剪板机可以将上一道工序送来的大块板材自动进料，按设定好的数据进行精确的剪切加工，并由送料车运送到下一工序，其结构及原理如图1所示。

图1　自动剪板机原理图

系统设置了10个限位开关，分别用于检测各部分的工作状态。其中，SQ1检测待剪板料是否被输送到进料辊道；SQ2检测压块是否压紧已到位的板料；SQ3检测压块是否上升到位；SQ4、SQ5检测剪切刀的状态；SQ6、SQ7为两个光电接近开关，板料到达SQ6时控制进料辊道减速，板料到达SQ7时控制进料辊道停止；出料小车到达右止点SQ8动作；出料小车到达左止点SQ9动作；出料小车装满时SQ10动作，出料小车自动将板料送到下一工序。进料辊道、压块、剪切刀、出料辊道、丝杆和出料小车分别由六台电动机拖动。系统未动作时，各限位开关均打开。

工作原理

当系统启动时，输入板料加工尺寸、加工数量等参数，按下自动开关，系统自动运行。

a首先检查限位开关SQ1和SQ10的状态，若有板料且出料小车未装满，系统开始工作。

b起动进料辊道带动板料向左移动，当板料碰到行程开关SQ6时，进料辊道减速，当板料碰到行程开关SQ7时，进料辊道停止。

c压块电机启动，使压块压下，压块限位开关SQ2闭合。

d剪切刀起动，控制剪刀下落。剪切到位，SQ4闭合。板料由出料辊道输送到出料小车。

e剪刀弹起，SQ5闭合，压块电机反转，SQ3闭合，SQ6、SQ7无信号，进料辊道继续送料。光电检测开关SQ7合一次，剪刀剪下并回到起始位置，计数器作加1计数，每个循环剪多少块可通过触摸屏设定，计数到达设定值则自动清零，重新开始下一个循环的工作。

f当小车上的板料够数时，SQ10闭合，起动小车控制电动机，带动小车左行，将切好的板料送至下一工序。

g卸下后，再起动小车右行，重新返回出料辊道下，开始下一车的工作循环。

板料的长度L可根据需要进行调整，每一车板料的数量可预先设定。

控制系统设计

系统电气部分主回路原理见图2：

图2　电气部分主回路原理

a进料辊道

使用伺服控制器带动伺服电机驱动进料辊道，采用速度开环控制；伺服电机有较大的输出转矩，可以实现快速启动和停止。

b压块

压块的作用是压紧板料，以利于剪切刀切断板料，压块有上升和下降两种运动，要求带动压块的电动机具有正反转运动。

c剪切刀

剪切刀要快速切断板料并返回起始位置，设计方案采用一台三相异步电机带动飞轮，再通过离合器带动凸轮和剪刀的结构。设备上电后先启动电机，等飞轮达到设计转速，要剪切时给剪切信号，离合器吸合，带动凸轮和剪刀剪下。

d出料辊道

板料剪下后掉落在出料辊道上，由出料辊道输送至小车。

e出料小车

板料从出料辊道末端掉入小车，按次序叠放。当小车装满后，进料辊道停止，出料小车电机正转，小车向左行驶，到达下一工序停车卸料，然后出料小车电机反转，小车向右行驶，自动返回出料辊道下，开始下一车板料的剪切工作。

f丝杆

板料的定长剪切由SQ6和SQ7两个光电开关是否有信号来确定，SQ6和SQ7装在一个可以左右滑动的滑块上，由丝杆带动，丝杆则由伺服电机驱动。通过触摸屏给定一个值时，PLC通过定位模块给出绝对位置指令到伺服控制器，控制伺服电机驱动丝杆，带动滑块到达指定的位置。若要剪切的板料长度为循环变化的值，当前块剪切完毕，PLC计算出下一块要剪的长度，然后控制滑块到达指定的位置。

PLC控制系统流程

a输入设备

限位开关：SQ1，SQ2，SQ3，SQ4，SQ5，SQ6，SQ7，SQ8，SQ9，SQ10

系统的停止启动按钮：SB1，SB2

b输出设备

图3　PLC输入输出端子分配图

KM1控制进料辊道电机的接触器；KM2A、KM2B控制压块电机的接触器，驱动电机的正反转，控制压块压紧和放松板料；KM3控制剪切电机的接触器；KM4控制出料辊道电机的接触器；KM5A和KM5B控制出料小车电机的接触器，驱动电机的正反转，从而控制小车的左行和右行；KM6控制丝杆电机的接触器。其输入输出端子分配如图3所示。

分析可知，本系统是一个多工步的顺序控制系统，控制系统的流程顺序如图4所示：

图4　系统流程图

结束语

本文所述的全自动剪板机采用了PLC作为系统顺序控制和逻辑控制的核心，结合伺服控制动态响应快、定位精度高的优点，实现了全自动、高效率、高精度的剪板功能， 可广泛应用在各种板材、带材的定长或变长分卷、切块等场合，也可与自动化流水线很好对接，实现更大规模、全线自动化的板材生产、加工、成品、包装的全自动生产流水线。

参考：

［1］张凤珊主编.电气控制及可编程控制器.第2版.北京：中国轻工业出版社，2003.

［2］李俊，张俊儒.电机控制集成电路原理和应用［M］.北京：冶金工业出版社，2005.

［3］邓则名等编.电气与可编程序控制器应用技术.北京：机械工业出版社，2007.