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全自动剪板机的PLC和伺服控制系统设计

2016-09-05撰文程卫锋

中国机械 2016年9期
关键词:顺序控制

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.

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