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锻压/冲压/轧制设备 |
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基于PLC的增量式剪切控制系统 |
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newmaker |
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1 引言
增量式剪切控制，对本系统来说主要是按要求对特定的铜片进行定长或增量式剪切。剪切后的铜片压制成铜排做成软连接器产品，用于电控柜等电器设备的电流引入，满足客户对产品规格的不同要求。根据设置的增量不同，软连接器可以弯曲不同的角度，相比于相同长度的铜片做成的连接器，节省空间、美观，散热效果好。对小企业或加工中心来说，面对的是大量零散的、需求量小的、品种规格多的用户，它所需要的是价格相对便宜，又能保证剪切质量和剪切精度，操作简单、方便、灵活的剪切生产线，为此我们开发了铜片剪切自动控制系统。该系统现已投入实际生产运行，运行稳定可靠。
2 系统设计
2.1 工艺解构
剪切系统的工艺示意如图1所示，此图主要是该剪切生产线的机械部分。主要有开卷机、活套光电开关检测、夹送辊、剪切机、拉料机等五部分组成。开卷机主要由变频器电机控制，可以完成对原材料的开卷和收卷动作；位于缓冲坑中的光电开关的作用：根据铜片的下垂程度，决定开卷机的运行速度，保证正常送料；夹送机构由交流伺服电机驱动旋转，完成板料的定长和增量式传送；剪切机有高压气体控制，左右冲交替进行，由左右两边的接近开关控制。
图1 增量式剪切系统工艺示意图
2.2 电控系统设计
系统参数设定和显示通过触摸屏完成。整个系统的控制部分主要有plc、伺服驱动器来完成，系统控制如图2所示。
图2 系统控制示意图
根据系统运行和控制要求，选用富士的micrex-sx spb系列plc，其使用简单，功能强大，最优性能价格比，能满足各种各样自动化控制需要，且具有尺寸小不受安装场所限制，大容量内存，高速指令功能；并提供了方便、简洁、开放的通信功能；可直接连接pod；使micrex-sx spb系列plc可以很好的满足控制要求。人机界面选用富士ug221系列触摸屏，黑白，5.7寸。进行参数的设定、显示。伺服系统采用武汉迈信的伺服驱动器和华大电机。变频器选用富士的frenic multi系列变频器。
3 增量式剪切控制
3.1控制原理
板材定尺和增量式剪切部分是整套设备的关键，剪切是在材料停顿时刻进行的，也就是说，切刀刀口分离时，控制系统启动，送料长度由plc、伺服驱动器联合进行控制。触发开始后，系统直接以预设的加减速率、最高速度、目标长度以及所设增量为基本参数，计算出运转速度曲线，直接驱动伺服电机送料，若设定单位脉冲的移动量和编码器每转一圈的脉冲数，当夹送辊的直径一定时，夹送辊每转一定的角度或圈数，板料的移动长度也就确定了。当plc“指示”伺服驱动器所发出的脉冲数达到所设定的脉冲数(即长度)时，plc发出信号，交流伺服电机停止转动，同时，剪切系统的电磁铁通电，气缸执行剪切动作。剪切机构的每一次剪切使接近开关获得一个脉冲，此脉冲作为计算剪切数量。依次循环，自动地将卷材切割成一定数量的定尺或增量式长度的板材。
3.2参数设置
(1) 主轴转速(自动运转时，下同)的确定:确定主轴的转速要兼顾两个方面：一是生产能力；二是转动惯性。转速不是越快越好，太快，转动惯性大，达不到精确停止的要求，剪切长度精度不高；慢了，达不到生产率的要求；在此系统中有一个合理的速度范围供用户选择。
(2)脉冲当量的确定:在本例中，之所以能进行高精度定尺和增量剪切，实际上就是精确的控制夹送辊每个脉冲转动的角度(脉冲当量)。当夹送辊直径一定时，它转过一定的角度，就对应转过一定的弧长，即为板料移动的长度。从理论上说，脉冲当量越小，剪切长度精度越高，但对控制系统的要求也越高，不经济。一般情况下，脉冲当量比加工精度高一个数量级即可；本系统剪切长度一般在2cm～200cm之间，要求精度为0.01cm。伺服电机主轴转四圈(50mm/圈)，夹送辊转一圈(200mm/圈)，所设脉冲当量为0.01mm/脉冲，等够满足精度要求。
4 系统软件设计
系统软件的设计包括触摸屏的软件设计和plc的运行控制软件设计两部分。
4.1 人机界面的软件设计
本系统人机界面所有画面均用ug00s-cwv3软件进行设计，有四幅画面组成：开机画面、手动画面、自动画面和信息显示画面。经ug00s-cwv3编译无误后，从个人电脑中下载到人机界面，如果与plc的通信能正常进行，并且plc侧相应的程序也正确无误，则即可使用。人机界面通过rs422通信电缆直接与与plc编程器端口连接，实行命令设定型通信。根据来自人机界面的请求命令，可以实施plc内部存储器的读写操作。plc完成处理后，回送答复给外部设备。plc侧不用特意编写通信程序。这里只给出手动，数据输入和自动画面。
(1) 手动画面：手动画面主要完成板料安装时或剪切完后对主要机械部分的控制调整。
开卷和收卷按钮，按下后做做开卷和收卷动作，松开后停转；进料和退料按钮，按下后伺服进料和退料，松开伺服停转；左冲按钮：按一下冲头左冲，如果冲头不动，说明冲头在左边；右冲按钮：按一下冲头右冲，如果冲头不动，说明冲头在右边；拉料开按钮：按一下切片送料运行；拉料关按钮：按一下切片送料停止；返回按钮：返回开机画面，如图3所示。
图3 手动画面
(2)数据输入和自动画面：之前，我们所需要的首片长、片长增量、总片数和伺服电机速度。另外，现片数是在自动运行过程中，如果有残片存在时，用来补片用的，如图4所示。
图4 数据输入画面
4.2 plc软件设计
plc的程序和人机界面的画面设计相互配合来完成系统的功能。用plc：完成手动控制和自动定长或增量式剪切；
plc程序结构图分别如图5、图6、图7所示。
图5 主程序结构图
图6 手动画面结构图
图7 自动画面流程图
5 结束语
适当改变脉冲当量、夹送辊直径，剪切精度可提高一个数量级；此系统实际运行效果良好剪切长度、精度、剪切速度完全达到设计要求和用户要求。(end)
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(10/19/2011) |
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