PLC在貨架冷彎組件定尺剪切中的應(yīng)用設(shè)計

摘要：貨架冷彎組件定尺剪切是貨架冷彎成型生產(chǎn)線上的一個重要環(huán)節(jié)，它的主要作用是將連續(xù)生產(chǎn)的貨架組件剪切成庫房設(shè)計規(guī)劃所要求的尺寸系列，傳統(tǒng)的定尺剪切利用有接點的繼電器來實現(xiàn)控制，為提高定尺精度，本文設(shè)計采用可編程序控制器（PLC）取代傳統(tǒng)接點繼電器對系統(tǒng)進行改進。 關(guān)鍵詞：貨架冷彎組件定尺剪切；可編程序控制器；控制 The application of PLC design for cutting the cold-roll workpieces of racking in certain measurement ZhenJiang OTL Storage Equipment CO.,LTD ZhangWeiguo Abstract: Cutting the cold-roll workpieces of racking in certain measurement is the most important part in the racking rollforming line ,It’s mainly used to cut off the continuous workpieces according to the need of design ,The programmable logical controller replaced the traditional relay to control the system better in this design. Key words: cutting the cold-roll workpieces of racking;；programmable logical controller（PLC）；control 一、前言 貨架冷彎組件定尺剪切是貨架冷彎成型生產(chǎn)線上的一個重要環(huán)節(jié)，它的主要作用是將連續(xù)生產(chǎn)的貨架冷彎組件剪切成庫房設(shè)計規(guī)劃所要求的尺寸；貨架冷彎成型生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)主要由機械系統(tǒng)（機構(gòu)）、電子信息處理系統(tǒng)（計算機或PLC）、動力系統(tǒng)（動力源；有伺服驅(qū)動單元、交流變頻驅(qū)動單元、步進驅(qū)動單元等）、傳感檢測系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)編碼器或光電傳感器等+計數(shù)模塊或單元等）、執(zhí)行元件系統(tǒng)等五個子系統(tǒng)組成。 精確的位置控制是貨架冷彎機組中液壓停剪裝置或飛剪裝置的基本要求，在貨架立柱等位置控制精度要求比較高的場合，可采用CNC系統(tǒng)或?qū)Ｓ玫?a style='color: blue;display:inline;border:none;' target='_blank' href='http://nbwatch.net/motion/' onclick="HitLog('伺服控制','http://nbwatch.net/motion/')" >伺服控制驅(qū)動單元，該方案造價高，基本控制電路和控制原理復(fù)雜，控制精度最高可達到±0.1mm以內(nèi)，且誤差分布規(guī)律性好，有利于控制長單件工件，如30M長的立柱孔位分布、整件孔位誤差分布和孔位積累誤差小，但在貨架橫梁、拉桿等位置控制精度有一定的要求，如：長度控制精度為±0.5mm以內(nèi)時，采用PLC閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)實現(xiàn)貨架冷彎機組中液壓停剪技術(shù)是一種性價比很好的選擇方案。 傳統(tǒng)的定尺剪切利用有接點的繼電器來實現(xiàn)控制，但傳統(tǒng)的接點繼電器存在接點接觸不靈敏、信號控制滯后等缺點，造成貨架冷彎組件定尺不準(zhǔn)確，嚴(yán)重影響庫房的規(guī)劃設(shè)計效果和安裝控制精度，這也是當(dāng)前此類設(shè)備更新改造的重點和今后的發(fā)展趨勢。 二、PLC的閉環(huán)控制原理 PLC具有PID模塊，使其能對輸入的模擬量、數(shù)字量進行比例、積分、微分計算，并將其運算結(jié)果以模擬量形式輸出，實現(xiàn)基本閉環(huán)控制。 PLC在位置控制系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用，與PLC制造業(yè)提供的驅(qū)動單元的性能是分不開的，驅(qū)動單元一般可采用：驅(qū)動步進電機、伺服控制器及伺服電機、變頻器與變頻電機系統(tǒng)等；用戶只需要通過PLC向位置控制單元模塊設(shè)置參數(shù)及發(fā)出某種命令，位置控制模塊根據(jù)具體測量點的反饋信號和PLC的指令來調(diào)整控制輸出，實現(xiàn)冷彎軋輥的一定精度要求的定位控制；同時位置控制模塊能根據(jù)一定的控制目的確保冷彎軋輥的轉(zhuǎn)動運動保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，實現(xiàn)配套設(shè)備參數(shù)調(diào)整的簡單化。 圖一 PLC的閉環(huán)控制原理圖 此系統(tǒng)控制示意圖如圖一，此設(shè)計的依據(jù)是利用傳感器直接檢測目標(biāo)運動，同時將信號傳遞給可編程序控制器（PLC），通過可編程序控制器對系統(tǒng)進行反饋控制，在此系統(tǒng)中，機械系統(tǒng)由鏈傳動或齒輪傳動機構(gòu)、液壓剪切機構(gòu)、工作臺等組成，電子信息處理系統(tǒng)由可編程序控制器（PLC）構(gòu)成；動力系統(tǒng)由驅(qū)動電機組成，傳感檢測系統(tǒng)由光電開關(guān)、位置傳感旋轉(zhuǎn)編碼器組成；執(zhí)行元件為工作臺和液壓順序控制閥，在設(shè)計過程中，應(yīng)嚴(yán)格選擇與系統(tǒng)電氣參數(shù)相匹配的機械系統(tǒng)參數(shù)，同時也要根據(jù)機械系統(tǒng)固有結(jié)構(gòu)參數(shù)來選擇和確定電氣參數(shù)。 三、對定尺剪切工作過程的簡述 貨架冷彎生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝流程：開卷 → 入料校平→ 切頭、壓料、焊接 → 儲料(料倉) → 伺服步進送料 → 沖孔 → 儲料(料倉) → 冷彎成形 →校直→ 液壓停剪切斷（定尺剪切過程）→ 出料 → 。即貨架冷彎生產(chǎn)線由開卷機、校平機、送料機、壓力機、成型機組、液壓剪切機等設(shè)備組成。金屬料卷放在開卷機上，經(jīng)開卷后進入校平機校平，然后進入伺服送料機，由伺服送料機向壓力機上的模具中心送入定長的板料，經(jīng)沖壓加工后的鋼帶料再進入冷彎成型機中冷彎成型，剪切機將冷彎型材定長切斷。目前我公司設(shè)計開發(fā)的開卷機開卷速度為0 m/min～20 m/min可調(diào)，整線基本運行速度為12--14 m/min。 當(dāng)按下運行命令后，主電機首先帶動冷彎軋輥以一定速度旋轉(zhuǎn)，此旋轉(zhuǎn)速度主要由貨架冷彎組件的成型工藝、機構(gòu)變速比、冷彎軋輥結(jié)構(gòu)尺寸、液壓剪的剪切力以及機組設(shè)置運行速度等參數(shù)決定。 當(dāng)成型貨架冷彎組件經(jīng)傳送軌道經(jīng)過孔位檢測光電開關(guān)位置時，發(fā)送通斷電信號傳遞給孔位數(shù)計數(shù)器進行計數(shù)，當(dāng)孔位數(shù)達到設(shè)定值時發(fā)出位置檢測信號，旋轉(zhuǎn)編碼器進行一定距離的位置檢測并向PLC提供一定脈沖數(shù)，PLC檢測到設(shè)定的脈沖數(shù)后，向主電機發(fā)出減速、停止命令，同時在主電機停止后向液壓順序控制閥發(fā)出切斷控制命令驅(qū)動液壓剪進行切斷操作。 交流變頻調(diào)速異步電機定位控制的研究經(jīng)歷了較長階段，傳統(tǒng)做法是采用機械擋塊來定位。如：濟南鑄鍛所為我公司設(shè)計的貨架立柱冷彎生產(chǎn)線為達到定尺寸定孔位切斷的精度：±0.5mm，其液壓飛剪系統(tǒng)的定位設(shè)計中就引入了定位插銷控制技術(shù)， 目前，在各個行業(yè)中所用的定位方式可分為四種:機械定位，電氣定位,空氣定位，光學(xué)定位。電氣定位控制系統(tǒng)一般是以數(shù)字方式工作的，故可以提高精度，十分簡便，易于和計算機，PLC等各種控制電路相匹配。目前在冷彎機組中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)是針對變頻器的速度參數(shù)設(shè)定幾個固定的頻率（例如高速、中速、低速三種頻率），根據(jù)冷彎機組上實際產(chǎn)品的控制要求由PC或PLC對變頻器的三種（頻率）速度進行切換，達到調(diào)速和停準(zhǔn)的目的。但當(dāng)具體產(chǎn)品對冷彎機組的位置停準(zhǔn)精度要求提高后，這種開環(huán)式的有級調(diào)速就不能滿足產(chǎn)品的位置精度控制要求，而采用前述的閉環(huán)控制技術(shù)與原理。 四、控制處理系統(tǒng) 由于傳統(tǒng)的有接點的繼電器存在以下的缺點：1）缺乏高精度的控制性能；2）接點機械動作造成相應(yīng)動作延遲；3）由于接點磨損、接觸不良等原因，造成動作誤差且故障維修麻煩；4）生產(chǎn)線的改造、更新較麻煩，故對其控制系統(tǒng)采用可編程序控制器（PLC）來取代傳統(tǒng)的接點繼電器，以簡化機械結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的性能和質(zhì)量，根據(jù)PLC功能和輸入及輸出模塊組合，在此系統(tǒng)中采用PLC能夠?qū)崿F(xiàn)以下控制： 在三菱FX-2N PLC系統(tǒng)中，CPU通過位置控制模塊PP2向伺服驅(qū)動器或變頻器發(fā)出控制命令，伺服驅(qū)動器或變頻器直接控制相應(yīng)的電機運動，旋轉(zhuǎn)編碼器將速度信號反饋回驅(qū)動器或變頻器中，形成（半）閉環(huán)控制系統(tǒng)，伺服電機通過機械機構(gòu)實現(xiàn)位置定位運動；控制命令通過操作面板或觸摸屏發(fā)出，并要求對有關(guān)PLC程序段進行開放性設(shè)計并與觸摸屏技術(shù)相結(jié)合，便于操作人員對有關(guān)機組的進行操作和調(diào)整。 位控模塊PP2發(fā)給伺服驅(qū)動器的信號主要有：脈沖輸出、伺服使能等，伺服驅(qū)動器返給位控模塊PP2的信號主要有：零脈沖輸入、回零接近開關(guān)信號、伺服故障報警等。 如我公司貨架組件中的橫梁生產(chǎn)線中選用三菱F系列變頻器，其外部端子調(diào)速可分為模擬量調(diào)速和多段速調(diào)速。模擬量調(diào)速可用電壓DC0~10V或電流DC4~20mA，進行無級調(diào)速。采用外部輸入端子SD﹑STF﹑STR、RL﹑RM﹑RH，進行三段速調(diào)速。RL﹑RM﹑RH是低﹑中﹑高三段速速度選擇端子，SD是輸入公共端，STF是啟動正轉(zhuǎn)信號，STR是啟動反轉(zhuǎn)信號。當(dāng)Y10，Y11有輸出時，變頻器為低速運行；當(dāng)Y10，Y12有輸出時，為中速運行；當(dāng)Y10，Y13有輸出時為高速運行。三段速分別設(shè)置為2.0Hz﹑30Hz﹑45Hz。在模擬量調(diào)速時，通過編程，三菱FX2N系列可編程控制器根據(jù)操作臺發(fā)出的信號，選擇控制方式：模擬量調(diào)速或多段速調(diào)速。其控制系統(tǒng)還可以通過DOS操作系統(tǒng)開發(fā)編程的微機作為上位機實現(xiàn)控制功能或結(jié)合觸摸屏技術(shù)實現(xiàn)隨機動態(tài)適時控制或結(jié)合觸摸屏控制技術(shù)來操作控制實現(xiàn)有關(guān)功能。 五 精度控制 由于物流產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對貨架立柱的孔位精度提出了更高的要求，如：孔位誤差不超過±0.3，孔位累計誤差也不超過±0.5等，單件產(chǎn)品長度控制精度一般控制在0.5mm左右，為保證貨架冷彎組件的質(zhì)量和生產(chǎn)成本，必須定期校準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)編碼器測量輥的磨損修正、相關(guān)外圍設(shè)備參數(shù)變化或調(diào)試過程中的機組再調(diào)整、設(shè)備的維護保養(yǎng)等，從而盡量保證切割尺寸控制在公差范圍內(nèi)。 我公司機組控制精度最高在±0.1mm左右且可避免累積誤差分布，該控制方法和系統(tǒng)可應(yīng)用于高精度開口系列冷彎型鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)和新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程中，特別是類似貨架立柱的產(chǎn)品，即對冷彎型鋼立、側(cè)面具有孔位高精度要求的在線預(yù)沖孔的冷彎成型生產(chǎn)線上。 六 結(jié)語 本文主要是對貨架冷彎組件定尺剪切系統(tǒng)作一概括性設(shè)計，并未對具體結(jié)構(gòu)參數(shù)以及PLC選型作進一步說明，具體參數(shù)需按系統(tǒng)的固有結(jié)構(gòu)參數(shù)、貨架冷彎組件結(jié)構(gòu)尺寸以及工作特性參數(shù)確定。不同的PLC對應(yīng)不同的編程語言，但根據(jù)梯形圖程序語言便可具體地編制PLC編譯指令，同時要求編寫的程序合乎PLC性能指標(biāo)及工作要求。 采用此方案的優(yōu)點在于用微電子技術(shù)取代了人對機械的絕大部分控制功能，克服了人體能力的不足和弱點，提高了控制精度和設(shè)備的反應(yīng)靈敏度，同時便于重新設(shè)計和改造，所以有較好的實用意義；從實際應(yīng)用的情況分析：采用PLC實現(xiàn)精確的位置控制能滿足貨架冷彎機組中定尺剪切的基本精度要求。