基于PLC的全自动翅片成型机控制系统的研究

辽宁工程技术大学
硕士学位论文
基于PLC的全自动翅片成型机控制系统的研究
姓名：齐传刚
申请学位级别：硕士
专业：机械电子工程
指导教师：熊永超
20070301
断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其他工业控制计算机组网构成大型控制系统是可编程控制器技术的发展方向。

目前的计算机集散控制系统ＤＣＳ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ）中已有大量的可编程控制器的应用．伴随者计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用【ｌ】。

１．２翅片成型机概述
１．２．１翅片及翅片成型机
翅片是板翅式换热器的基本元件，它的应用非常广泛，从一个小的散热片大到汽车热交换器装置等等，都要用到不同种类，不同型号的翅片，其质量的优劣童接影响到热交换器的工作性镗。

板翅式换熟器在深冷、空分设备中有广泛的应用，是压缩机的油气冷却器、工程机械的油冷却器等热交换器的主导形式，并逐步被液压系统的油冷却器、汽车用热交换器、空调行业等采用。

它结构紧凑轻巧、传热强度高，是最有发展前途的新型热交换设备之一．板翅式换热器基本结构示意图如图１．４所示．常用的翅片形式有：平直翅片、锯齿形翅片、多孔翅片、波纹翅片、百叶窗式翅片等等。

目前汽车空调中用的翅片的主要材料为铜、铝和工程塑料等。

由于铝制板翅式换热器具有换熟效率高、体积小、重量轻及适用性强等优点，已被工农业生产部门广泛采用，因此市场上流行的翅片多数为铝质材料【７１。

图１．５所示为通过滚轧成型的带百叶窗的波形翅片。

本文所研究的翅片成型机就是生产该种翅片的专用设备。

图１．４板翅式换熟器基本结构示意图１．５带百叶窗的波形翅片
翅片成型机是生产散热器用的翅片的专用装置。

针对翅片形式的不同要求，目前翅片成型机主要有冲压成型和滚轧成型两种方式【６１。

图１－６和图１．７
所示为某两个公司生产的翅片冲压式成型机和滚轧式成型机。

国内翅片成型机的生产厂家主要有辽宁省机械研究院、上海海郁翅片成型机制造有限公司、豫新汽车空调股份有限公司等等，但是利用滚轧方式生产百叶窗式翅片的厂家还是风毛麟角。

现有的翅片成型机多数为手动或是半自动的生产设备，其控制系统多采用继电器控制等。

本文研究的全自动翅片成型机是将铝箔卷材连续地加工成型为用于汽车空调“二器”（蒸发器，冷凝器）的带百叶窗的波形翅片的机械设备，是在图ｌ－７所示翅片成型机的基础上进行改进的新型专用设备。

图１．６冲压式翅片成型机Ｉ．２．２翅片成型机产生的背景和意义目前，汽车行业的发展非常迅速，
ｌ－７滚轧式翅片成型机
随着人们生活水平的不断提高，汽车的
需求量逐年增加，其市场前景尤为可观。

汽车空调“二器”（蒸发器，冷凝器）是汽车热交换器装置的重要组成部分。

带百叶窗的翅片又是汽车蒸发器和冷凝器芯体的重要组成部分，其质量的优劣直接影响到汽车热交换器的工作性能【，ｌ。

目前国内市场上自动化机床的需求量非常大，对于加工翅片类的机床更是风毛麟角，并且大多数的翅片成型机为普通的手动或是半自动的加工设备，需要多人监控并手工辅助才能加工出成型的翅片１４９ｌ。

对于娼式的翅片成型机，其加工翅片的宽度单一，而且波数一经设定不易改变，或改动较为困难，生产效率低，产品质量差，不能用于精密装簧中。

随着汽车空调“二器”不断向高技术、高精度、高效率飞速发展，原有的生产设备已经跟不上发展的需要。

现如今，不
断提高产品的技术含量，追求高效节能，最大限度地获取经济效益已经成为企
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２翅片成型机控制系统的总体设计
２．１翅片成型机主要组成部分介绍
翅片成型机是生产用于汽车热交换器的百叶窗状翅片的专用设备，其组成都分多，其主要机构的功能及Ｐｒｏ／Ｅ模型介绍如下：
（１）卷材开卷装置；该装置在送料装置的牵引下自动放卷，确保铝箔卷材连续地供应。

控制系统提供放卷过程的张力自动控制，使铝箔以一定的恒张力提供给送料装置。

该装置采用旋转机头的双头开卷机构，一头与整个设备连接，另一头处于待机状态，使得工作过程更加方便快捷。

开卷装置上的铝箔卷材是否用完，通过光电开关进行检测，并命令整个设备自动停机，换料后继续工作。

图２－１铝箔开卷装置
（２）送料装置：本装置将铝箔均匀地提供给成型刀具，使用变频器控制送料电机，采用ＰＬＣ与变频器通讯控制的方法实现送料速度与成型速度的同步控制。

图２－２送料装置
（３）张紧涂油装置：该装置主要作用是对翅片波高误差进行微量调整，并
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给成型刀具提供一个恒定的预张紧力．正常工作时，张力控制装置给予铬箔一个恒定的张力，当翅片波高出现正或负误差时，由波高检测系统发出信号，反馈给磁粉制动器，由磁粉制动器自动调整张力，使材料得到一个适合的成型张力，并将铝箔进行涂油后进入翅片滚轧成型装置。

图２－３张紧涂油装置
（４）滚轧成型装置：翅片滚轧成型装置是本设备的核心部分，该装置使用两把相对滚动的刀辊，将铝箔轧制出需要的带百叶窗的波装翅片。

装置采用变频器控制成型电机，采用ＰＬＣ与变频器通讯控制的方法实现其与送料速度的同步控制。

为确保刀具不受损伤，设计中在刀具传动轴上加设了扭力保护器。

工作时一旦发生塞刀现象，扭力增大后保护器使传动脱开，传感器发出信号设备自动报警停机。

图２—４滚轧成型装置
（５）定波峰切断装置：本装置采用伺服电机带动排料轮进行高速排料，可十分精确地将翅片摊出，并使翅片的波谷准确地停在切刀刃口处，这样就可将连续长度的翅片按设定的波峰数准确的切割，其切断误差为零．切断装置不设
空行程，进退各切断一次，大大地提高了切断效率，最高切断次数可达６０次／ｒａｉｎ．
圈２－５定波峰切断装置
２．２翅片成型机主要工作过程概述
本文所研究的翅片成型机主要功能是将一定宽度铝箔卷材连续地加工成用于汽车空调热交换器中的带百叶窗的波状翅片。

并将成型后的翅片按照热交换器所需要的波峰数进行切断。

该设备主要的生产流程如图２－６所示・
匝壅垂－匝耍卜恒囹‘
图２－６翅片成型机主要生产流程
通过以上对翅片成型机主要组成部分的介绍，明确了各部分的功能，根据翅片成型机主要生产流程，现将其主要工作过程概括如下：一定宽度的铝箔以卷筒形式放在开料架上，当变频送料装置启动后，牵引开料架进行转动放卷，开料架上铝箔的预张紧力由磁粉制动器来控制，放卷过程中通过张力控制器结合ＰＬＣ来实现－歼料卷与送料装置之间的张力恒定；然后铝箔经过由磁粉制动器控制的张力控制装置，然后经过涂油、除污后进行滚扎成型；成型后的翅片经过积片装嚣、波距调整装簧、波高自动检测装置后形成要求的翅片，翅片经过
图３一１２ＰＬＣ与伺服驱动器的简要接线图
（１）脉冲当量缸：虬由光电编码器每转反馈脉冲数Ｂ和电机转动一转所对应的机械位移量丛共同决定［３１】。

５７ＢＬ（３）．Ａ３０．３０Ｈ伺服电机的增量型光学编码器为２０００Ｐ／ｒ，分辨率为８０００，即在电机齿轮分子及分母（３４、３５号参数）均为１的情况下，控制器发出８０００个脉冲指令，伺服电机可以转动一圈。

排料装置的机械传动采用伺服电机带动一组齿轮以及一个排料轮进行排料，如图３．１３所示。

排料轮蜗杆就相当于滚动丝杠的作用，将旋转运动转化为翅片的直线运动。

假定用户需要的翅片波距为３ｍｍ，所需要的翅片为ｌＯＯ个波峰的长度，捧
圈３－１３伺服控制系统的机械传动简圈
料轮的节距为３ｍｍ，这样设定后，捧料轮转动一圈就可以准确地排出一个波峰的翅片，可以准确地进行切断，精度很高。

大齿轮和小齿轮之间的传动比为２：１，即大齿轮转动一圈，对应的小齿轮转动两圈，小齿轮转动两圈对应捧料轮也就转动两圈，也就可以排出两个波峰的翅片。

因此，伺服电机转动一圈，对
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程序写入虚拟的ＰＬＣ中，并弹出相应的对话框．此时程序已经处于“ＲＵＮ”状态，并且程序中所有的常闭触点都有接通显示，如图４－６所示。

图４－５ＧＸＤｅｖｅｌｏｐｅｒ７．０软件界面
图４－６程序模拟仿真启动界面
（３）在图４－６中的弹出对话框上选择“菜单启动”，选择其下拉菜单中的“Ｉ／Ｏ系统设定一，系统将弹出Ｉ／０系统设定对话框，在此对话框中输入程序中用到的所有输入软元件，然后单击圈泣后存盘，再单击盆赢可以进行运行监视，如图４．７所示。

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图４－７Ｉ／０系统设定界面
（４）在图４－６中的弹出对话框上选择。

菜单启动”，选择其下拉菜单中的“继电器内存监视”，在弹出的对话框中选择“时序图”，然后点击“起动”，系统弹出图的时序图对话框。

在对话框中选择“软元件”，然后依次将需要检验的软元件登录到时序图的左侧，然后单击蒸懋缫；按钮，系统就会自动显示相
应软元件的时序图。

在进行时序图监视之前，要将相应的输入触点接通，这样才能进行运行监视，如图４－８所示．时序图即可说明相应软元件的接通与断开的状态，高电平代表接通，低电平代表断开。

通过观察时序图的实时变化状态就可以判断出相应软元件的动作是否正确，从而达到程序调试的目的．图４－９给出的是自动运行中张力控制脉冲输出程序段的时序图，通过时序图，可以很
豳４－８对序豳运行监视界面
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直观地看出脉冲输出点Ｙ００５的通断状态，也实时反映出定时器ＴＯ和Ｔｌ的状态变化情况．
图４．９张力控制脉冲输出程序段的时序图
按照同样的道理，只要将Ｉ／Ｏ系统设定界面中的相应程序的输入触点接通，就可以在时序图中观察到其相应输出触点的时序图，通过时序图的变化情况就可以直观地了解到程序是否可以执行以及逻辑关系是否正确，从而实现程序的模拟调试。

经过对控制程序的反复模拟调试实验，反复地修改，最终得到合乎要求的翅片成型机控制程序。

４．４本章小结
本章在阐述了ＰＬＣ的编程语言和程序设计方法之后，通过对翅片成型机控制系统的总体功能分析，对ＰＬＣ的具体型号进行选定以及对输入／输出点进行分配。

然后对翅片成型机控制系统进行程序设计，给出翅片成型机的主程序流程图和自动控制流程图。

依据控制流程图进行控制梯形图的编写，然后对控制程序进行模拟调试实验，保证程序的正确性。