自动剪切生产线的PLC控制系统设计_王世红

第24卷第3期 青岛大学学报(工程技术版) V ol.24N o.3 2009年9月

JOURNAL OF QINGDAO UNIVERSITY (E&T)Sep.2009

文章编号:1006-9798(2009)03-0013-04自动剪切生产线的PLC 控制系统设计

王世红a ,崔海荣b ,徐世许a ,张传林a

(青岛大学a.自动化工程学院; b.软件技术学院,山东青岛266071)

摘要:为使自动剪切生产线设备协调运行,设计其控制系统。系统以可编程控制器

(PLC)为核心,还包括触摸屏、变频器、伺服驱动器/伺服电机等部件。送料长度在触摸屏

上设置,PLC 根据设定值计算出脉冲数后向伺服驱动器发送,控制伺服电机送料,从而实

现精确的伺服定位,其定位精度可达1m ?0.01mm 。

关键词:PLC;伺服驱动器/伺服电机;变频器;触摸屏

中图分类号:TP391.8文献标识码:A

收稿日期:2009-06-08

作者简介:王世红(1985-),男,山西省昔阳县人,硕士研究生,主要研究方向为计算机控制。

在工业生产过程中,自动剪切生产线应用十分广泛。它能将金属卷料加工成一定尺寸的板料,可实现自动开卷、定长送料和自动剪切,其生产效率高、适应性强,适合较大规模生产。但是传统的生产设备与系统多以机械为主,是电气液压或气动控制的机械设备[1],存在送料不够精确、生产效率低下等诸多不足,已不能满足所有的生产需要。随着工业水平的不断发展,生产设备已逐步地由手动操作改为能够进行大规模生产的自动控制。本文设计的PLC 控制系统,使用了伺服驱动装置,充分发挥其控制精度高、响应速度快和运行平稳等优点,有效地提高剪切的精度和效率,提升生产过程的自动化程度,具有十分广阔的应用前景。1 自动剪切生产线组成

自动剪切生产线由开卷机、送料机和剪切机3部分组成,如图1所示。

图1 自动剪切生产线

1) 开卷机包括开卷轴、保持器和弧形托起器。

开卷轴由变频器驱动的电动机带动,负责将卷料展

开。为了避免送料机工作时对已展开的卷料产生较

大的张力以及对机械设备造成损伤,开卷机先预放

一定长度的料,起到缓冲的作用。保持器在开卷机

转动时压住卷料,避免卷料松动。弧形托起器托起

已展开的卷料,避免其触地。

2) 送料机通过伺服驱动器/伺服电机装置带

动内部许多组压辊旋转,精确地给剪切机送料。另

外,这些压辊还能对卷料进行压平,使送到剪切机的

料更加平整。

3) 剪切机完成对送料的剪切,是整个生产线的最后一道工序。2 PLC 控制系统设计

2.1 系统的控制要求

1) 运行方式。开卷机、送料机和剪切机都具有手动/自动两种工作方式。采用自动工作方式时,系统将按预先设定的工艺流程不间断地循环工作;手动工作方式是在设备单动、调试和检修阶段使用[2]。

青岛大学学报(工程技术版)第24卷

2) 协调一致。在自动工作方式时,开卷机、送料机和剪切机3种设备需要配合使用,因此要求它们的动作能够协调运行。

3) 实时显示。系统中各个工序的运行情况、报警信息、送料长度和加工工件数量等信息都要求在触摸屏上显示。

4) 故障检测。系统能够自动检测各个工序的运行是否正常。如果出现异常,在触摸屏上显示错误信息,同时生产线停止运行;故障解除后,按启动按钮生产线继续运行[3]。

5) 紧急停止。当出现紧急情况时,按下急停按钮,所有正在运行的设备全部停止。

6) 安全保护。在程序设计过程中,对关键环节设置多重防护,避免人身及设备事故的发生。

2.2

控制系统设计

图2 PLC 控制系统

自动剪切生产线的PLC 控制系统如图2所示。

PLC 采用OMRON 40点的CP1H 机型,它是OM RON 最新

的超高速的一体化紧凑型PLC ,内置高速脉冲输出功能,可以直

接控制伺服电机运行[4]。为了满足输入输出点数的需要,增加两

个20点的输入/输出扩展模块。PLC 接收系统中各种按钮及开

关的信号,根据程序和预先设定的参数,控制电磁阀及继电器动

作,同时通过高速脉冲输出向伺服驱动器发出定量的脉冲数控制

伺服电机的运转。

变频器采用松下M ID 系列,主要是根据PLC 输出端信号控

制电机的正反转及转速,从而实现对卷料的释放和回收。

交流伺服控制系统采用松下M INAS A4系列,由于其采用独特算法,速度频率高,定位超调整定时间短,可实现高速定位,是交流伺服电机中性价比较高的产品[5]。伺服驱动器根据PLC 高速脉冲输出端发出脉冲的个数、频率控制伺服电机的转动位置及速度,从而精确地给出送料长度。

触摸屏采用OM RON NT5Z 系列,其作用是负责参数的设定、修改和部分机械动作的控制,同时将设备的动作信息反映给用户。它与PLC 之间通过RS232串口通信实现数据交换,为用户提供了良好的人机交互界面。

开卷机上装有上、下两个光电开关,当卷料位于上光电开关之上时,变频器高速运行,控制开卷机高速放料;当卷料位于上、下两个光电开关之间时,变频器低速运行,控制开卷机低速放料;当卷料足够长以至于挡住下光电开关时,变频器停转,同时开卷机停止运行。剪切机上装有一组凸轮开关,它们是一种微动机械开关,用来标识剪切机动作位置,作为输入信号提供给PLC 。凸轮开关有上死点、干涉点、下死点和送料启动点4个信号。当送料启动点信号接通时,伺服系统开始运行,控制送料机送料,送料启动点至干涉点上升沿之间的区域为可送料区域;当干涉点信号接通时,伺服送料必须完成,否则将发生干涉报警。PLC 根据这组凸轮开关信号,协调开卷机、送料机和剪切机三者的动作,最终使整个生产线能够协调运行。

3 程序设计

程序设计有2部分:触摸屏画面和PLC 控制程序。

触摸屏的画面有4种:参数设置、信息实时显示、操作按钮和报警信息。参数设置是指对送料长度、加工工件个数、送料速度、开卷机速度等参数的设置。信息实时显示是对以上各参数进行直观的显示,以方便操作人员更好地掌握系统的工作情况。考虑到人身及设备的安全问题,对可能产生的错误操作设计了报警信息提示,包括伺服报警、变频器报警、凸轮开关信号重叠等。

PLC 程序流程如图3所示,其程序主要由凸轮开关信号去抖动、变频器运行、PLC 脉冲输出、报警和数据处理等5部分组成。下面只对其中部分程序加以说明。1) 凸轮开关信号去抖动

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