剪板机的PLC控制系统设计

剪板机的PLC控制系统设计

摘要:本文主要对剪板机的控制部分进行了研究。通过在定长辊轴上的编码器,对钢板的送料长度进行控制。控制部分需根据各个模块的要求进行设计,以达到整体控制的目的。在此采用变频器和同步控制器,保证各电动机能够同步转动。

关键词:剪板机PLC 变频器同步控制器

The Control System Design of Cutting Machine Based on PLC

Abstract:The control system of cutting machine was researched in this paper. The feeding length of steel sheet was controlled by using encoder fitted on the length-fixed roller. In order to control the whole machine, the control system was designed under the requirements of all parts. To ensure the synchrocontrolling of every motors, frequency transformer and synchronous controller wear adopted in the system.

KeyWords:CuttingMachine;PLC;FrequencyTransformer;Synchrono us Controller

剪板机是机械行业的常用设备之一,主要用于金属板材的直线剪裁。将PLC技术用于剪板机的控制系统,改善了剪板机的自动化水平和性能,提高了企业的生产效率,降低了工人的劳动强度,减少了人工成本,增强了产品的竞争力。

1 剪板机简介

按照工艺要求,设计的剪板机包括四个部分,即开卷取料、校直校平、定长取料和板料切断。前三部分中,通过辊轴实现板料的前移,由电动机作为动力来实现驱动。最后的板料切断部分为往复式直线运动,考虑到冲击与振动的存在,采用气动技术实现这部分的结构。四个部分协调动作,实现板料的切断工作,并达到精度要求。图1所示为剪板机结构简图。

开卷取料部分包括开卷和取料机构,开卷机构的幅度可以调节,满足不同板料剪切的要求。取料机构是为了使得板料前移,通过辊轴夹紧板料并转动向前推进,其中取料机构的辊轴部分同样可以调节,以满足板料厚度规格的变化。

校直校平部分是通过外加压力达到板料由原来的卷式逐步变成需要的平板,由多级上下辊轴施压逐步实现。在实现施压校直的同时,还要将板料传输向前给下一工作位置。上下辊轴之间的间距同样可调,满足板料规格及所需压力所需。

定长取料部分的左右幅度、上下辊轴均可调,以满足剪切取料不同尺寸的要求。这一部分是剪板机的剪切精度关键所在,最后切下来的板料尺寸精度由这里来决定,要求其精度高、效率高、运转平稳,综合考虑,在传动上采用了同步带的方案。

板料切断部分主要考虑剪切力的大小,当然必须结合切断时的特

征,如冲击大、振动强等特征。结合该运动为往复式直线运动,确定采取气压传动方式,具有清洁、安全、成本低等优点。经计算选型,确定合适的气缸。

2 PLC控制系统设计

PLC因其适合于工业现场的控制,在现代制造业自动化领域得到了广泛的应用。剪板机的控制系统采用PLC来实现。根据板料规格不同,对其工艺速度要求可调,所以在前三部分中的驱动电机采用变频器进行调速。为了保证定长取料部分的精度需要,采用“编码器+同步控制器”来实现电动机的控制,由同步控制器实现驱动电机的同步运转,再由编码器进一步检测反馈,确保所剪板料的精度。图2为其原理框图。

2.1 硬件选型及设计

(1)PLC选型。

经市场调研,综合考虑确定选用三菱系列的PLC。本设备中需要13个输入(X)、8个输出(Y)。其中6个输出用于前三个组成部分的三

台变频器控制。若按I/O点数来选的话,则24个I/O的PLC就可。考虑到系统的冗余性及系统接线的方便性、可靠性,最终选择40个I/O 的。因为驱动负载既有交流又有直流的,所以选择继电器式。确定为-40MR。

(2)变频器的选型。

因选用三菱的-40MR产品,亦选择三菱的变频器。FR-E500系列变频器采用磁通矢量控制,性能好、通用性强,可实现1Hz运行以及150%转矩输出,采用柔性PWM技术实现其低噪音运行。根据需要,变频器选择FR-E540。

(3)同步控制器选型。

经市场调研,市面上同步控制器相对型号较少,而台达的性价比高,因此这里选用台达SCD-B系列同步控制器,型号为SCD08B21A,说明如下:SCD为同步控制器系列产品代号;08为每台控制器中的单元数;B为系列号(数字式);21为工作电源(21:220V单相);A为设计序号。

(4)接线原理图。

本设备使用三相380V的交流电,使用总电源开关QS。在PLC与同步控制器控制线路部分使用220V的交流电。电路中要使用到熔断器FU1作为过载保护,并加一个按钮SB1作为急停开关。由于变频器自带有过载保护电路,所以在变频器接线部分就不需使用熔断器。变

频器接三相交流电,输出端U、V、W分别接电动机的三相。由PLC 内部DC24V对编码器和位移传感器供电。编码器为OMRON公司的E6A2-CWZ5B 1000P/R 0.5M,输出A、B分别接到X0、X1,经内部2相输入实现高速记数。同步控制器的输入端为校直校平部分和送料部分所接入的非接触式位移传感器信号,该位移传感器选用GEFRAN公司的IK1A型号的产品,由此判断所输入板料的松紧。图3为接线原理图。

2.2 控制程序设计

剪板机能实现自动、手动模式。自动模式又包括循环工作和单周期运行。循环工作是按下启动按钮之后,剪板机连续工作,实现开卷取料、校直校平、定长取料、板料切断等工艺,周而复始直至按下停止按钮。单周期运行是指剪板机接受指令后仅工作一个周期,主要是用于调试,确保剪切质量。手动模式即点动实现单步运动,也主要用于调试。

图4～图6为初始化、手动模式、自动模式的控制程序。

3 结语与展望

所完成的剪板机采用PLC、变频器和同步控制器等技术,对设备的性能有了很大的改善,大大提高了产品的质量,满足柔性需求。

参考文献