和利時LM系列PLC在液壓板料折彎機中的應用

　　1、引言
　　
　　基于伺服電機直接驅動的折彎機數控技術是九十年代發展起來的*,屬于*制造技術前沿。它的研究和開發工作對于提高國產設備綜合性能指標和打破國外在這一技術上的壟斷位置有重要意義。隨著PLC和觸摸屏技術的發展，在折彎機中的應用都得到了很快的發展，為折彎機控制系統提供了新思路、新方法，也為生產效率的提高、為人類上產和生活水平的提高有著重要意義。PLC和觸摸屏均采用開放性的編程方式，為折彎機的靈活性和創新性的控制方法提供了基礎。
　　
　　2、液壓板料折彎機介紹
　　
　　2.1液壓板料折彎機設備結構
　　
　　液壓板料折彎機設備外形見圖1，其結構主要由機架、腳踏開關、折彎角度定位機構、水平擋料定位機構、下壓折彎機構和電氣控制系統等組成。　　
　　                    圖1設備外形                                                              圖2機械結構圖
　　
　　折彎角度定位機構由伺服電機和鏈條傳動機構組成，可根據設定的折彎角度微調或自動進行高度調整，保證了高度定位的精度。水平擋料機構由伺服電機和絲杠傳動機構組成，進行折彎工件的寬度定位，可微調定位也可自動定位，連續折彎中可進行多工步自動選擇，依次實現對多個位置的定位折彎。下壓折彎有液壓機構執行，配合腳踏開關可進行點動、單次和連續三種工況。
　　
　　2.2液壓板料折彎機工作過程
　　
　　折彎機工作過程可分為點動、單次和連續三種工作方式。
　　
　　點動：選擇點動操作檔位，踩下腳踏慢進，下壓折彎機構自動下壓，碰下行程開關停止下壓；下壓過程松腳踏慢進，停在當前運行位置；下壓過程踩下腳踏回程，下壓折彎機構自動回程，碰上行程停止回程；回程過程松開腳踏回程，停在當前回程位置。
　　
　　單次：設定保壓時間，卸壓時間，水平擋料進、退距離，調整好水平擋料位置；選擇單次操作檔位，下壓折彎機構不在上行程開關位，首先自動回上行程開關位；踩下腳踏慢進，下壓折彎機構自動下壓；碰下行程開關時，水平擋料機構后退設定距離，同時自動進行保壓；保壓時間到自動進行卸壓，卸壓時間到下壓折彎機構自動回程，同時水平擋料機構自動前進設定距離；碰上行程開關，單次折彎動作結束。
　　
　　連續(工步)：
　　
　　(1)設定保壓時間，卸壓時間，水平擋料進退距離，調整好水平擋料位置；
　　
　　(2)設定工步數以及每個工步的擋料位置、折彎張數；
　　
　　(3)選擇連續操作檔位，下壓折彎機構不在上行程開關位首先自動回上行程開關位；踩下腳踏慢進，下壓折彎機構自動下壓；碰下行程開關時，水平擋料機構后退設定距離，同時自動進行保壓；保壓時間到自動進行卸壓，卸壓時間到下壓折彎機構自動回程，同時水平擋料機構自動前進設定距離；碰上行程開關，一次折彎動作結束，進行下一次折彎。
　　
　　(4)當前工步折彎次數完成，碰上行程開關，水平擋料位置自動進行調整，進入下一工步折彎動作。
　　
　　(5)所有工步動作完成，碰上行程開關，連續折彎動作結束。　　　　
　　3、監控系統設計
　　
　　液壓板料折彎機控制系統由控制部分、驅動部分和監控部分組成。系統結構如圖4所示。
　　
　　3.1PLC介紹
　　
　　3.1.1PLC工作原理
　　
　　PLC工作方式又掃描方式和中斷方式，所謂掃描方式是周而復始的執行一系列任務。任務循環執行一次稱為一個掃描周期，其掃描的工作過程如下：
　　
　　(1)讀輸入：將物理輸入點上的狀態復制到輸入過程映像寄存器中。
　　
　　(2)執行邏輯控制程序：執行程序指令并將數據存儲在變量存儲區中。
　　
　　(3)處理通訊請求：即執行通訊任務。
　　
　　(4)執行CPU自診斷：檢測固件、程序存儲器和擴展模塊是否工作正常。
　　
　　(5)寫輸出：在輸出過程映像寄存器中存儲的數據被復制到物理輸出點。
　　
　　中斷方式是指當中斷事件發生時則立即執行一次相應的中斷服務程序，不受掃描周期的影響，響應速度快，從而進一步提高了PLC控制的可靠性。中斷事件不發生時，不掃描中斷服務程序，這樣可以節約掃描時間，減少掃描周期。
　　
　　3.1.2PLC特點
　　
　　(1)PLC邏輯判斷和控制能力強，抗*力強，可靠性好。PLC從硬件上采用隔離、濾波措施有效地抑制和消除了干擾。
　　
　　(2)擴展性和柔性好，且可移植性好，在不改變硬件的情況下，只改變軟件的程序就可以實現不同的功能。
　　
　　(3)編程語言豐富，可以采用不同語言編寫程序，®LM系列PLC支持6種編程語言，包括：梯形圖(LD)、指令表(IL)、結構化文本(ST)、功能塊圖(FBD)、順序功能圖(SFC)和連續功能圖(SFC)。給編寫程序帶來很大方便。
　　
　　3.2監控系統方案
　　
　　監控系統要實現功能主要是：(1)控制參數的設置；(2)狀態和數據顯示；(3)液壓板料折彎機控制。本系統采用主、從站方式，通過MODBUS標準協議實現該監控系統的通訊功能，其中主站選用和利時觸摸屏。考慮到控制系統的安全性和抗干擾性要求，結合PLC的特點，該系統控制部分采用PLC控制。從站選用LM系列PLC。其結構圖如圖4所示。　　　　
　　3.3控制系統硬件
　　
　　3.3.1PLC選型
　　
　　本系統采用LM系列高速運動控制模塊LM3106A控制。LM3106A是專為實現高速運動控制而設計的模塊，主要用于實現步進或伺服電機的定位控制。
　　
　　LM3106A本體集成14通道24VDC輸入，10通道晶體管輸出，其輸出有2個公共端，輸出通道采用5-24VDC驅動電源供電，具有兩路高速輸出，可做PWM(100KHz)或PTO(50KHz)使用，另外，還可以通過RS-232通訊口與和利時觸摸屏進行通訊。
　　　　　　
　　信號類型設備名稱PLC地址信號類型設備名稱PLC地址
　　
　　開關量輸入信號(DI)上行程開關%IX0.4
　　
　　開關量輸出信號(DO)快進%QX0.0
　　
　　連續選擇按鈕%IX0.5慢進%QX0.1
　　
　　點動選擇按鈕%IX0.6回程%QX0.2
　　
　　下行程開關%IX0.7角度步進脈沖%QX0.3
　　
　　單次選擇按鈕%IX1.0角度步進方向%QX0.4
　　
　　慢進腳踏%IX1.1擋料步進方向%QX1.0
　　
　　回程腳踏%IX1.2擋料步進脈沖%QX1.1
　　
　　啟動%IX1.3
　　
　　停止%IX1.4
　　
　　3.3.2驅動電機選型
　　
　　液壓板料折彎機驅動部件主要包括擋料伺服電機、角度伺服電機和豎直液壓氣動裝置。
　　
　　伺服電機及驅動器均采用和利時公司的產品，其中“蜂鳥(Hummer)”系列低壓無刷伺服電機驅動器是北京和利時電機公司推出的適合低壓直流供電的、小體積、高性能全數字伺服驅動器。硬件上采用32位高速RISC控制芯片,功率變換技術，以及創新編碼器反饋技術；軟件上采用的電機控制策略，*以軟件方式實現了電流環、速度環、位置環的閉環伺服控制；驅動器嵌入了運動控制功能，通過通訊接口即可完成如多段點到點、直線插補、圓弧插補等功能。擋料和折彎角度分別采用伺服電機進行定位，達到了定位和角度調整，保證了設備控制要求及運行效果。
　　
　　往復下壓折彎動作由油泵和氣動裝置完成，通過PLC控制電磁閥的得、失電進行。
　　
　　3.3.3監控部分
　　
　　上位監控部份由一臺和利時觸摸屏，配以監控軟件來完成，觸摸屏上可以進行動作操作，運行參數設定，工作狀態選擇以及顯示PLC的輸入輸出點工作狀態。圖5和圖6為觸摸屏部分監控畫面。　　　　
　　4、液壓板料折彎機特點
　　
　　液壓板料折彎機適用于大型鋼結構件，鐵塔、路燈桿、高燈桿、汽車大梁、汽車車貨箱等相關行業。基于和利時公司PLC和伺服自動控制系統的液壓板料折彎機有以下特點：
　　
　　(1)采用電液伺服全閉環控制系統，折彎精度、重復定位精度達到很高的水準。
　　
　　(2)直接進行角度編程，具有角度補償功能。
　　
　　(3)每步程序可設定板料折彎位置(后檔料X，相當于伺服的位置)、凸模具下壓位置(Y值，相當于凸模具下降的距離)、折彎次數、保壓時間4個參數。
　　
　　(4)具有多工步編程功能，可實現多自動運行，每一步執行完后，觸摸屏都要自動把下一步參數輸入PLC和伺服，實現多工步零件一次性加工，提高生產效率。
　　
　　該系統已投入生產使用，運行穩定可靠，控制精度高，維護使用方便，受到用戶青睞。
　　
　　5、結語
　　
　　設備采用性價比*的和利時PLC提供了整體解決方案，替代了原來的單片機控制系統，避免了干擾和不穩定因素的影響，保證設備運行達到好的控制效果。設備對角度調整和擋料定位精度要求較高，采用伺服電機進行角度調整和擋料自動定位控制，走位準確，能夠滿足復雜工藝的要求。