基于PLC的四轴裁切机控制系统设计.pdf

自 动 化技 术 与 应 用 2 0 1 1 年 第3 0 卷 第9 期 行 业 应 用 与 交 流 nd u s t r i a l Ap p l i c at i o n s a n d Co m mu nic a t ion s 基于 P L C的四轴裁切机控制系统设计 曹 建 军 常州纺织服装职业技术学院 ， 江苏 常州 2 1 3 1 6 4 摘要 采用 F X 2 N系列 P I c为控制器， MC GS触摸驿为人机界面， 采用编码器、比例电磁 技术， 设计 r一 一 套 力、行程 口 f 悯的I 』 q 托裁切机控制系统。 关键词 四件裁 切饥 ； P I C； MC G S； 编码器 巾 分类} Tt ’ 2 9 戈献标识 l 3 史章编 ‘ 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 0 0 9 0 0 8 2 r 0 3 De s i g n o f a F o u r -- Ax i s Cu t t i n g Ma c h i n e Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n PL C C A O J i a n -j u n Ch a n g z h o u T e x t i l e Ga r me n t I n s t i t u t e ， C h a n g z h o u 2 1 3 1 6 4 C h i n a Ab s t r a c t M CGS t o u c h s c r e e n a s m a n ma c h i n e i n t e r f a c e ，e n c o d e r a n d p r o p o r t i o n a l s o l e n o i d v a l v e t e c h n ol o g y a r e a d o pt e d ， a c o n t r o l s y s t e m o f t o u r a x i s c u t t i n g ma c h i n e wi t h p r e s s u r e a n d s t r o k e a d j u s t a b l e i s d e s i g n e d b a s e d o n F X2 N s e r i e s P L C． Ke y wo r d f o u r a x i s c u t t i n g m a c h i n e ； P LC； M CGS； e n c o d e r 1 引言 四柱裁切机是皮革、箱包、塑胶、橡胶等产品生产 中广泛使用的一种刀模裁切设备 ， 其主要功能是将片状 原材料按刀模切成所需要的形状 ， 是一种工业生产中常 用 的下料机械 [ 。 长期以来是 ， 这种设备采用传统继电器控制 ， 自动 化程度差， 使用故障率高。本文采用P LC控制器和触摸 屏 ， 采用编码器 、比例电磁阀 ， 设计了一套压力、行程 可调节的四柱裁切机控制系统。 2 四柱裁切机结构及原理 四柱裁切机 的机械部分由机身和液压缸二部分组 成。机身由工作台、上压板、立柱等组成 ， 以四根立柱 为骨架 ， 上压板 、工作台由螺母 固定于上下两端 ， 将机 器构成一个整体。液压缸的结构为活塞式油缸 ，由缸 体、导向套、活塞头、活塞杆、锁母、联接法兰等组成。 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 2 6 裁切机的动力 由液压提供 ， 上升下降动作由电磁阀 控制， 本设计中采用了一个两位四通换向阀 YV ， 一个 三位四通电磁换向阀 YV 、YV， 。 工作过程如下 安装好刀模 ， 给设备通电； 按下液压 泵启动按钮， 液压泵起动； 放入原材料 ， 双手同时按下裁 切按钮 ， 电磁阀 YV 、YV 得电， 上压板快速下行 ， 到达 指定位置， 电磁阀 YV 失电， 转为慢速下降； 到达裁切位 置 ， 比例阀加压进行裁切。裁切到位 ， 电磁阀 YV 失电， YV， 得电， 上压板快速上升 ， 返回原位。取出成品， 放入 新材料 ， 重复以上过程。 根据 以上工作流程， 可得到裁切过程 ， 电磁阀及对 应 P LC输出点列表 ， 见表 1 。 表 1 裁切步骤与电磁阀、PL C输 出点对应表 步蒜 1 得电电硅阀 P 【 C I ／ b 行程功能 l Y v 、Y v 1 Y ． 、Y 快下 2 Y 慢下 3 Y V ． Y ． 加压款切 4 Y v ， 快上返回 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r ial Ap p l i c at i o n s an d Commun ica t i o n s 自动化技术 与应用 2 01 1年第 3 0卷第 9期 裁切行程位置 由编码器进行精确设定。各个阶段 ， 可用 比例阀调节液压流量 ， 控制速度及压力大小。工作 过程中， 只要按下急停按钮， 上压板立即停止下降 ， YV2 得 电， 向上运动 ， 直接返回。 3 电气控 制系统设计 为提高设备使用和操作性能 ，实现设备 自动化控 制， 提高裁切产品质量 ， 系统完全采用数字化设计。其 控制系统结构如图 1所示 。 人 M 机 C 界 GS 面b l “ t口 l l l 值 厂 ，1 艰 水 人 机 界 面 r、r 1／ ． 1 编 里 墅}-- 输 出 继 电 器 F N j 1 ．曼 一 -3 2 液 压 电 磁 阀 V v o 、 Y V I 、 Y V 2 堑 堡 垒卜 - - - M R l 卜 l 比 例 阀 放 大 器 二 - 一 图 1 控制系统结构 3 ． 1 液 压 泵控 制 液压泵为三相异步电机 ， 功率为 5 ． 5 k w， 其主电路 采用接触器直接起动 。操作箱上设有液压泵启停按钮 ， 启停信号送人 PLC， 由程序给出输出信号， 控制接触器 线圈， 实现液压泵起停。 3 ． 2 裁切行程控制 在运动部件上安装同步齿条 ， 在机壳上固定安装编 码器 ， 编码器轴上安装有 同步齿轮， 随运动部件的上下 移动 ， 齿条带动同步齿轮旋转 ， 编码器输出脉冲， 从而实 现裁切行程位置采集。编码器线数越高 ， 其行程精度也 越 高 。 设备通电后 ， 根据工艺要求， 在触摸屏上设置裁切 行程参数。正常工作裁切时， 由P L C比较当前位置与行 程参数设定值 ， 对液压电磁 阀组控制。行程参数设定也 可采用手动学习操作 ， 由P L C自动记忆手动操作裁切位 置 ， 作为设置值 ， 此设定值还可以在触摸屏上进行手动 微调 ， 提高裁切质量 。 3 ． 3 裁切 压力控制 裁切时， 在初始下行时， 以较快速度下降 ， 到达一定 位置时 ， 变成慢速 ， 当达到裁切位置时 ， 加压裁切并保 持， 确保裁切效果， 彻底切断材料。为实现压力可调节 ， 采用 了电液 比例 阀。 电液 比例 阀是将电量转变成液压输出量 的电液转 换元件。随着 电子技术和计算机技术的发展 ， 电液比例 系统的性能得到显著改善 ， 因而得到广泛应用。 本系统在 F X2 N一3 2 MR基本单元基础上扩展了一 个 F X2 N一3 A模拟量模块， 通过其模拟量输出通道 ， 输出 0 一l 0 V电压给HNC1 0 8 5比例阀驱动器 ， 驱动器再输出对 应电流 0 8 5 0 mA， 驱动比例阀开度 ， 实现裁切压力的控 制。比例阀驱动器 HNC 1 0 8 5示意如图 2 。 供电电潭 l v 比棚l羁缱 电位嚣辅鼢魄 I I 赣入拨斜I 鬣 母 0 o 上 一 L 篁骞 0 0 警 i ● 置 曼 t T 冀 上 矗 1r 口 口 团 固 ll 寰 捌 0 嘲l 螂脚 删脚 髓 啊 灌 o 。 图 2 比例 阀驱动器 H N C1 0 8 5 3 ． 4 其他辅助控制 为确保裁切安全 ， 设置 了双手启动按钮 ， 同时为了 以防万一， 防止压手 ， 或者异物压入 ， 还设置了操作台光 幕保护。为防止超限程 ， 损坏设备 ， 安装了上下限感应 位置开关。为防止 电机过载， 把液压泵热继 电器的常开 接入 P LC， 发生过载时， 自动停止液压泵并报警 。 4 P L C程序 设计 F X2 -3 2 MR程序采用三菱公司编程软件 GX De - v e l o p e r V e r s i o n 8 ． 8 6 进行设计 ， 采用梯形图语言 ， 直观， 方 便 易用 。 4 ． 1 编码器连接及编程 位置计数采用双向高数计数器 C 2 5 l ， 当上下压板合 模时， C 2 5 1 清零 ， 上压板向上时， C 2 5 l 增计数， 当上压板 向下时， C 2 5 1 减计数。采用 比较指令， 把 C 2 5 1 当前值和 设定的上限位置、加压位置 、差动位置、裁切终点的值 自 动 化技 术 与 应 用 2 0 1 1 年 第3 0 卷 第9 期 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r ial App l ic a t ion s an d COmm u n i c a l lOn s 进行 比较 ， 比较结果对辅助继电器 M 赋值 ， 作为控制阀 动作的转换点。当进行触摸屏行程设定时， 将 C2 5 1复 位。同时可以根据试模情况， 在触摸屏上对裁切终点进 行微调。其程序如 图 3所示。 ；高遵计辑器碾妥擞 E 性屯 嚏 离F 琏动州Y 。f l 当 筒埘』 位蓬俺 IQ0 ] ；当降到加联旺鼹时，M I i 1 ； 当降剖 艘动位 置时 Mi 4 I ；当隆利麟切舞睹纠 2 i 触攫屏姚切使鬣徽l懒 薄 触攫 ⋯ 敬．搿磷 1 行稳糟定时，计数器熊俄裁 切终盥值酒 r 图 3 编码器计数程序 4 ． 2 电液比例阀的控制编程 在裁切不同的过程中， 根据压力控制的不同要求 ， 由P L C控制 F X2 N一 3 A模输出0 一l O g电压 ， 给比例阀驱 动器 HNCl 0 8 5 ， HNC1 0 8 5 输出对应电流， 控制比例阀的 开度， 从而实现压力和流量控制。对于 F x2 N一3 A的编 程 ， 如下图 4所示。 K 0 K I 6 D 1 9 7 K I ] K O KI H O K 1 ] 图4 F X 2 N - 3 A的 D ／ A程序 数据寄存器 D 1 9 7中存放 的是对应比例 阀开度数 值 。在上压板达到不同行程位置时 ， 把触摸屏参数设定 中对应的位置设定值赋给它 。 5 MCGS组态界面设计 人机界面采用北京昆仑通自动化软件科技有限公司 的PC7 0 6 2 K， 它是以嵌入式低功耗 C PU为核心 ARM C P U， 主频4 0 0 MH z 的高性能嵌入式一体化触摸屏。该产 品设计采用了7英寸高亮度 T F T液晶显示屏 分辨率 8 0 0 X 4 8 0 ， 四线电阻式触摸屏 分辨率 1 0 2 41 0 2 4 。屏内置 了嵌入版 MCGS组态软件 ， 使用方便、直观、成本低。 组态设计充分考虑操作、管理方便， 分别设计了欢 迎、主功能、行程设定、手动测试、运行参数、距离参 数等画面[ 2 l 。 主画面主要用来显示 日期、实际行程位置、当前裁 切数量、当前状态的模拟显示 ， 画面的切换等。行程设 定画面， 是在手动操作下， 完成一次裁切， 由P L C自动记 录编码器脉冲 ， 作为位置设定参数。手动测试画面是为 了调试方便 ， 按下对应按钮时， 实现点动控制。运行参 数设定画面用来设定裁切时间常数、每一段行程的压 力大小等。 其 主要 画面 如 图 5所示 。 一 一 图 5 主 要人机界 面 6 结束语 本文以 F X2 N系列P L C为控制器 ， 以MC G S触摸屏 为人机界面设计 了一套压力 、行程可调 的四柱裁切机 控制系统。本系统在设备上应用以来 ， 直观易学 ， 操作 方便 ， 裁切精度高， 效果好 ， 取得 了良好的经济益。 参考文献 [ 1 】 魏晓耀， 宁爱丽， 吕风州． 胎面定长裁断机自控系统的改 造【 J J ． 橡塑技术与装备 ， 2 0 0 3 ， 1 2 5 2 5 4 ． 【 2 ]张吉月， 纪文刚， 张硕生， 李铁香， 张立新． 基于P L C子午 胎全 自动裁断机控制系统的研究⋯ ． 微计算机信息 2 0 0 2 ， 7 】 6一】 7． 作者 简介 曹建军 1 9 7 6 一 ， 男， 讲师， _ 7 - 程师， 主要从事电气 自动 化 教 学 及 应 用 研 究 。