基于FX2NPLC控制的U形折板机系统研制.pdf

基于 F X 2 N P L C控制的 U形折板机系统研制 口杨后川 口张学 民 口郑锐 空军第一航空学 院5 0 2 河南信 阳4 6 4 0 0 0 ‘摘 要 在介 绍 u型板折板机 的组成 结构基 础上 ， 分析 其控制要 求， 设计其 气动 系统 ， 选用三菱 F X 一1 6 MR控制 器， 并设计 出相应控制程序。 控制程序 包含 复位操作 、 单周期 、 单步加工控制和误动作的禁止环节。 该折 板机 工作性 能稳 定、 操作方便 、 经济适 用， 能很好地满足中小规模型材厂批量加工需要 。 关键词 U型板折板机气动系统可编程控 制器 中图分类号 T H 1 3 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 0 9 0 5 0 0 5 2 0 3 u 型 板 折 板 机 是 型 材 加 工 厂 常 用 的 加 工 设 备 ， 它 可 以 把 板 面 金 属 板 料 折 成 如 图 l 所 示 的 u 型 形 状 。 U 型 板 折 板 机 的 基 本 组 成 结 构 如 图2 所 示 ， 由模 板 、 左 右 折 板 、 气 压 机 构 气 缸 和 活 动 铰 链 、 左 右 限 位 开 关 组 成 。 模 板 装 在 模 板 座 上 ， 模 板 两 端 的 形 状 不 同 ， 加 工 出 来 的 u 型 板 料 的 开 角 形 状 就 不 同 ， 折 角 的 大 小 由左 右 限 62 开 关 的 62 置 决 定 。 根 据 不 同 要 求 ， 模 板 可 以 随 时 更 换 。 在 气 压 的推 动 下 ， 模 板 与 模 板 座 一 起 下 移 或 上 移 。 被 加 工 的 金 属 板 料 放 在 平 台 上 ， 当 模 板 下 移 压 紧 板 料 后 ， 工 作 平 台 上 的 左 、 右 折 板 在 气 压 机 构 的 推 动 下 ， 可 向 上 折 、 也 可 以折 回 ， 把板 料加 工成 U型 。 折 板机 操 作盘 如 图3 所 示 ， 操作 盘 面 上设 置 有 接 通或 断 开 P L C电源 的 开 关 、 工作 方式选 择 开关 单 周期 62 和单步 62 、 启 动 ／ 停 止开关 、 复位按 钮和操 作按钮 。 1 工艺过程与控制要求 1 ． 1 工 艺 过 程 收稿 日期 2 0 0 8 年 1 1 月 1 当 模 板 上 移 到 位 ， 左 、 右 折 板 返 回原 位 时 ， 将 裁 好 的金 属 板 料 放 在 工 作 平 台 上 ； 2 启 动 设 备 ， 模 板 下 移 ， 下 移 到 62 时 压 紧板 料 ； 3 左 、 右 折 板 上 折 ， 上 折 到 压 动 左 、 右 限 位 开 关 时 ， 拉制 成形 板 的长 宽进 行计 算 ， 拉 制结 束 后拔 出固定 和 移 动 插 针 ， 成 料 落 入 接 料 装 置 ， 完 成 一 块 料 的 加 工 见 图3 。 以下介 绍几个 特征工 序 。 2 ．1 夹 紧 将待加 工料 放到上 料平 台上后 ， 启动 设备 ， 第一个 工 序 即为 夹 紧 ， 它 是靠 拉 伸体 移 动利 用 弹簧 力顶 弹子 进 行 夹 紧 。 2． 2插 针 机 构 在 固 定 位 置 上 将 承 载 拉 力 的 数 根 针 插 进 被 夹 紧 的 工件 中进 行拉 伸 ， 其 中插 针 分为 固定 组 和移 动组 两 部 分 ， 在 完 成 了插 针 动 作 后 就 可 进 行 拉 伸 。 2 ． 3 同步 机 构 2 0 0 9／ 5 在完 成插 针 动作 后 ， 移 动 组在 沿 X方 向拉 伸 的 同 时 ， 固定 组 和移 动组 的针均 根 据被 拉制 件 拉制 后 的长 和宽之 比得到 两组 针沿 l ， 向 同步移 动 的速度 ， 以确 保 拉 制 成 型 后 呈 正 六 边 形 蜂 窝 。 两 组 针 的 分 开 分 别 采 用 气 缸 推 动 同 步 连 杆 机 构 完 成 ， 保 证 了 两 针 间 距 离 始 终 相 等 ， 且 可 控 制 两 组 针 在l ， 向 移 动 的 同 步 性 在 允 许 范 围 内 。 3 结束语 J C AC O 1 型 自动 铝蜂 窝 芯 板 拉 伸 机 现 已投 产 一 年 有余 ， 拉制 的产 品质 量稳 定 ， 效 率较 高 ， 各项 性 能均 能 满 足 日常 生产 需要 ， 目前 已拉制 成 型近 万 张合格 蜂 窝 芯 板 。 △ 编 辑 禾 禾 机械制造4 7 卷 第5 3 7期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 料 的 加 工 过 程 结 束 。 1 ． 2控 制 要 求 折 板 机 的 控 制 分 为 单 步 和 单 周 期 两 种 方 式 。 单 步 方式 时 ， 按 两次 操作按 钮 执行 一个 工作 步 。 单 周期 方式 时 ， 按 一次操 作 按钮 连续 完成上 述 加工过 程 后 自停 ， 加 工 过 程 不 循 环 。 模 板 下 移 和 上 移 由 双 线 圈 C Y2 的 三 位 五 通 电 磁 换 向 阀 控 制 ， 左 、 右 折 板 上 折 和 折 回 各 用 一 个 双 线 圈 C Y1和 C Y3 的 三 位 五 通 电 磁 换 向 阀 控 制 。 两 个 折 板 必 须 都 上 折 到 位 才 能 开 始 保 压 ， 折 板 机 运 行 过 程 中 可 以 停 机 。 完 成 一 个 加 工 过 程 自动 停 机 时 ， 模 板 应 在 上 方 原 位 ， 左 、 右 折 板 应 返 回到 水 平 原 位 。 再 开 机 时 ， 如 果模 板 和左 、 右折 板都 在原 位 ， 则 可 以开 始进 行板 料加 工 。 如果 不在原 位 ， 要将 它们 复位 到原 位才 可 以开始 加 工 。 手 动复位 时 ， 用 复位 按钮 来控 制模 板 和两个 折板 的 复位 ， 但 模板 上移 和折 板 的折 回动作 不能 同 时启动 ， 以 免 两 者发 生 摩擦 而 损 坏模 板 和 折板 。 自动 运 行 和手 动 操作 过程 中 ， 若 误按 操作 按钮 时不 应 出现误 动作 。 2 气动系统设计 U形 折 板 机 的 气 动 驱 动 系 统 是 折 板 驱 动 执 行 机 构 运 动 的动 力装 置 ， 主要 实 现折 板 机模 板 上 下 移动 和 折 板 的折压 动作 ， 气动 原理 如 图4 所 示 。 工 作过 程 为 压 缩 空气 经 气 源三 件 后分 三 路 ， 一 路 到模 板 控 制气 缸 8， 另 两 路 分 别 到 左 右 折 板 控 制 气 缸 7、 9， 电 磁 阀2的线 圈 C Y2 ． 0 通 电 时 ， 压 缩 空 气经 换 向 阀2 和 节 流 阀5 进 入 模 板气 缸8 上缸 体 ， 模 板 下 降至 压 紧板 材并 碰 到 S T1 行 程 开 关 止 ， 电 磁 阀 2 的 线 圈 C Y2 1 通 电 时 ， 压 缩 空 气 进 入 气缸 8 下缸 体 ， 则 模板 上升 回到原位 ； 电磁 阀 1 、 3 的线 圈 C Y1 ． 0 和 C Y3 ． 1 通 电时 ， 左右 折板 气缸 7 、 9 推 动折板 ， 缓 慢 折 板 ， 至左 右 限 位 行 程 开关 ， 折 板 停 止 ， 形 成 U型 ， 电磁 阀 1 、 3 的线 圈 C Y1 1 和 C Y3 0 通 电 时 ， 左 右 折板 气 缸7、 9 推 动折 板 ， 折 板 回复至 水平 初始 位 ， 折 板停 止 。 3 P L C控制系统设计 3 ． 1 I ／ O 地 址 分 配及 P L C 的 选 择 根 据 设 计 要 求 ， 操 作 盘 面 的 设 置 为 用 于 接 通 或 断 开 P L C 电 源 的 开 关 不 占输 入 端 子 ； 工 作 方 式 选 择 开 关 占 1 个 输 入端 子 ， 分单 周 期位 和单 步 位 ； 启 动 ／ 停 止 开 关 占 1 个 输 入 端 子 ； 1 个 复 位 按 钮 ， 若 停 机 时 模 板 和 左 ／右 折 板 不 在 原 位 ， 再 开 机 时 要 进 行 复 位 ； 1 个 操 作 按 钮 ， 手动 和 自动操 作 时 ， 均要 按 操 作按 钮 。 除 了操 作 盘上介 绍 的输入 元件 外 ， 左 、 右折板 的上折 限位 各用 一 个 限位 开关 ， 模板 下移 的控 制需 要一 个 限位 开关 。 因 此 需要7 个输 入端 子 ； 模 板 的上升 和下 移及 折板 的 上折 和 折 回所 需 的 电 磁 阀 均 为 双 线 圈 都 是 输 出执 行 元 件 ， 需 要 6 个 输 出端 子 。 选 用 F X 一1 6 MR 继 电 器 型 a 机 械 制 造4 7 卷 第5 3 7 期 CY 1 、 2 , 3 ． 三位五通电磁换向周与消音器 4 、 5 、 6 ． 单向节流阀 7 、 9 ． 左 右折板气缸8 ． 模板移动气缸与磁性行程开关 l O ． 气源三件 0 v 一 { 开 关 电源 操作按钮 方式选择 开关 复位按钮 启动／ 停 止按钮 左折板上 限位 开关 右折板上 限位开关 模板下移 限位开关 ▲图4 气动系统工作原理图 2 2 0 V V S B1 丽 SB0 S s 1 STl C0M 0 1 2 3 4 5 6 7 N L CY2． 0 C YI ． 0 CY3． 1 CY1 ． 1 CY3 0 CY2． 1 ▲图5 折板机 P L C控制外部接线图 膜板下移 l左折板上折 l右折板上折 折板 返回 l右折板返回 模板上移 P L C， 输 入 ／ 输 出各 8 端 子 ， 满 足 控 制 要 求 及 所 需 端 子 数 ， P L C的 I ／ O端子接 线 如 图5 所 示 。 3 ． 2控 制 程 序 设 计 控 制程 序 是 U型 板折 板 机设 计 的 核心 ， 程序 设 计 的好 坏 关 系 到机 器 使 用性 能 和操 作 方 便性 ， 同 时须 考 虑 程 序 的 工 作 效 率 。 因 此 ， 折 板 机 控 制 程 序 设 计 为 复 位 操 作 、 单 周 期 、 单 步 加工 控 制 和误 动 作禁 止 等 ， 各 控 制 环 节程序 相互 融合 ， 控 制原 理如下 。 3 ． 2 ． 1复 位 操 作 为 了确 保 机器 从 正 确 的初 始位 置开 始 工作 ， 开机 时 首 先 要 进 行 复 位 操 作 ， 否 则 机 器 不 能 被 启 动 。 将 方 式 选 择 开关 拨 在 单步 位 ， XO 0 1 为 OF F， 自动运 行被 禁 止 。 按 住 复 位 按 钮 XO 0 2 不 放 ， 其 复 位 过 程 是 首 先 ， 辅 助 继 电器 MI O～M1 4 被 复位 。 接 着 M4 被 置 位 ， 为板 料 加 工 作好 准 备 。 YO 0 3 和 Y0 0 4 均 为 O N， 两个 折 板开 始 返 回 。 为 了避 免模 板 和折 板 相互 摩 擦 ， 要 自折 板开 始返 回 l s 后 ， 再 让模 板 开始上 移 ， 因此 设置 T 4 1 定 时 l 8 。 T 41 定 时 1 s到 ， 模 板 开 始 上 移 。 当模 板 和 折 板 都 返 回 原 位 目 测 时 ， 松 开复 位按 钮 ， 复位过 程结 束 。 复位 操作 控制 部 分 梯形 图程 序如 图6 所 示 。 2 0 0 9 ／ 5 回 0 l 2 3 4 5 洲。 2 3 4 5 C C C C C C 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m X0 02 XO 0l 0 { _ _ _ RS T M 1 0 XO0 0 M0 XO 01 M l 0 X00 6 MI 4 23 一 S R MO M 1 0 51 卜 _ f一Y O 0 0 Y0 0 0 r D ⋯1 X 0 0 6 M1 0 l K1 K 5 】 6 7 、 ⋯ 卜 卜一 M1 】 X 0 0 4 R S T M1 2 ] T 4 0 M1 1 I 5 4 r F _ YO 0 1 ] Y o 0l _ l 卜 一 l X O 0 5 卜 _ _ R S T M 1 3 j T 3 7 M1 2{ L Y 0 0 2 ] RS T M1 4] _ J Y0 03 X 0 O 2 X 0 O l M 0 T 3 8 M l 3 M l 3 T 3 8 卜 _ _ 9 H 。_ * S E T M 4 ] 一 6 l 卜 _ F _ r Y 0 0 5 M 1 2 T 3 7 M 4 l X O 0 1 I Y 0 0 5 X O 0 0 X 0 0 1 M 2 X O O 2 X 0 O l 卜 十 卜 _ _ 、⋯ _ T 4 1 K 1 O ▲图7 单周期加工过程部分 ▲图8 单步操作部分梯 ▲图9 误操作误动作禁止 ▲睦 } 6 复位操{ 乍 控制部分梯形图 序 梯形 图程序 形 图程序 部分梯形图程序 3 ． 2 ． 2单 周 期 加 工 控 制 模 板 和 折 板 都 返 回 原 位 时 ， 将 剪 好 的 板 料 放 在 平 台 上 ， 方 式 开 关 拨 在 单 周 期 位 ， 常 开 触 点 XO 0 1 闭 合 ， 使 S F TR的移 位 脉 冲输入 端接 通 ， 单 步运 行 方式 被 禁止 。 按 一 下 操 作 按 钮 XO 0 0， 第 一 次 执 行 移 位 ， M1 0 和 YO 0 0 均 为 ON， 则 模 板 开 始 下 移 ， 模 板 下 移 到 位 ， 压 下 限位 开 关 XO 0 6， 模板 下移停止并压 紧板料 。 此 时输入一个 移位 脉 冲 ， S F T R 左 移 一 一 位 ， 使 M1 0 为 OF F、 MI 1 为 O N， 于 是 Y O 0 1 和 Y0 0 2 为 ON， 两 折 板 开 始 上 折 。 当 两 折 板 上 折 到 位 ， 压 动 限 位 开 关 X O 0 4和 XO 0 5 为 ON， 使 Y O 0 1 和 Y O O 2 为 OF F， 折 板 上 折 停 止 ； 当 X O 0 4 和 X O 0 5 均 为 ON， T 4 0 开 始 计 时 ， 进 行 2 s 保 压 ； T 4 0 计 时 到 ， 输 入 一 个 移位 脉 冲 ， S F T R左移 一位 ， 使 M1 1 为 OF F， M1 2 为 ON， 则 Y O 0 3 和 Y0 0 4 均 为 ON， 折板 开始 返 回 ， T 3 7 进行 折板 返 回计 时 。 T 3 7 定 时时 间 到 ， 输 入一 个 移 位 脉 冲 ， S F r R 左 移一 位 ， 使 M1 2 为 OF F， M1 3 为 ON， YO 0 3 和 YO 0 4 均 为 O F F， 折 板 返 回停 止 ； Y0 0 5为 ON， 模 板 开 始 上 移 ， T 3 8 开 始模 板 上移 计 时 。 T 3 8 计 时到 ， 输 入一 个 移 位 脉 冲 ， S F T R左移一 位 ， 使 M1 3 为 OF F， M1 4 为 O N。 YO 0 5 为 OF F ， 模 板 上移 停止 。 到此 为 止 ， 加 工一 块 板 料 的过 程 结 束 。 单周 期加工 过程部 分梯形 图程 序如 图7 所示 。 3 ． 2 ． 3单 步 操 作 加 工 控 制 将 方式 开 关拨 在 单 步位 ， 常 开触 点 XO 0 1 断 开 ， 自 动 方 式 被 禁 止 ， 单 步 方 式 被 允 许 。 按 一 下 操 作 按 钮 ， X O 0 0 为 ON， 输 入 一 个 移 位 脉 冲 ， MI O 和 Y O 0 0 均 为 O N， 模 板 开 始 下 移 ， 当 模 板 下 移 到 位 压 限 位 开 关 XO 0 6 时 ， 模 板 下 移 停 止 并 压 紧 板 料 。 再 按 一 下 操 作 按 钮 X O 0 0， 又 输 入 一 个 移 位 脉 冲 ， M1 0 为 O F F， M1 1 为 O N。 使 YO 0 1 和 YO 0 2 均为 ON， 两折板 开始 上折 。 折板上 折 到位压 限 位 开 关 XO 0 4和 XO 0 5， 则 Y O 0 1 和 Y O 0 2 均为 OF F， 使 折 板 上折 停 止 ， 2 s 保 压 后 再按 一 下操 作 按钮 ， 又输 入 一 个 移 位 脉 冲 ， M1 1 为 O F F， M1 2 为 ON。 于 是 折 板 开 始 返 回 ， T 3 7 进 行 折 板 返 回计 时 。 T 3 7 计 时 到 ， YO 0 3 和 Y O 0 4 均 为 OF F， 折板 返 回停 止 。 再按 一 下 操作 按 钮 ， 又输 入 一 个 移 位 脉 冲 ， M1 2 为 OF F， M1 3 为 O N。 于 是 模 板 开 始 上 移 ， 当 Y O 0 5 为 OF F， 模 板 上 移 停 止 ， 为 下 一 次 加 工 作 2 1 1 1 1 9／ 5 好 准备 。 单 步操作 部分梯 形 图程序如 图8 所示 。 1 单 步 操 作 时 误 动 作 的 禁 止 。 当 按 一 次 按 钮 XO 0 0 后 ， 对 应 各 个 步 ， 分 别 使 Y O 0 0、 YO 0 1、 Y O 0 3、 YO 0 5为 ON， 则 M2 为 ON， 其 常 闭 触 点 断 开 。 因 此 ， 在 执 行 某 步 加 工 过 程 中 ， 即 使 误 按 操 作 按 钮 XO 0 0， 也 不 会 再 输 入 移 位 脉 冲 ， 避 免 了 误 动 作 。 2 单 周 期 操作 时 误动 作 的禁 止 。 当第 一 次按 过操 作 按 钮 X O 0 0， 设 备 启 动 后 ， Y O 0 0 为 O N， M2 为 O N， 将 MO 复 位 。 由 于 XO 0 0 与 MO的 常 开 触 点 串联 后 连 接 在 移 位 辅 助 继 电 器 的 移 位 脉 冲输 入 端 ， 在 整 个 加 工 过 程 中 ， 由 于 MO 的 常 开 触 点 总 是 断 开 ， 不 会 产 生 错 误 的 移 位 脉 冲 输 入 。 因 此 ， 即 使 误 按 操 作 按 钮 ， 也 不 会 有 误 动 作 出 现 。 误 操 作 误 动 作 禁 止 部 分 梯 形 图 程 序 如 图 9 所 示 。 4 结束语 该 u 型板 折 板 机 是 型 材 加 工 的 专 用 设 备 ， 采 用 P L C控 制 ， 具 有 以 下 特 点 1 能 连续 高效 生产 ， 调 整 限位 开 关可 以 调整 折弯 角 度 大小 ， 同时 控 制 程序 设 有 单 步 、 单 周 期 和 复位 方 式 ， 调 整 方 便 。 2 折 板 机采用 P L C控 制 ， 大大 提 高 了系统工 作可 靠性 和柔性 ， 运 行更 加稳定 。 控 制程序设 有误操 作 时误 动 作 的禁 止环节 ， 提 高 了安全 性 。 3 控 制 回路 简单 ， 经济 适用 ， 能适 应单件 和大批 量 生 产 ， 很 好 地 满 足 了 中 小 规 模 型 材 厂 的 加 工 需 要 。 参 考 文 献 f 1 】 杨后川 ， 张学 民， 陈勇编著． S I MA T I C S 7 2 0 0 可编程控制 器原理与应用【 M】 ． 北京 北京航空航天大学出版社， 2 0 0 8 ． [ 2 ] 王文红． 自动插入弯曲机及其 P I C控制【 J 】 ． 液压与气动， 2 0 0 7 1 1 4 8 5 0 ． 【 3 】 杨后川， 高昆， 陈勇．某型飞机起落架收放作动筒液压测 试系统 P L C控制设计 【 J 】 ． 机 电产品开发与创新 ， 2 0 0 7 2 l 2 91 3 0． △ 编 辑 禾 禾 机械制造4 7 卷 第5 3 7 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m