基于PLC的钢板校直机的控制系统设计.pdf

务I 訇 m 基于P L C 的钢板校直机的控制系统设计 Cont r ol s yst em desi gn of st r ai ght eni ng m a chi ne f or s t eel pl a t e cl ass pr ofil e b ased on PLC 王善刚’ ，许海斌 ，张爽’ ，高金刚’ ，于晓平’ WANG Sh a n - g a n g ’ ，XU Ha i b i n ，ZH ANG Sh u a n g ’ ，GAO J i n - g a n g ，YU Xi a o p i n g’ 1 ． 长春工程学院 机电工程学院，长春 1 3 0 0 1 2 ；2 ． 吉林省电力勘测设计院，长春 1 3 0 0 2 2 摘要 阐述了钢板校直机以西门子 7 -2 0 0 d、 型PL C 为主控设备 ，控制检测小车上的L M⋯ 5 0 激光位移 传感器对钢板的弯曲度进行检测，根据钢板校直机的弯曲度曲线图上的波峰和波谷的数值和 位置，再控制矫形小车找到钢板 “ 波峰”和 “ 波谷”所在的位置 ，对其 “ 波峰”和 “ 波谷” 处利用可伸缩液压缸进行反方向的拉伸和压缩，行程大小为波峰值和波谷值 ，并再次检测， 直至达到标准。此控制系统满足了校直机的控制目标 ，体现了校直机的方便性 、适用性、可 靠性和安全性。 关键词 P L C；钢板校直机 ；控制系统 中圈分类号T P 2 7 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 4 0 8 上 - 0 1 4 6 -0 4 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 4 ． 0 8 1- ． 3 8 0 引言 如今 国内对小断面 、小跨距 的工件 的压点式 校直设备 己实现 自动化 ，校直精度和生产效率都 较高 ；而 对大断面 、大 跨距的工件进 行的校直还 主要通过人工 手动 来完成 ，对技术工人的经验依 赖较大 ，在校直过程 中往往存在测量不精确 、校 直精度不 高、生产效 率低下 。现代化 机械制造企 业 当中，长达6 米～7 米 、宽约0 ． 3 米左右 的钢板被 大量使用 ，而钢板在机 械加工、焊接 或使用过程 中常 因外 力作用及温 度变化会出现 弯曲或扭 曲变 形 ，对变形较大 的钢板 如果不进行校 直处理 会直 接影响到下道工序的使用和产品整体的装配 。 国外的德国MA E 公司、意大利G AL DAB I NI 公 司、美国E I T E L 公司、 日本精机株式会社等先后开 发出了具 有本国特色的全 自动精密校直机 ；我国 合肥锻压机 床股份有限公司研 制 出具 有先进水平 的YH4 0 ． 2 5 全 自动精密校直液压机 ；哈尔滨工业大 学研制 的用于 油井钻具 校直的全 自动 液压校直机 等 。借鉴于 国内外校直机 的经验，研 制出专用的 钢板校直机 ，它采用 的是 工件不动 ，移 动压头的 方案，类似C 型校直机的敞开式U型设计 ，利用西 门子S 7 2 0 0 来控制 ，触摸屏为控制界面 ，通过U型 矫形液压缸的推压缩进 ，来校直钢板的设备 。 1 钢板校直机的结构组成及其工作-J I 沣 钢 板校 直机 的实 际设 备如 图 1 所示 。校 直机 主要 由一个整体框 架、检测系统 、校直系统 、液 压 系统 、气压 系统 、两端 固定系统以及控制系统 组成 。校直 系统 实施压力校 直时，在工件 两端支 撑 ，中间加压 ，所以又称为三点反弯式校直 。 这 是 自主研发的钢板校直机 ，该校 直机的矫 形机 构是 由能在钢 板长度方 向上 移动 的U型矫形 块 液压 系统控 制其可 以正 反双向平移 ，从而对 工件加 压 、两个U型支撑块 可以单独 沿钢板 水平方 向上移动 来调 整支撑 点的距离 、双 向液 压缸 、整体移动小车平 台等机构组成 ，各机构均 有强度高 、刚性好 的导 向。整体矫形机构 安装在 刚性极好 的台车上 ，台车 由电机带动 在轨道 上运 行 ，速度和距 离可 以精确控制 。在进行矫 形操作 时 ，根据激光 检测机构 测得 的偏差部位及数 据 ， 将矫形小车开到偏差部位 ，设定好两个U型支撑块 的距离，并根据触摸屏上预设出U型矫形块移动尺 寸 ，启动矫形块矫形 ，矫形 后回原位 。操纵激 光 检测机构对钢板进行检 测，如 果没有满足参数 要 求，就进行新一轮矫形 ，直至检测合格为止 。 2 钢板校直机控制系统的总体结构 根据钢板 校直机的应有功能和工作顺序 ，进 行 了控制 系统的总体结构设计 ，结构框图如图2 所 示 。由图可 见，钢板校直机 的控制 系统 由P L C、 工控机 触摸屏 、激光位移 传感器、伺服电机 收稿日期2 0 1 4 - 0 5 -1 3 作者简介王善刚 1 9 6 9 一 ，男，吉林白山人，实验师，本科，研究方向为机电控制技术、P t C 11 技术和电气自动化。 [ 1 4 6 ] 第3 6 卷第8 期2 0 1 4 - 0 8 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 訇 化 图1 钢板校直机实际设备图 控制检测机构小车运动 、气动 电磁 阀 检测 夹紧机构 、拉线编码器、三相异步电动机 控 制矫形机构小车运动 及控制柜等元器件组成 。 钢 板校直机进行工作 时，首 先，通 过控制面 板上的开始检 测控制按钮 发出指令 ，P L C接到指 令后控制气动电磁阀动作 ，固定好工件的两端 ， 以便 于检测数值有一个基准 ；接 着P L C 控 制伺服 电机带动 检测机 构小车运 动 ，其 上的激 光位移传 感器把 工件 的变形曲线测试 出来 ，传到工控机 ， 触摸屏上 显示出变形 曲线 图形 ，找出工 件最大挠 度的弯曲段 ，启动矫形小车控制按钮 ，P LC接到 指令 后控制 三相异 步电动 机带动 矫形 小车左右移 动寻找到压 点，以零件 的最大 挠度处 或靠近最大 挠度处为压 点，以尽量对称 于压 点分布 的两点为 支点进行加压 ；在触摸屏上设置好总压下量即校 直行程 ，发送给P L C，P L C控制液压缸对工件施加 压 力，当拉 线编码器 测得 校直行程满足设 定要 求 时 ，向P L C发送信号，P L C控制液压缸停止继续施 压并返 回原位 ，完成一次校直循环。 r一一一一 ， 授直部分 J 校直机构 J l尘 主 运 煎 l一 图2 钢板校直机控制系统结构框图 3 硬件的选择以及P L C 的I／ O分配 根据钢板 校直机 的工作需要 ，选用 了西 f ] y- S 7 2 0 0 CP U2 2 6 4 型P L C为主控设备 ，具有2 4 个 输 入点和1 6 个输 出点 ，还选择 两个西 门子S 7 ． 2 0 0 E M2 2 3 为扩展模块 ，具有1 6 个输入点和1 6 个输 出 点 ，来 作为校直 机的控 制核心 ；4 0 0 W 的富士伺 服电机作为检测小车的动力源 ，带动L MI 1 1 5 0 激 光位移传感器这个检测设备对工件进行弯 曲度检 测；研华工控机为触摸屏的显示与操作设备 ，显 示工件的曲线度和偏差以及系统的参数输入；P L C 主机输入端子地址为1 0 ． 0 ～I 2 ． 7 ，输出端子地址为 Q0 ． 0 ～Q1 ． 7 。P L C g O 分配图，如图3 所示。 o臣 臣 0 s Q 1 。 ’ 0 V S D 0 苦 7 D S Q 2 。 S口3 0 巴 0 是 I 蓦 3 S Q 4 2 0 暑 O - S Q 5 0 0 D 、 S Q 6 0 0 昌 D 兰 里． ． 。景 C 。』 一 ． -O暑 D 景 D ～ ． 0若 U 邑 一 ● S B 4 臣 0 ℃ 兰 呈 皇 ． 羁 0 2 兰 里 鱼 。苗 2 ； 一 兰 里 三 ． c 6 D 一 。 D 一 o笠 7 - 兰 里 旦 ． c 旦 ． c 吉 o 吕 ～ 0兽 一 S B 1 2 一 。兰 区 一 l 日 蜘 0 ● 0 0 S B1 3 0 S B1 4 0 SB1 5 ， 、、 】 3 - 一 D- 羽 O - 3- j 图3 钢板校直机P L C I ／ O分配 图 4 控制系统的软件设计 钢板校直机的控制 系统首先处理好P L C与伺服 驱动器CN1 的通讯联 系，设定如表 l 所示。其次解 决好P L C与上位机 工控机 的通讯 ，其中P L C的 通讯参数设 定如表2 所示，上位机的通讯参数设定 如表3 所示 ，由此完成软件 系统的通讯联系。根据 控制 系统 的需要 ，在上位机上设 置 了钢板弯曲度 第3 6 卷第8 期2 0 1 4 0 8 上 [ 1 4 7 1 ■． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 訇 化 钢板校直机工作时，首先由P L C 主机检测 自身 系统，I ／ O端 口、通讯端 口等是否正常 ；当按下 自 动检测按钮时，P L C向气压 系统发 出固定工件和找 好基准点的命令 ，气压系统向P L C反馈是否完成任 务的信号 ，如完成 ，则 向检测小车发 出 自动检 测 信号 ，检测小车开始检测并把检测数据显示在上 位机的参数 显示界面上 ，根据图4 的标尺读出偏差 和位置 ，在操控界面输入校正量 ，上位机将此参 数 传送给P L C 主机 ，P L C收到矫形参数后，向矫形 小车发 出命令 ，使其找到工件的弯 曲的最大挠度 处 ，P L C 再 向液压系统发出施压命令，液压 系统对 工件进行校直操作，当达到校直行程之后，向P L C 发出反馈信号，P L C控制液压 系统停止矫形并 回原 位 ，直至达到标准 ，满足工艺要 求。钢板校直机 P L C 控制流程图如图5 所示 。 5 结束语 钢板校直机是基于上位机和西门子的P L C S 7 2 0 0 的控 制系统 ，当控制柜 与设备上 的各种光 电 开关 、气压 电磁 阀、液压 电磁 阀、伺服 电机 、三 相交流 电动机等连接 完成后 ，进行 了设备调试 ， 试加工 ，结果表明 ，多数工件一般经过 1 至2 处加 载 即可达 到矫形 标准 ，7 m长 的工件 校直精 度达 到6 mm，可见测量和校直 的精度都较高 。钢板校 直机对 于降低劳动 强度和加工成本 ，提 高工艺 水 平 、生 产效 率和工件 成品质量的意义 重大 。该设 备 已投放于某企业 中，结束 了该厂人工 校直钢板 的历史，取得了良好的经济效益和社会效益 。 参考文献 【 1 】麦宙培， 陈继清． 长条薄形钢件校平机的设计与制作【 J 】 ． 机 电工程技 术， 2 0 1 2 ， 4 1 1 8 3 - 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