基于PLC及伺服系统的剪板机的控制系统设计.pdf

骞 、 l 訇 化 基于P L C 及伺服系统的剪板机的控制系统设计 The cont r ol s ys t em des i gn of cu t t i ng pl at e machi ne bes ed on t he PL C and ser v e s ys t em 王海祥。高峰 V v ANG Hal x ian g． GAO F e n g 金陵科技学院。南京 2 1 1 1 6 9 摘要 本文介绍了剪板机的工艺流程，提出了基于P L C 和伺服电机的控制系统的解决方案。给出了 P L O g , 围接线原理图，列出了P L C 的输入输出列表，同时，给出了程序的梯形图，以及伺服 电机部分的控制程序。 关键词P L C ；伺服控制；剪板机 中圈分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 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 2 ． 1 2 下 ． 3 3 0 引言 剪板机是一种在加工生产中经常用到的机械 设备，它广泛地应用在板材加工、线材加工、机 械零件制造等多种场 合。旧的剪板机主要靠人工 画线，然后进行剪切，既浪费了时间，同时加工 精度也不高。文献 [ 1 】 [ 3 】 提 出了 P L C控制 自动剪 板机的方案，但是无法对剪切长度数量进行控制， 影响了整个流程的 自动化。文献 [ 2 】 提出了基于三 菱 P L C与伺服 电机的后挡板控制方案，但是没有 与整个剪板机 自动 系统 相连接。本文提 出了基于 西 门子 P L C和伺服电机的解决方案。 1 工艺流程分析 剪板机 的工作过程主要分成后 档定位 一一送 料 一一剪切三个步骤 ，从 而实现对 物料 的定长剪 切 ，其主 要控制 及机 械部件 的结 构如 图 1所示。 竺 文章编号 1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 2 1 2 下 -0 1 1 5 -0 5 其 中控制系统主要 由伺服定位及顺序动作两个部 分构成。 其 工作过程如下 首先 由用户在人机界 面上 输入剪切的长度和数量，确定后伺服控制系统驱 动 后挡板移 动到指定位置 停止。如果用户选择 自 动运行 ，且按下启动按钮 ，此时液压泵启动并升 压至工作压 力，压块和刀具应该处于原始的上工 作位 ，此时检测剪板机下方 的送料小车在工作位 置 S Q 4闭合 ，输料电机开始启动运送物料，当 物料运送到位 S Q 5闭合 ，压块开始下降直至压 紧物料 S Q 2闭合 ，然后剪切刀具开始下落进 行剪切 ，剪切后物料下落至送料小车上 ，如果光 电开关探测到 已经落料的板料数字达到 了小车送 料的上限 ，送料 小车就 向右运动将物料移 出，等 物料被卸掉后，小车又 向左运行 回到接料的位置 。 这样又可以开始下一循环的加工。如 果用于选择 手动 ，过程相似 ，不过其 中一些步骤需 要 通过按钮控制。 2 伺服后档板定位系统设计 伺服后档板定位系统主要 完成用户数 据输入和后档板的精确定位的作用。用户 数 据 输入 主 要采 用 西 门子 面板 T D 4 0 0 C， 输 入的数据 为剪切 的长度和剪切 的次数 ， 面板的界面如图 2所示。 通过西 门子 S T E P 7编程软件的向导把 剪切数量框里的数值赋值给 V D 1 4 0 ，将剪 切数 量赋值 给 V W4 。用 V D1 4 0 、V W4来 收稿日期2 0 1 2 - 0 7 -1 0 基金项目金陵科技学院基金 J I T - N - 2 0 0 9 0 1 3 作者简介王海祥 1 9 7 2 一，男，讲师，硕士，研究方向为电力系统 自动化和机电一体化控制。 第3 4 卷第1 2 期2 0 1 2 - 1 2 下 [ 1 1 5 ] 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 lI5 出 控制剪切长度和剪切数量 。伺服工作的原理 图如 图 3所示 。 图2 控制面板示意图 定 的值 比较 ，通过 负反馈是速度达到设定值，速 度控制器一般通过 P I 调节来实现 。电流环将实际 的电流与设定的电流相 比较，差值经过 P I 调节后 作为新的控制信号来控制伺服电机。 后档板定位主要通过伺服 系统来 完成 ，其硬 件连接如图 4所示。 本 系统 采用西 门子 S 7 2 0 0作为控制器 ，型号 选择 C P U2 2 4 XP S i C N型 ，伺服驱动采用东源公司 图3伺服 电机控制原理 图 P L C对伺服 电机 的控制主要通过三个闭环来 控制 的，位置闭环通过 不断地将 当前位置与 P L C 设置 的位置相 比较 ，通过 负反馈使位置最终停留 在设定的位置，位置调节器通过 P I D调节器来实 现 ；速度闭环控制通过不断地将 当前的速度与设 ／ 薹 参 考 点 接 正向伺服 S Q7 限位 反向伺服 S Q8 限位 的伺服驱动 ，伺服 电机采用安 川公司的伺服电机 。 图 4是 P L C与 伺 服 驱 动 相连的接线图，QO ． 0向伺服驱 动 的 p u l s e 信 号端 输 出脉 冲信 号 ，Q O ． 2向驱动的 s i g n信号端 输 出正反转 的方 向信号 ，Q O ． 4 相伺服 的 o o ff端输 出使能信 息 ，Q O ． 5向 C L R输 出 清 楚 指 令。而伺服驱动的编码器接 口 向 P L C反馈信号 ，反馈信号有报警信号 AL M、编 码器 Z相信号 P h a s e Z信号、定位完成信号 P OS OK。另外为了防止伺服电机运动超过极限，需要 将正反极限限位开关与 P L C相连，当超越极限时 控制 P L C停止运动。 后档板伺服控制的软件程序如图 5 【 5 所示。 西门子s 7 - 2 0 0 伺服驱动 1 0． 0 Q0 ． o 1 0． 1 1 0． 2 1 0． 3 1 0． 4 1 0． 5 1 0． 6 1 0． 7 I 1． O I 1． 1 I 1． 2 I 1． 3 I 1 ． 4 Q0 ． 1 QO ． 2 Q 0 ． 3 Q 0 ． 4 Q o ． 5 Qo． 6 Q0 ． 7 脉冲信号 方向信号 使能伺服 清除指令 伺 服 报 警 编码器Z 相信号 定位完成 1 1 6 1 第3 4 卷第1 2 期2 0 1 2 1 2 下 CLR ALM Ph a s eZ P 0S 0K 图4 P L C 与伺服驱动连接接线图 伺服电机 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 訇 似 图6 顺序运动梯形图 压块在上限位的位置 1 0 ．4 情况下，才能开始送 料 Q o ． 1 ，当料被送到位 I 1 ． 1 或压块压下 1 0 ．5 时将停止送料。然后 ，在 自动情况 ，当料被 送到 位 I 1 ． 1 就开始让压块压下 Q o ．6 ；在手动时， 通过手动夹紧按钮 1 2 ． 1 直接控制压块压下。紧 接着，在 自动情况下，压块压紧后 1 0 ．5 ，就可 以进行剪切 Q1 ．0 ；手动时，通过手动剪切按钮 I 2 ． 2 控制剪切。剪切后，光电开关接收到物料下 落的信号 I 1 ． 5 ，如果处于自动状态时，压块将 自动上移 Q o ．3 ；如果手动，则有人工控制压块 上移的按钮 I 2 ． 3 控制压块上移 ，松开物料 。同 时，剪 刀在 自动的情况下也可上移动 ，条件与压 块相同，在手动的情况下，需要用手动按钮 I 2 ． 3 上 移。 当下 面的运料 小车 收到设 定数量 的板料 ， 例如 1 0 个，就可以向右运动将板料运出 Q 1 ．2 ， I 1 ． 5是接收板料下落信号的光电开关 ，将剪切板料 的信息送入计数器计数 ，如果达到 l 0个 ，就启动 运料小 车右移动，当然也 可在 手动情况下，通过 右移按钮在任意数量 的板材落 下后控制运料小车 右移。 4 结束语 本文用西 门子 P L C和伺服系统实现 了剪板机 的数控方案。该方案定位精确度高，运行自动化 程度高，性能比传统的传统的控制方案有了很大 的提高。 参考文献 【 l 】李清香， 丁时锋， 熊俭． P L C 控制的液压剪板机系统设计 [ J ] ． 机械设计与制造． 2 0 0 7 ， 1 1 1 5 6 - 1 5 7 ． [ 2 】史建平， 过军， 张建生． 基于P L C控制的剪板机后靠系统 伺服定位的研究与应用【 J ] ． 机电工程技术． 2 0 0 7 ． 3 8 7 物料 1 6 - 1 9 计数器 [ 3 】熊幸明．一种剪板机的P LC控制[ J 】 ．自动化与仪表． 2 0 0 6 5 7 2 - 7 4 ． [ 4 】吴晨曦， 蒋嵘． 基于P L C - 伺服驱动的位置控制系统设计 移 [ J 】 ． 制造业自动化． 2 0 0 8 ， 3 0 4 8 4 - 8 6 ． 【 5 】柴瑞娟， 陈海霞． 西门子P L C 编程技术及工程应用【 M】 ， 北京 机械工业出版社， 2 0 0 6 ． [ 6 】西门子公司． 用S 7 - 2 0 0 和S I N AMI CS V8 0 实现点到点位 置控制， Us e r G u i d e r 2 0 1 0 ． 1 ． 第3 4 卷第1 2 期2 0 1 2 1 2 下 [ 1 1 g l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m