（控制理论与控制工程专业论文）自动剪切生产线的plc控制系统设计.pdf

j1 a b s t r a c t t h ea u t o m a t i cc u t t i n gp r o d u c t i o nl i n ew a su s e dt op r o c e s st h er o l lm e t a lm a t e r i a l i n t os h e e t so fc e r t a i nl e n g t h ，a n dt h e np u n c ht h es h e e t si n t os h a p e s i tc o u l di m p r o v et h e a c c u r a c yo ft h ep r o d u c tp r o c e s s i n g , t h ee f f i c i e n c yo ft h em a n u f a c t u r i n g , a n dt h e a u t o m a t i o no ft h ep r o d u c t i o nl i n ee f f e c t i v e l y i tw a ss u i tf o rl a r g e - s c a l ep r o d u c t i o n ，s o w o u l dt ob ew i t haw i d ea p p l i c a t i o np r o s p e c t s t h ep l cc o n t r o ls y s t e mf o rt h ea u t o m a t i cc u t t i n gp r o d u c t i o nl i n ew a sd e s i g n e di n t h i sp a p e r t h em a i nw o r kw a sa sf o l l o w s f i r s t l y , t h ec o m p o n e n t sa n dt h ep r i n c i p l eo ft h ea u t o m a t i cc u t t i n gp r o d u c t i o nl i n e w e r ei n t r o d u c e d i tw a sc o m p o s e do fu n c o i l e r , f e e d e ra n dp u n c h e r t h ep r o d u c t sc o u l db e u n c o i la u t o m a t i c a l l yb yt h eu n c o i l e rw h i c hw a sd r o v eb yf r e q u e n c yc o n v e r t e r a l s o p r e c i s ef i x e d - l e n g t hf e e d i n gc o u l db er e a l i z e db yt h ef e e d e rw h i c hw a sd r o v eb ys e r v o m o t o r t h es h e e t sw e r ep u n c h e di n t os h a p e sb yt h ep u n c h e r t h e yr u nh a r m o n yu n d e rt h e c o n t r o lo ft h ep l c s e c o n d l y , t h ec o n t r o ls y s t e mw a sd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h et e c h n i c a lp r o c e s so ft h e p r o d u c t i o nl i n e t h eh a r d w a r es u c ha sp l c ，f r e q u e n c yc o n v e r t e r , s e r v od r i v e r s e r v o m o t o r , t o u c hp a n e la n ds oo nw a ss e l e c t e d t h eh o o k u po fp l c t oi n v e r t e r , p l ct os e r v o d r i v e rw a sd e s i g n e d ，a l s ot h ep a r a m e t e r ss e t t i n go ft h ei n v e r t e ra n dt h es e r v od r i v e rw e r e i l l u s t r a t e di nd e t a i l s t h i r d l y , t h ep r o g r a mm a i n l yc o n s i s t i n go ft h et o u c hp a n e ls c r e e na n dt h ep l c c o n t r o lp r o g r a m ，w a sd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ep r o c e s sr e q u i r e m e n to ft h es y s t e m t h e t o u c hp a n e ls c r e e nw a su s e dt os e tt h ep a r a m e t e ra n dm o n i t o rt h eo p e r a t i o n s e v e r a l p r i m a r ya l g o r i t h m s ，s u c ha st h et r a n s f o r mb e t w e e nt h el e n g t ha n dt h ep u l s en u m b e ra n d t h a tb e t w e e nt h ef e e d i n gs p e e da n dt h ep u l s ef r e q u e n c yw e r ei n t r o d u c e d a l s ot h e p r o g r a m ss u c ha sc a ms w i t c hs i g n a lf i l t r a t i o n ，f r e q u e n c yc o n v e r t e ro p e r a t i o n , s 睨 v o c o n t r o la n do t h e rk e y s e g m e n t sw e r ei l l u s t r a t e di nd e t a i l s f i n a l l y , t h ec o n t r o ls y s t e mw a sd e b u g g e d t h ef e e d i n gl e n g t hw a ss e to nt h et o u c h p a n e l a c c o r d i n gt ot h ef e e d i n gl e n g t h ，p l cc a l c u l a t e dt h ep u l s en u m b e r , s e n tt h ep u l s e s t ot h es o r v od r i v e r , a n dc o n t r o l l e dt h em o v e m e n to ft h es e r v om o t o r a sar e s u l t ，p r e c i s e p o s i t i o n i n gc o u l db er e a l i z e d t h es y s t e mh a sb e e np u ti n t ou s ef o rs o m et i m e rw a sp r o v e dt h a tt h ec o n t r o l s y s t e mf u l l yd i s p l a y e di t sa d v a n t a g e ss u c ha sh i g hp r e c i s i o n ，r a p i dr e s p o n s ea n ds m o o t h o p e r a t i o na n d8 0o n i te n s u r e da ne f f i c i e n t ，h i g h - p r e c i s i o nf e e d a n di t sa c c u r a c yc o u l d b eu pt olm - o olm m ，f u l l ym e tt h er e q u i r e m e n t k e yw o r d s ：p l c ；s e r v od r i v e r s e r v om o t o r ；f r e q u e n c yc o n v e r t e r ；t o u c hp a n e l 第一章 1 1 1 2 1 3 1 4 第二章 2 1 2 2 2 3 第三章 3 1 3 2 3 3 3 4 第四章 4 1 4 2 目录 绪论 课题研究背景l 课题研究目的和意义l 国内外研究动态2 1 3 1国外研究动态2 1 3 2 国内研究动态一3 课题研究内容3 自动剪切生产线5 总体结构5 2 1 1开卷机6 2 1 2 送料机6 2 1 3 冲床7 性能及特点一9 基本参数10 控制系统设计 系统控制要求1 1 控制系统设计1 1 变频器1 2 3 3 1接线图l2 3 3 2 参数设定1 4 伺服驱动装置1 5 3 4 1接线图15 3 4 2 参数设定。1 7 系统程序设计2 1 触摸屏画面2l p l c 程序2 5 4 2 1 凸轮开关信号滤波2 6 4 2 2 变频器运行2 6 4 2 3 伺服控制程序2 9 4 2 4 报警3 4 4 2 5 工件计数。3 4 4 2 6 数据处理3 5 i-i，p-y-lir yi- lr，0 -厂 jr i。 -i， 第五章系统调试4 3 5 1 程序调试4 3 5 1 1p l c 程序调试4 3 5 1 2 触摸屏画面调试4 3 5 2 实验室模拟调试4 3 5 3 现场运行调试4 4 5 3 1硬件调试4 4 5 3 2 总体调试4 4 结论4 5 参考文献。 4 7 攻读学位期间的研究成果4 9 j 致谢 5 1 学位论文独创性声明5 3 学位论文知识产权权属声明5 3 、 ， ， 第一章绪论 1 1 课题研究背景 第一章绪论 近年来，伴随着我国现代化工业技术的飞速发展，特别是汽车、家电、轴承、 制冷、液压、仪器仪表和电子元件等行业的突飞猛进，对其产品所需配件的加工精 度和生产效率的要求越来越高，同时也对企业生产过程的自动化程度提出了较高的 要求。但是许多企业中传统的生产设备由于元件更新、设备陈旧和技术落后等原因 致使实际生产过程经常发生一些故障，灵活性差，加工精度和生产效率并不高，许 多配件由于达不到所需的生产要求而成为废品，给企业带来诸多不便与损失，严重 影响了其经济效益和生产效益，也给社会造成资源的严重浪劐。因此在工业生产 中基于可编程序控制器( p l c ) 控制系统的高精度自动剪切生产线的应用越来越广 泛。 p l c 是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展 而起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有可靠性高、功能强、使用灵活方便 和易于编程等一系列优点，已广泛应用于工业生产过程和装置的自动控制中，成为 了现代工业控制的三大支柱之一【2 】。基于p l c 的伺服控制系统具有定位精度高、响 应速度快、抗干扰能力强和运行平稳等优点，能准确地实现用户设定的送料长度， 提高生产过程的自动化程度和产品的综合性能，满足各个高精度产品生产厂家的要 求，具有十分广阔的应用前景。 1 2 课题研究目的和意义 本课题研究的目的就是设计出一种基于p l c 伺服控制系统的自动剪切生产线， 它具有较高的剪切精度和生产效率，从而满足企业的生产要求，提高生产效率，增 强企业的竞争力。 自动剪切生产线的使用，使产品的数量和质量得到了极大的提高，并且提高了 设备的标准化操作水平，减轻了操作人员的劳动强度，从而取得较大的经济效益和 社会效益，也为我们课题的研究提供了重大的意义。主要体现在以下几方面： ( 1 ) 高精度性：极大地提高了产品剪切的精度，使产品实物尺寸趋于一致，方 便用户使用。 ( 2 ) 可靠性：系统的保护功能可靠，延长了设备的使用寿命，减少系统故障停 机时间。 ( 3 ) 快捷性：操作简单，提高了企业的劳动生产率。 厂 ， ， i-广 r。 青岛人学硕士学位论文 ( 4 ) 自动化：采用工控计算机，提供了良好的人机交互界面，并且参数设定与 修改、系统报警与清除和重要数据保存与显示等都得到了极好地解决，降低了操作 人员的劳动强度。 ( 5 ) 易用性：该控制系统操作灵活，使用方便，可靠性高，具有极大的推广应 用价值。 1 3 国内外研究动态 随着工业技术的飞速发展，工业制造生产线的自动化、机械化及柔性化水平越 来越高，同时高科技技术的使用使生产过程实现智能化、高速化和高效能化。 1 3 1国外研究动态 国外的自动剪切系统经过多年的发展，功能越来越齐全，操作也越来越方便。 比利时l v d 公司是国外规模最大的自动剪切系统制造厂商之一，其产品c n c 系 统的m n c 8 5 0 和m n c 9 0 0 采用c a d c m a 技术，使剪切加工达到自动化和智能化。系 统能自动计算全部剪切工序参数，确定数控程序，操纵计算机系统实施剪切加工。 英国e p 公司开发设计的c n c 系统备有两根3 m 长的前挡料臂，其上带有可编程序 挡块，可以提高工件的加工精度和生产效率。该机设有一套全自动液压传动系统， 整个过程可自动控制。 意大利萨瓦尼尼公司的c 2 型直角剪板系统f m c 通过自动编程和优化排料可将 大型板坯剪成矩形板坯，或与冲模回转头压力机配套将冲完的大张板材分割成小型 工件。该公司的$ 4 + p 4 ( 柔性薄板冲剪折弯生产线) 型大型板材f m s ，更是集多工 位冲孔、冲床、四边折弯机和自动送料装置组成板材冲孔、剪切、四边折弯、焊接 柔性制造系统。 意大利葛氏巴利尼机械制造股份公司研制的闸式剪板系统，具有良好的强度、 刚度和精度保持性；集成式液压系统伺服驱动，极大地提高了机床运行的可靠性； 根据被剪板料的材质、厚度和剪切强度，自动调整剪切角度、剪切行程、刀片间隙 和后挡料位置；可配备前送料系统或后托料系统或后托料装置，集送料、卸料于一 体，有效地提高了设备的自动化程度。 德国博士公司研制的l b1 3q u i c k 型角剪系统，是具有两个工位的多功能角剪 机，主工位的剪切角度为9 0 ，辅工位则可对板材进行冲孔或冲切。 总之，随着国外剪切生产线技术由专用型封闭式向通用型开放式发展，剪切系 统必将实现控制智能化、体系开放化、驱动数据化、通信网络化、设备运行的高速 化和加工高精化【3 】【4 】。 2 j， 1 ， 一 ，1 】l ， 11j 第一章绪论 1 3 2 国内研究动态 我国以前生产的剪切系统电气控制普遍采用交流接触器和继电器进行控制，经 过长期使用，电器元件老化，触点烧损，造成设备故障频发。在维护中由于线路接 点多，元件更新，许多故障不能及时处理，给企业生产带来诸多不便。随着电子和 信息技术的发展，p l c 技术也获得了长足进步。许多企业为了提高剪切的效率与精 度，开始对设备进行技术改造，运用p l c 、变频控制、伺服系统、触摸屏、网络控 制等技术提高系统的可靠性和精度，提高设备现代化技术水平，以适应市场经济带 来的挑战。目前主要流行以下几种自动化生产线： z s t k 4 4 系列半自动型生产线：主要由钢卷入料台车、开卷机、开卷机械手、 铲板引料机、校平机、引渡架、送料机、剪板机、带式输送机及垛料台等设备组成。 通过数控、光控、液控实现精确的分时动作，全自动地将卷筒钢板开卷一剪切落料。 b s - t 4 4 系列半自动型生产线：主要由上料车、开卷机、校平机、中间输送架、 简易测量定长控制装置、剪板机、带式输送机、垛料台等组成。 其余的生产线有s t 4 4 系列生产线和b s t 4 4 4 x 1 8 0 0 系列自动型生产线等，总 之伴随着我国工业技术的发展，国内的剪板系统也得到较好的发展【5 】1 6 1 。 1 4 课题研究内容 本文主要对青岛海洋世纪精密仪器有限公司的某套大型自动剪切生产线的控制 系统进行设计并实现。首先介绍了生产线的总体结构及工作原理，并根据系统要求 设计其控制方案，然后对系统硬件进行选型与连接并对设备的相应参数进行设定， 设计了系统程序包括触摸屏画面与p l c 控制程序，最后对控制系统进行调试，将其 安全投入使用。具体的研究内容如下： ( 1 ) 介绍了该生产线的总体结构及工作原理。整个生产线由开卷机、送料机和 冲床三部分组成，分别对各部分的结构和功能加以说明，并详细说明了冲床上凸轮 开关的工作原理及调整方法。最后介绍了该生产线的基本参数、性能及特点。 ( 2 ) 根据生产线的工艺流程，设计了该系统的控制方案。对p l c 、伺服驱动装 置、变频器及触摸屏等设备进行选型。设计了p l c 与变频器、p l c 与伺服驱动器的 控制线路图，并对变频器和伺服驱动器的参数设定进行详细说明。 ( 3 ) 根据生产工艺要求，设计控制程序，包括触摸屏画面和p l c 程序。触摸 屏画面用来完成参数设置与修改、状态显示和报警显示等功能。p l c 程序中有送料 长度与脉冲数、送料速度与脉冲频率转换等算法，还有凸轮开关信号滤波、变频器 运行以及伺服控制等环节。 ( 4 ) 完成系统的总体调试，包括程序调试、实验室模拟调试和现场运行调试等， 3 青岛人学硕十学位论文 确保其安全投入使用。系统f 常运行时， 值计算出脉冲数后，向伺服驱动器发送， 定位。 送料长度在触摸屏上设置，p l c 根据设定 控制伺服电机送料，从而实现精确的伺服 4 1 】， ， ， ，i1一 1 j，、1一 第二章自动剪切生产线 第二章自动剪切生产线 随着高精度机械产品的不断发展，对产品所需配件的加工精度和生产效率的要 求越来越高。传统的生产设备由于种种原因已经不能满足其生产要求，因此在工业 生产中高精度自动剪切生产线的应用越来越广泛，实现了产品的自动开卷、定长送 料和自动剪切，有效地提高了产品的加工精度及生产效率，提高了生产过程的机械 化和自动化程度，适合较大规模生产，具有十分广阔的应用前景。 2 1总体结构 自动剪切生产线用于将金属卷料加工成一定尺寸的板料，由开卷机、送料机和 冲床三部分组成，如图2 1 所示。 开卷机送料机 冲床 、孕丹 f gi i 毒 矿桫 喜乞o o 占o o 畅叩带 ；( 上二 砥 图2 1 生产线总体结构 a 保持器b 弧形托起器c 开卷轴 d 光电开关e 料 折压器昏送料压辊h 控制面板i 控制手柄j 操作按钮 ( 1 ) 开卷机包括开卷轴、保持器和弧形托起器。开卷轴由变频器驱动的电动机 带动，可主动放料也可收回卷料。保持器在开卷机转动时压住卷料，避免卷料松动。 弧形托起器托起已展开的卷料，避免其触地。 ( 2 ) 送料机通过伺服驱动器伺服电机装置带动内部许多组送料辊旋转，精确 地给冲床送料。另外，这些压辊还能对卷料进行压平，使送到冲床的料更加平整。 送料机上设有控制面板与手柄供操作人员使用。 ( 3 ) 冲床完成对送料的剪切及冲压成形，是整个生产线的最后一道工序。为了 提高其自动化程度，可以在冲床侧面装置自动传送设备，当板料剪切完成后，传送 带将其送至设备后方【_ 7 1 。 5 ， k， l -0【i， !。l， ，i l 青岛人学硕十学位论文 2 1 1开卷机 开卷机是金属板料丌卷的专用设备，广泛应用于机械、冶金、建材、化工、电 子等多个行业。常用的丌卷机有双锥头式、双柱头式和悬臂式三种。 双锥头式开卷机的锥头分可胀缩式和不可胀缩式两种。可胀缩式双锥头开卷机 由于锥头插入钢卷以后使其胀缩，因而带钢形成的张力较大，常用于轧机机组的开 卷。不可胀缩式开卷机对带钢形成的张力小，锥头易压伤钢卷内层的边缘，曾用于 精整机组的开卷。 双柱头式丌卷机，柱头由扇形板、单节棱锥轴和胀缩油缸等组成。柱头胀缩可 使带卷胀紧，两柱头的移动，分别由各自的油缸驱动可以相对运动，也可以同步运 动。运动同步控制与双锥头开卷机相似。开卷机在开卷过程中，带材边缘可由边缘 控制装置监视，以保证带钢沿机组中心线运动。由于这种开卷机柱头的重心低，回 转体的动平衡性能好，因而开卷机的允许开卷速度高，张力大，工作平稳。适合宽 度大的钢卷。 悬臂式开卷机可形成较大的丌卷张力，上卷和钢卷自动对中方式简便可靠。安 装较双柱头式开卷容易，由于卷重较大，可通过设浮动支撑来增加卷筒刚度。开卷 机卷轴轴承可沿活动支撑的托辊切线方向移动，以使卷筒在轴向方向自由运动【8 】1 9 】。 本控制系统使用了悬臂式开卷机，其主要由开卷轴、保持器和弧形托起器等部 件组成。开卷轴由变频器驱动的电动机带动，负责将卷料展开。为了避免送料机工 作时对已展开的卷料产生较大的张力以及对机械设备造成损伤，开卷机先预放一定 长度的料，起到缓冲的作用。在装料和卸料过程中，开卷轴的轴筒可以扩张和压缩， 涨缩范围为4 6 5 - 5 1 5 m m ，其动作由电磁阀控制。保持器在开卷机转动时压住卷料， 避免卷料松动。弧形托起器托起已展开的卷料，避免其触地。设备上装有上、下两 个光电开关，当卷料位于上光电开关之上时，变频器高速运行，控制开卷机高速放 料；当卷料位于上、下两个光电开关之间时，变频器低速运行，控制开卷机低速放 料；当卷料足够长以至于挡住下光电开关时，变频器停转，同时开卷机停止运行。 2 1 2 送料机 送料机是工业生产线的送料装置，其送料精度与速度的高低，直接影响着整个 生产线的的生产效率及自动化水平，因此是一道必不可少的重要工序。早期的送料 装置多采用油缸一齿条一离合器一滚筒的送料方式。它是液压系统结合机械传动系统的 送料方式，但由于存在着离合器打滑、油缸冲击力无法受控等原因，从而导致送料 的精度偏差比较大等问题。目前送料机普遍采用的是由伺服驱动装置、高精度减速 机、送料辊等设备组成的系统，控制灵活、操作简单、减少误差不可控环节，确保 6 一 j，j1 ，1j， 一 j 1 ， ，rr，】j11， 第二章白动剪切生产线 了送料精度的稳定。 送料机主要由机架、一对送料辊( 上下各带多组支撑辊) 、传动系统等设备组 成，主要功能是将板料按指定长度送到冲床进行剪切。上下送料辊均主动旋转，由 伺服电动机通过高精度减速机、齿轮箱、精密联轴器与之连接。上送料辊位于一可 升降的横梁上，下送料辊位于两侧机架内，油缸与机架连接将夹送力施加在送料辊 上。上下辊的安装机架上带有多组支撑辊，增强了央送辊的刚性，能保证送料辊面 与材料面有较大的接触面积，使送料更加地平稳，从而提高了送料精度【l o 】。 送料系统为走停送料、静态剪切模式，即其机械类别为走停式，冲床模具的刀 座是固定不动的，板料的运动为间歇性送料，待切材料在裁剪加工的瞬间，送料必 须完全停止。具体工作过程是通过伺服电机和精密减速机形成动力源，驱动压辊送 料，实现快速连续送料，伺服电机运转时，材料靠送料辊牵引；当送料长度达到设 定值时，伺服电机停止运转，送料辊停止送料；当送料结束后，冲床动作，将材料 剪切。 2 1 3冲床 冲床完成对送料的剪切及冲压成型，是整个生产线的最后一道工序。其操作按 钮为双手操纵，当用双手同时按住两方的按钮时，滑块启动。在下降行程的过程中， 如果手离开按钮，滑块立即停止运转，这样可避免操作人员双手进入危险区。连续 冲压时，双手按按钮时间应大于3 秒钟，以确认连续冲压动作。工作台两侧设有光 电保护装置，用以保护人身安全。在滑块的下行程期间，当光电保护装置发出的光 束被手或其它东西隔断时，滑块立即停止运行并保持事故状态，起保护作用。 冲床的结构特征具有如下特点： ( 1 ) 冲床机身采用焊接结构，刚性好。滑块采用六面长导轨，导向精度好。 ( 2 ) 冲床曲轴纵放，传动齿轮置于机身内并浸入油池，造型美观，结构紧凑， 齿轮传动工作条件好，并大大降低其噪音。 ( 3 ) 冲床采用组合多片的湿式气动摩擦离合器和制动器，结构紧凑，传递平稳， 动作灵活，接合噪音小，使用寿命长，安全可靠。 ( 4 ) 滑块内装设液压过载保护装置，如遇叠片误冲发生过载时，立即卸荷，从 而保护冲床不致受损，一旦故障排除，过载消失，自行复原，冲床又重新工作。 ( 5 ) 模具的安装高度，通过制动电机和齿轮来调节，精确度可达0 1 。模具封 闭高度指示器显示闭合高度值，装模方便，操作简单，大大缩短装模时间。 ( 6 ) 在气动管路中装设喷气接口，以便用户在自动冲压时，实现气动吹料或者 其它动作。 ( 7 ) 冲床电气系统线路中采用了多种安全保护措施来保证机床和人身安全，其 7 p r l，- -l。 lr，kr 青岛人学硕十学位论文 安全性和可靠性得到极大的提高【1 2 1 。 1 凸轮开关角度设置 冲床上装有多组凸轮开关，是由行程开关和凸轮片组合而成从而控制冲床动作 的一种微动机械装置。两只1 8 0 度凸轮片及一只行程开关共同组成一套控制装置， 通过两只凸轮片组成角度来控制行程开关的通断，从而控制冲床所需动作的位置。 凸轮开关将冲床位罱转化为电信号作为输入信号提供给p l c 。p l c 根据这些信号， 协调开卷机、送料机和冲床三者的动作，最终使整个生产线能够协调运行。凸轮开 关的角度设置如图2 2 所示。 1 2 l 93 6 图2 2 凸轮开关角度设置 凸轮开关信号由上死点信号、干涉点信号、下死点信号和送料启动点信号组成。 当冲床位于上死点信号区域时，上死点的凸轮开关接通，滑块位于最上位置。冲床 工作时，滑块下行，同时凸轮开关的触片也在转动，到达干涉点信号区域时，干涉 点的凸轮开关接通，其余的断开，此时送料机必须完成送料，否则发生干涉，冲床 将发出干涉报警，停止工作。滑块继续下行，在下死点信号区域时，下死点的凸轮 开关接通，其余的断开，此时冲床完成对进料的剪切以及加工。剪切结束后，滑块 上行，到达送料启动点信号区域时，送料启动点信号的凸轮开关接通，其余的断开， 送料机开始送料。滑块继续上行至上死点信号，开始下一个循环周期。其中送料启 动点信号上升沿和干涉点信号上升沿之间的区域为可送料区域。 2 凸轮开关工作角度调整 凸轮开关工作角度的调整如图2 3 所示。 起点的调整：沿轴向方向用手拉中凸轮( 带外凸轮一起) 并转动，参照凸轮 8 1， ，l l j】1rr 第二章自动剪切生产线 所需的开启角度，使中凸轮上相应的“黑”字刻度对准固定齿圈“0 ”准线。 止点的调整：沿轴向方向用手拉外凸轮并转动，按所需的关闭角度，使外凸 轮上相应的“黑”字刻度对准固定齿圈“o ”准线。 a 外凸轮 d 中凸轮刻度 2 2 性能及特点 图2 3 工作角度调整 b 外凸轮刻度 e 固定齿圈 f d b c 中凸轮 固定齿圈“0 ”准线 生产线对于板料剪切具有较高的剪切精度和生产效率。自动化程度高，大大减 轻了工人的劳动强度，同时由于可根据需要随时生产各种规格的板料，从而节省库 存，降低成本。 生产线能够单机单动和分机组合运行。单机主要用于穿料，整线组合可实现开 卷送料剪切功能。 开卷机带液压辅助支撑，刚度好，承重大。 定尺送进与剪切刀轴采用高精度减速机、联轴器同步传动，剪切精度好，效率 9 r l ， r ， i - l ，一厂 rri， -i【i 青岛人学硕十学位论文 高。 生产线各主要动作均采用液压形式，动作平稳可靠，噪音低，维护方便可靠。 生产线以伺服电机减速机驱动，定位精度高，剪切速度方便调节。 主要电控元件配用国外进口产品，工作可靠性高；控制系统抗干扰能力强，带 自诊断功能，可帮助快速查询故障原因。 本生产线充分考虑人机安全，采取可靠防护措施防止误操作，一旦出现紧急问 题，可以最快的速度切断电源【l3 1 。 2 3 基本参数 生产线的基本参数如表2 1 所示。 表2 1 生产线基本参数 序号参数名称 数量单位 l 加- - l ：板厚 0 3 3m m 2加：上板宽4 0 0 - - , 1 6 0 0 m m 3 加一t ：板长 3 0 0 3 0 0 0i 姗 4 剪切生产率 1 8 2 2张m i n 5 可开卷的卷材重量 1 5 0 0 0 k g 6 生产线总重量 4 0 0 0 0 k g 1 0 1_-_-，111 j。-，j，1-_-_-1、1_1、。，l-一。_-_-。_-j-1。1】 一 一 第三章控制系统设计 3 1 系统控制要求 第三章控制系统设计 ( 1 ) 运行方式。开卷机、送料机和冲床都具有手动自动两种工作方式。当采 用自动工作方式时，系统将按预先设定的工艺流程不间断地循环工作。而手动工作 方式是在设备单动、调试和检修阶段使用【1 4 】。 ( 2 ) 实时显示。系统中各个工序的运行情况、报警信息、送料长度和加工工件 数量等信息都要求在触摸屏上显示。 ( 3 ) 故障检测。系统能够自动检测各个工序的运行是否正常，如果出现异常， 在触摸屏上显示错误信息，同时生产线停止运行。故障解除后按启动按钮生产线继 续运行【15 1 。 ( 4 ) 紧急停止。当出现紧急情况时，按下急停按钮，所有正在运行的设备全部 停止。 ( 5 ) 安全保护。在程序设计过程中，对关键环节设置多重防护，避免人身及设 备事故的发生。 3 2 控制系统设计 控制系统主要由p l c 、伺服驱动器伺服电机、变频器、触摸屏、光电开关和电 磁阀等硬件组成，结构如图3 1 所示。 图3 1 控制系统结构 l l i-yrr。 _r - 青岛人学硕十学位论文 ( 1 ) p l c 采用o m r o n4 0 点的c p l l 机型，它是o m r o n 超高速的一体化紧 凑型p l c ，内置高速脉冲输出功能，可以直接控制伺服电机运行【l6 1 。为了满足输入 输出点数的需要，增加两个2 0 点的输入输出扩展模块。p l c 接收系统中各种按钮 及开关的信号，根据程序和预先设定的参数，控制电磁阀及继电器动作，同时通过 高速脉冲输出向伺服驱动器发出定量的脉冲数控制伺服电机的运转。 ( 2 ) 采用松下m i d 系列的变频器。变频器根据p l c 输出端信号控制电动机的 正反转及转速，从而实现对卷料的释放和回收。 ( 3 ) 采用松下m i n a sm s d 系列的交流伺服控制系统，它响应快，速度频率高， 定位超调整定时间短，可实现高速定位【1 7 】。伺服驱动器根据p l c 高速脉冲输出端发 出脉冲的个数、频率控制伺服电机的转动位置及速度，从而精确地给出送料长度。 ( 4 ) 采用o m r o n 的n t 5 z 触摸屏，其作用是负责参数的设定、修改和部分 机械动作的控制，同时将设备的动作信息反映给用户。它与p l c 之间通过r s 2 3 2 串口通信实现数据交换，为用户提供了良好的人机交互界面。 ( 5 ) 采用了光电开关、电磁阀等工控设备。p l c 接受来自冲床的控制信号( 如 冲床正常、冲床连续工作与冲床运动标志信号等) 及凸轮丌关信号，同时将输出信 号( 如冲床急停、冲床连续运行控制及常打控制等) 发送到冲床，最终使整个生产 线设备能够协调运行。 3 3变频器 3 3 1接线图 p l c 与变频器连接i o 分配如表3 1 所示。 表3 1p l c 与变频器连接i o 分配表 输入信号信号元件的含义 输出信号信号元件的含义 2 0 7变频器错误1 0 2 0 0变频器正转 1 0 2 o l变频器反转 1 0 2 0 2速度选择1 1 0 2 0 3速度选择2 变频器线路如图3 2 所示。 1 2 厂i ， ， ，1。 第二章控制系统设计 三相电源 a c 2 2 0 v 5 0 h z 1 0 2 0 0 1 0 2 0 1 1 0 2 0 2 1 0 2 0 3 _ 6 飞r u 一石飞 s v 1 ntw 。 m i d 0 8 3 a l x g1 0 7 5 k w in 1 l w 而 l l | c o m 而 1 2 而 1 3 而 1 4 图3 2 变频器接线图 m d 系列变频器运转方式如表3 2 所示。 表3 2m m 运转方式 电机 o 7 5k w 端子板的机能 “1 8 运转方式 7 6 2 转力氏 “1 21 31 4 选择”的值 2 种速度运转 正转反转 频率设定 2 方式选择 4 种速度运转 正转反转频率设定选择4 ( 出厂设定) 方式 用“1 8 运转方式选择来选择运转方式，然后依据频率设定选择端子“短路 “开路 可进行多种速度运转。当设定为4 种速度运转方式时，根据“1 3 和“1 4 端子“短路“开路 组合，可以选择“第0 频率、“第l 频率 、“第2 频率 和“第3 频率 4 种速度。当设定为2 种速度运转方式时，根据“1 3 端子“短路 开路 可以选择“第0 频率 、“第1 频率2 种速度【1 引。如表3 3 、3 4 所示。 1 3 ， -lr lr。lr 青岛人学硕十学位论文 表3 34 种运转方式下频率设定 “1 3 ”“g ”问 “1 4 ”一“g ”间 频率设定 开路开路第0 频率 短路开路第1 频率 开路短路第2 频率 短路短路第3 频率 表3 42 种运转方式下频率设定 “1 3 ”一“g ”问 频率设定 开路第0 频率 短路第1 频率 3 3 2 参数设定 m i d 系列具有调整其特征、状态等的参数，可在操作盘上设定。参数有5 0 种， 下面就将使用到的参数加以介纠1 8 1 。 1 参数o o 设定频率( 第0 频率) 可设定第0 频率，当“1 7 频率指定选择”为p n l 时有效，设定值为3 0 0 。 2 参数0 1 第1 速度频率 参数0 2 第2 速度频率 参数0 3 第3 速度频率 这3 个参数可设定多个速度运转时的频率，当“1 8 运行方式选择 为2 个速度 运转方式时，第1 速度频率有效；为4 个速度运转方式时，第1 一第3 速度频率有 效。设定值依次为5 0 0 、3 0 0 和1 5 0 。 3 参数1 6 运转指令选择 可从下列指令中选择运转方式： p n l ( p a n e l ) ：主机操作盘的r u n 有效，此时不能把“1 1 一“1 4 作为运 转指令使用。 t e r ( t e r m i n a l ) ：输入端子“1 1 ”和“1 2 有效。 b o t h ：主机操作盘和输入端子都有效。 1 4 ，1 1 1 1 第三章控制系统设计 该参数设定为b o t h ，即主机操作盘和输入端子都有效。 4 参数1 7 频率指令选择 选择两种方式对第0 速度频率进行设定： 用“o o 设定频率( 第0 频率) 设定第0 速度频率。 用输入端子“f i n 或电位器面板设定。 该参数设定为p n l ，即用“o o 设定频率( 第0 频率) ”设定第0 速度频率。 5 参数1 8 运转方式选择 可选择“2 个速度运转方式 和“4 个速度运转方式 ，设定值为2 。 6 参数5 5 输出信号极性选择 可对输出端子“0 1 一“c o m 间的极性进行设定： n o r ( n o r m a l ) ：工作时o n 。 r e v ( r e v e r s e ) ：工作时o f f 。 该参数设定为r e v ，工作时为o f f 。当变频器工作时，输出信号“变频器错误 无输出。 7 参数7 35 v 输入时的频率 参数7 40 v 输入时的频率 这两个参数用来设定电位器面板的频率范围。参数7 3 设定为6 0 0 ，参数7 4 设 定为0 0 。 8 参数7 5 上限频率 参数7 6 下限频率 这两个参数用来设定“o o _ - 0 3 第0 速度一第3 速度频率 的频率范围。参数 7 5 设定为6 0 0 ，参数7 6 设定为0 0 。 3 4 伺服驱动装置 3 4 1接线图 p l c 与伺服驱动装置连接i o 分配如表3 5 所示。 表3 5p l c 与伺服驱动装置连接i o 分配表 输入信号信号元件的含义输出信号信号元件的含义 2 0 4 伺服准备好信号1 0 0 0 0正转 2 0 5 伺服报警1 0 0 0 l反转 2 0 6 送料结束1 0 0 0 3报警清除 1 0 0 0 4伺服使能 1 5 ：r i 厂ii-r l lrlrl 青岛人学硕十学位论文 伺服驱动装置接线如图3 3 所示。 占书盯_ ( s i g n ： v - q g n d 图3 3 伺服驱动装置接线图 伺服电机 3k w 图中c o m + 和c o m 为控制信号电源。 s r v - o n ( 伺服使能) 和a - l r ( 报警清除) 为控制信号输入端子。当s r v - o n 端子接通时，进入伺服使能状态。当a - c l r 端子接通时，将报警状态清除掉。 s - r d y ( 伺服准备好信号) 、a l m ( 伺服报警) 和c o i n ( 送料结束) 为控制信 号输出端子。当控制电源主电源接通，而且驱动器在没有伺服报警状态时，晶闸管 导通，继电器s - r d y 线圈有输出。当报警状态发生时，a l m 端子的晶闸管关断， 向p l c 发出报警信号。当偏差计数器所存脉冲量在设定的定位范围内时，c o i n 端 子的晶闸管导通，定位完成信号输出。 1 6 1l1 l，j1 i1i，1， ， r1rrl11j 第二章控制系统设计 脉冲指令信号接入驱动器时，可以通过参数2 9 设定其输入方式。本系统采用 c w 脉冲+ c c w 脉冲的方式。同时，需在线路上接入2 k 的限流电阻。计算公式如下： 矿d 1 5 一1 0 m , 4 rq - 2 2 0 得到，r 约为2 k 欧。 3 4 2 参数设定 2 - ( 1 ) m s d 系列驱动器由一系列参数，通过这些参数的设置和调整，可以改变系统的 性能和功能。参数共有4 页，每页由1 6 个组成，页内参数按十六进制0 - 一f 编号。 其中，第o 页第2 页为用户参数，可以自己设定和修改，第3 页为系统参数，用 户可以查看、参考而不能修改。下面就将使用到的参数加以介绍【1 9 】。 1 参数0 1l e d 初始