翻板機自動控制系統的設計與實現

廖雪超，鐘 實，廖生偉

（1.武漢科技大學計算機科學與技術學院，2.武鋼熱軋總廠中厚板分廠，湖北武漢 430080）

1 引言

在汽車板制造過程中，車體板材在加工成形過程中，需對其進行上下翻轉，以保證后續工序的順利進行。以往要完成這一工序，主要依靠工人的手工操作，既費時又費力；如果采用自動翻板機，不但可以減輕勞動強度，而且還大大的提高了工作效率。

本系統中，工作臺的翻轉采用變頻系統驅動，夾緊梁上下動作和送料平臺的前進、升降動作采用液壓系統驅動，并利用PLC來實現翻板機的自動控制。

2 系統工藝流程

本翻板機系統主要設備如圖1所示，主要包括：翻轉體、送料平臺、液壓系統[1]、傳動系統。翻轉體部分主要由：兩臺夾緊梁，翻轉圓盤、底座、翻轉電機等組成。其中，夾緊梁由液壓油缸驅動，翻轉圓盤有翻轉電機驅動。送料平臺部分主要由：進料平臺、起落平臺和升降平臺等組成[2]。其中，進料平臺由電機驅動，起落平臺和升降平臺由液壓油缸驅動。

翻板機的工作流程是：物料落至進料平臺后，升降平臺先將其上升對準翻轉體臺面，起落平臺再將其頂起，然后由進料平臺將鋼板送入翻轉體內，此后，起落平臺落下，將鋼板平穩放至翻轉體內的鋼板夾緊區，再驅動進料平臺后退離開翻轉體。此時，翻轉體內的夾緊梁向下夾緊鋼板，然后進行翻轉，達到合適位置時，停止翻轉，撤銷夾緊，由進料平臺臺將物料取出、運走。

本翻板機的翻轉對象是多張疊加在一起的汽車薄板，系統工作時，主要控制要點有兩點：

(1)夾緊梁的夾緊力需根據鋼板數量、厚度和重量進行自適應調整：鋼板數量多、厚度大、重量大時，需適當增加夾緊力，確保鋼板能被可靠的夾緊，以防止在翻轉過程中滑落造成事故；鋼板數量少、厚度薄、重量小時，需適當減小夾緊力，以防止夾傷鋼板。

(2)翻轉體夾緊物料后整體重心偏下，在翻轉過程中，整個翻轉圓盤的重心會隨著翻轉角度發生改變，翻轉電機的負載也呈現不均衡的波動現象，因此在控制翻轉電機時需加以注意。

圖1 翻板機系統工藝圖

3 控制系統硬件設計

根據翻板機的工藝流程和控制要求，本控制系統由觸摸屏、PLC、傳動系統、液壓系統等組成。

3.1 液壓系統

液壓系統原理如圖2所示，由油箱、過濾器、2臺翻轉夾緊油缸，2臺平臺升降油缸、1臺平臺頂起油缸等組成。每一個液壓驅動子系統各配備一臺電磁換向閥KA1、KA2、KA3，來控制油缸的動作方向。翻轉夾緊液壓子系統還配備一臺比例減壓閥KA4，以調整該部分的油壓，使系統能根據物料情況適時的調整夾緊力。當子回路油壓到達夾緊設定值時，則向PLC發送鋼板夾緊確認信號，PLC接收到夾緊信號后，控制電磁換向閥KA1回到本位，停止供油，從而使油缸停止動作。

整個液壓系統還配置一臺電磁溢流閥KA5，以保證液壓系統工作時，主回路油壓為設定值（如160 kg）。而將多余的油溢流回油箱[3]。

圖2 液壓系統控制原理圖

3.2 翻轉系統

在翻轉臺相應位置安裝有正、反轉減速限位開關和停止限位擋板，當傳動裝置驅動翻轉臺正轉或反轉，到達設定水平位置后，由正、反轉限位開關檢測出該信號，并發送給PLC，由PLC控制傳動裝置減速或停止翻轉動作。

3.3 傳動系統

傳動系統包括：翻轉電機M1、進料平臺驅動電機M2和主油泵電機M3。其中，進料平臺電機M2需根據系統進料和出料的限位要求進行邏輯聯鎖控制。翻轉電機M1的負載由鋼板物料的重量、厚度、數量等參數決定，同時，翻板機在工作時，需頻繁啟動、停止、正反轉，而翻轉體在翻轉過程中，整個翻轉圓盤的重心會隨著翻轉角度發生改變，從而造成翻轉電機沖擊力大、啟動頻繁、受力不均、負載不均衡等現象[4]。

鑒于此，系統設計由變頻器驅動翻轉電機，采用雙閉環控制方式對翻轉電機M1進行控制。系統中外環為速度環，內環為電流環。速度環的輸出為電流環的給定（力矩給定），該電流環也稱為轉矩環。速度閉環的反饋量由速度編碼器提供。

3.4 P L C控制系統

PLC控制系統原理如圖3所示，在翻板機工作時，實時檢測整個系統的狀態信號，包括：液壓系統的壓力、溫度；翻轉體正、反轉限位；進料平臺的前、后限位；起落平臺的上、下限位；升降平臺的上、下限位等。并按照系統控制要求，完成送料、夾緊、翻轉、出料等一系列動作。觸摸屏作為系統人機交互界面，通過RS485串口通信方式與PLC進行通信。為操作人員提供在線監測、參數輸入以及手動控制等功能。

圖3 P L C控制系統原理圖

4 控制系統軟件設計

本系統分為手動和自動兩種控制方式。手動方式時，操作人員可通過觸摸屏和操作臺的控制按鈕直接對翻板機的各個部分進行點動控制。自動方式時，由PLC根據操作人員的設定值，進行全自動控制，圖4為自動控制方式的流程圖。

圖4 翻板機自動控制方式的軟件流程圖

(1)系統運行準備

a檢測液壓系統液位、油溫、濾油器、吸油口濾阻等設備，PLC根據油溫控制油加熱器和風冷電機，使液壓系統溫度控制在正常范圍內；

b啟動主油泵電機；

c設置液壓系統的夾緊力，夾緊力由PLC控制調整，PLC內記錄不同規格和數量板材所需夾緊力值配方數據，并在操作屏上設定和調用；

d控制翻轉圓盤翻轉至上料工位（由限位開關，碰塊、制動器實現）；

e檢查送料平臺是否準備好：進料平臺后退至后限位、起落平臺下降至下限位、升降平臺下降至下限位；

(2)上料

操作人員控制行車將物料落入送料平臺的規定范圍內；

(3)進料

(4)液壓夾緊

a由PLC根據夾緊力設定值，將處理的結果轉換為壓力信號，輸出給比例減壓閥KA4，完成液壓系統的壓力設定；

bPLC控制電磁換向閥KA1來驅動油缸進行夾緊動作；

cPLC對液壓系統的實際工作壓力進行實時監測，并與設定值進行比較，當子回路油壓到達夾緊設定值時，則向PLC發送鋼板夾緊確認信號；

dPLC接收到該夾緊信號后，控制電磁換向閥KA1回到本位，停止供油，使油缸停止動作；

(5)翻轉體旋轉180度

(6)液壓松開

a控制電磁換向閥KA1，驅動夾緊油缸退回至松開限位；

bPLC接收到該松開限位信號后，控制電磁換向閥KA1回到本位，停止供油，使油缸停止動作；

(7)出料

(8)準備下一次翻轉

5 結論

本翻板機自動控制系統已投入運行使用。系統可根據當前物料參數，實時調整夾緊力，使系統實現物料的可靠夾緊和翻轉，并可防止鋼板被夾傷。操作人員通過觸摸屏對物料、壓力、速度等系統參數進行設定后，啟動系統，可實現一鍵翻鋼，大大提高了系統的穩定性和運行效率。

[1]胡堅.幾種中板翻板機典型結構的運動分析 [J].重鋼技術，2008，51（4）：36-39.

[2]張林，姚成剛，鄒艷云.翻板機構的設計及其應用[J].包鋼技術，2012，38（3）：53-54，57.

[3]劉歌，王勤.中厚板翻板機的設計與仿真[J].冶金設備，2008，169：33-34，74.

[4]竇玉香，郜擁軍，王煜皓，焦愛紅.翻板機主傳動裝置的改進[J].河南冶金，2002，2（48）：32-33.