全自動剪板機的PLC和伺服控制系統設計

撰文/程衛鋒 胡 希

■201900 上海西重所重型機械成套有限公司 上海

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全自動剪板機的PLC和伺服控制系統設計

撰文/程衛鋒 胡 希

■201900 上海西重所重型機械成套有限公司 上海

本文對工業用自動剪板機的工作原理進行了分析，通過PLC和伺服控制系統的應用，提出了全自動剪板機智能控制系統的實現方案，設計了電氣傳動部分和PLC控制系統的程序流程。關鍵詞：PLC；伺服控制系統；定位控制；順序控制

概述

全自動剪板機廣泛的應用于板材加工系統中，板材進料、長度檢測、壓緊、剪切、落料、長度調整、修剪等過程必須按一定的順序準確動作，而且不同長度、不同厚度、不同材料的板材，各動作行程、先后順序、刀具位置等要求都不一樣，為了滿足自動剪板機對控制系統的要求，采用了可編程控制器作為系統控制的核心，伺服控制系統來驅動進料輥道，達到板材的快速進料和停車剪切，定位控制來檢測板材長度，動作迅速、精確度高。

剪板機結構原理

自動剪板機可以將上一道工序送來的大塊板材自動進料，按設定好的數據進行精確的剪切加工，并由送料車運送到下一工序，其結構及原理如圖1所示。

圖1　自動剪板機原理圖

系統設置了10個限位開關，分別用于檢測各部分的工作狀態。其中，SQ1檢測待剪板料是否被輸送到進料輥道；SQ2檢測壓塊是否壓緊已到位的板料；SQ3檢測壓塊是否上升到位；SQ4、SQ5檢測剪切刀的狀態；SQ6、SQ7為兩個光電接近開關，板料到達SQ6時控制進料輥道減速，板料到達SQ7時控制進料輥道停止；出料小車到達右止點SQ8動作；出料小車到達左止點SQ9動作；出料小車裝滿時SQ10動作，出料小車自動將板料送到下一工序。進料輥道、壓塊、剪切刀、出料輥道、絲桿和出料小車分別由六臺電動機拖動。系統未動作時，各限位開關均打開。

工作原理

當系統啟動時，輸入板料加工尺寸、加工數量等參數，按下自動開關，系統自動運行。

a首先檢查限位開關SQ1和SQ10的狀態，若有板料且出料小車未裝滿，系統開始工作。

b起動進料輥道帶動板料向左移動，當板料碰到行程開關SQ6時，進料輥道減速，當板料碰到行程開關SQ7時，進料輥道停止。

c壓塊電機啟動，使壓塊壓下，壓塊限位開關SQ2閉合。

d剪切刀起動，控制剪刀下落。剪切到位，SQ4閉合。板料由出料輥道輸送到出料小車。

e剪刀彈起，SQ5閉合，壓塊電機反轉，SQ3閉合，SQ6、SQ7無信號，進料輥道繼續送料。光電檢測開關SQ7合一次，剪刀剪下并回到起始位置，計數器作加1計數，每個循環剪多少塊可通過觸摸屏設定，計數到達設定值則自動清零，重新開始下一個循環的工作。

f當小車上的板料夠數時，SQ10閉合，起動小車控制電動機，帶動小車左行，將切好的板料送至下一工序。

g卸下后，再起動小車右行，重新返回出料輥道下，開始下一車的工作循環。

板料的長度L可根據需要進行調整，每一車板料的數量可預先設定。

控制系統設計

系統電氣部分主回路原理見圖2：

圖2　電氣部分主回路原理

a進料輥道

使用伺服控制器帶動伺服電機驅動進料輥道，采用速度開環控制；伺服電機有較大的輸出轉矩，可以實現快速啟動和停止。

b壓塊

壓塊的作用是壓緊板料，以利于剪切刀切斷板料，壓塊有上升和下降兩種運動，要求帶動壓塊的電動機具有正反轉運動。

c剪切刀

剪切刀要快速切斷板料并返回起始位置，設計方案采用一臺三相異步電機帶動飛輪，再通過離合器帶動凸輪和剪刀的結構。設備上電后先啟動電機，等飛輪達到設計轉速，要剪切時給剪切信號，離合器吸合，帶動凸輪和剪刀剪下。

d出料輥道

板料剪下后掉落在出料輥道上，由出料輥道輸送至小車。

e出料小車

板料從出料輥道末端掉入小車，按次序疊放。當小車裝滿后，進料輥道停止，出料小車電機正轉，小車向左行駛，到達下一工序停車卸料，然后出料小車電機反轉，小車向右行駛，自動返回出料輥道下，開始下一車板料的剪切工作。

f絲桿

板料的定長剪切由SQ6和SQ7兩個光電開關是否有信號來確定，SQ6和SQ7裝在一個可以左右滑動的滑塊上，由絲桿帶動，絲桿則由伺服電機驅動。通過觸摸屏給定一個值時，PLC通過定位模塊給出絕對位置指令到伺服控制器，控制伺服電機驅動絲桿，帶動滑塊到達指定的位置。若要剪切的板料長度為循環變化的值，當前塊剪切完畢，PLC計算出下一塊要剪的長度，然后控制滑塊到達指定的位置。

PLC控制系統流程

a輸入設備

限位開關：SQ1，SQ2，SQ3，SQ4，SQ5，SQ6，SQ7，SQ8，SQ9，SQ10

系統的停止啟動按鈕：SB1，SB2

b輸出設備

圖3　PLC輸入輸出端子分配圖

KM1控制進料輥道電機的接觸器；KM2A、KM2B控制壓塊電機的接觸器，驅動電機的正反轉，控制壓塊壓緊和放松板料；KM3控制剪切電機的接觸器；KM4控制出料輥道電機的接觸器；KM5A和KM5B控制出料小車電機的接觸器，驅動電機的正反轉，從而控制小車的左行和右行；KM6控制絲桿電機的接觸器。其輸入輸出端子分配如圖3所示。

分析可知，本系統是一個多工步的順序控制系統，控制系統的流程順序如圖4所示：

圖4　系統流程圖

結束語

本文所述的全自動剪板機采用了PLC作為系統順序控制和邏輯控制的核心，結合伺服控制動態響應快、定位精度高的優點，實現了全自動、高效率、高精度的剪板功能， 可廣泛應用在各種板材、帶材的定長或變長分卷、切塊等場合，也可與自動化流水線很好對接，實現更大規模、全線自動化的板材生產、加工、成品、包裝的全自動生產流水線。

參考：

［1］張鳳珊主編.電氣控制及可編程控制器.第2版.北京：中國輕工業出版社，2003.

［2］李俊，張俊儒.電機控制集成電路原理和應用［M］.北京：冶金工業出版社，2005.

［3］鄧則名等編.電氣與可編程序控制器應用技術.北京：機械工業出版社，2007.