四輥卷板柔性加工單元控制系統的開發

王國強（首鋼長治鋼鐵有限公司鍛壓機械有限公司 設計院，山西 長治 046011）

四輥卷板柔性加工單元控制系統的開發

王國強
（首鋼長治鋼鐵有限公司鍛壓機械有限公司 設計院，山西 長治 046011）

本文介紹了四輥卷板柔性加工單元的組成與結構，簡單敘述了四輥卷板柔性加工單元的卷板工藝流程，并在此基礎上闡述了控制系統設計、硬件選型及軟件編程。

柔性加工單元；卷板機；機械手；智能化

國內卷板設備經歷了從機械到液壓再到數控的發展過程。目前，其液壓和自動化控制技術已取得長足進展并日趨成熟，目前已由單機自動化發展到柔性制造單元。為了應對快速、精密、批量化生產的需求，研發高效、高精、安全、復合、環保、自動化、柔性化、智能化的彎曲校正設備勢在必行。

1 結構組成

數控四輥卷板柔性加工單元為一臺數控卷板機配置前段板料預處理和后段成品輸送等設備，由一臺計算機組成的控制系統控制，組成卷板自動加工單元。該單元將信息流和物資流集成于CNC卷板機系統，可實現批量加工自動化，是較理想的高精度、高效率、高柔性的制造系統。卷板柔性加工單元主要由上料機械手、板料對正裝置、進料輥道、數控卷板機、工件托料機械手、卸料機械手、出料輥道、液壓部分、電器部分等組成。數控四輥卷板柔性加工單元結構如圖1所示。

2 工藝流程

數控四輥卷板柔性加工單元實現了板材的上料、卷圓、下料完全自動化，即從上料吸盤、送料輥道、卷板機、托料、推料、出料輥道整個柔性加工單元完整工藝的一鍵式操作，具體工藝過程如圖2所示。

圖1 數控四輥卷板柔性加工單元結構示意圖

在實際卷制過程中，數控卷制的工件應盡量控制在一個道次內完成，這樣板材的彈性變形對工件的卷制過程影響最小。也就是說，數控卷板的能力應盡量控制在機器卷板能力的50%~60%以下。

3 控制系統組成

數控四輥卷板柔性加工單元采用十軸閉環控制系統，有效實現了工件制造過程的智能化、柔性化。本控制系統主要由平板電腦（PPC-6152A）、PLC （S7200）、直線位移傳感器、增量式光編、變頻調速器等元件組成，上位機為全功能工業級平板電腦PPC-6152A。下位機為德國西門子公司高性能 PLC （S7200）。它們之間通過以太網線連接實現上、下位機的數據傳輸。直線位移傳感器為卷板機前、后、下輥、托料裝置位置反饋元件，將各工作軸的實時絕對位置反饋回PLC，PLC在對數據進行處理后對位置進行控制，并將數據傳給上位機顯示。

圖2 數控四輥卷板柔性加工單元工藝流程圖

如圖3所示為卷板機兩側輥、下工作輥、主傳動旋轉及托料工作軸位置環結構示意圖[1]。PLC將給定信號Ug與反饋信號Uf比較，得出輸入信號ΔU，將ΔU進行D/A（數字量/模擬量）轉換，然后用轉換后的模擬量數據控制各工作軸的比例閥，各工作軸的位置通過光電編碼器（主傳動軸）或直線位移傳感器（卷板機側輥、下工作輥及托料）反饋到PLC，當ΔU→0（趨近于0）時工作軸到達設置位置，形成各工作軸的全閉環。

圖3 各工作軸閉環結構圖

4 軟件設計

上位工業平板電腦開發軟件選擇工業組態軟件，組態軟件是數據采集與過程控制的專用軟件，以靈活多樣的組態方式提供良好的用戶開發界面和簡捷的使用方法。可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進行系統集成。

如圖4所示為柔性加工單元的手動操作界面。

圖中的B輥、C輥、D輥代表卷板機前輥、后輥和下輥。B輥、C輥下面的數據分別表示B輥、C輥左右兩端的數值，B、C、D輥與上輥相切的位置記為0，數值表示從零位置到當前位置的位移。D輥左右兩端數據分別表示D輥左右兩端數值；上輥右側數值為主傳動轉過的距離。旋轉速度根據要求輸入數值，數值范圍為0~100。屏幕右側棒圖為托料架實時位置顯示。圖的最下部為報警信息顯示。

如圖5所示為柔性加工單元的自動操作界面。按下自動開始按鈕，機器將按照屏幕左側顯示的步驟和參數開始運行。當程序運行到步驟W（等待）時，需要再次按下操作面板中自動開始按鈕，機器才繼續下一步驟；程序運行到步驟E（END結束）或其他字母顯示時，機器將自動停止，屏幕顯示步驟返回到程序第一步。

圖4 柔性加工單元手動操作界面

圖5 柔性加工單元自動操作界面

如果在運行過程中需要暫停，則在操作面板中按下暫停按鈕。再次按下自動開始按鈕，卷板機將接著上面步驟繼續下一步驟的運行。

如圖6所示為柔性加工單元的程序編輯界面。在編輯模式中，首先在文件名后的方框內輸入文件路徑及文件名，再分別輸入鋼板厚度、鋼板寬度、鋼板長度、屈服極限、卷筒直徑等進行計算，然后根據實際卷制試驗，再對參數進行修改。程序編輯完成后，將程序存儲并下載到PLC內存。

圖6 柔性加工單元程序編輯界面

5 市場展望

隨著家電、新能源等行業的快速發展，數控卷板機柔性加工單元的市場也將得到進一步擴大。該柔性加工單元也可作為核心單元，前端連接開卷-校平-剪切生產線，后端連接自動焊接、噴涂生產線，組成全自動板材加工生產車間，從鋼材卷料到成品筒體實現集中式管理，無人化操作。

[1]戴忠達.自動控制理論基礎[M].北京：清華大學出版社，1991.

Development of control system for flexible manufacturing unit in four-roll plate bending machine

WANG Guoqiang
（Shougang Changzhi Iron&Steel Metalforming Machinery Co.,Ltd.,Changzhi 046011,Shanxi China）

The composition and structure of flexible manufacturing unit for four-roll plate bending machine have been introduced in the text.The technical process of the flexible manufacturing unit has been simply put forward.The design of control system,hardware selection and the software programming have been expounded.

Flexible manufacturing unit；Plate bending machine;Manipulator;Intelligent

TG315.7+1

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.02.015

1672-0121（2017）02-0050-03

2016-11-10；

2017-01-12

王國強（1973-），男，高工，從事機床電氣自動化研發設計。

E-mail：wgq7391@163.com