LM在液壓板料折彎?rùn)C(jī)中的應(yīng)用
1 引言
基于伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的折彎?rùn)C(jī)數(shù)控技術(shù)是九十年代發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù),屬于先進(jìn)制造技術(shù)前沿。它的研究和開(kāi)發(fā)工作對(duì)于提高國(guó)產(chǎn)設(shè)備綜合性能指標(biāo)和打破國(guó)外在這一技術(shù)上的壟斷位置有重要意義。隨著PLC和觸摸屏技術(shù)的發(fā)展，在折彎?rùn)C(jī)中的應(yīng)用都得到了很快的發(fā)展，為折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)提供了新思路、新方法，也為生產(chǎn)效率的提高、為人類上產(chǎn)和生活水平的提高有著重要意義。PLC和觸摸屏均采用開(kāi)放性的編程方式，為折彎?rùn)C(jī)的靈活性和創(chuàng)新性的控制方法提供了基礎(chǔ)。
2 液壓板料折彎?rùn)C(jī)介紹
2．1 液壓板料折彎?rùn)C(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)
液壓板料折彎?rùn)C(jī)設(shè)備外形見(jiàn)圖1，其結(jié)構(gòu)主要由機(jī)架、腳踏開(kāi)關(guān)、折彎角度定位機(jī)構(gòu)、水平擋料定位機(jī)構(gòu)、下壓折彎?rùn)C(jī)構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)等組成。
圖1 設(shè)備外形 圖2 機(jī)械結(jié)構(gòu)圖
折彎角度定位機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)和鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，可根據(jù)設(shè)定的折彎角度微調(diào)或自動(dòng)進(jìn)行高度調(diào)整，保證了高度定位的精度。水平擋料機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)和絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，進(jìn)行折彎工件的寬度定位，可微調(diào)定位也可自動(dòng)定位，連續(xù)折彎中可進(jìn)行多工步自動(dòng)選擇，依次實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)位置的定位折彎。下壓折彎有液壓機(jī)構(gòu)執(zhí)行，配合腳踏開(kāi)關(guān)可進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)、單次和連續(xù)三種工況。
2.2 液壓板料折彎?rùn)C(jī)工作過(guò)程
折彎?rùn)C(jī)工作過(guò)程可分為點(diǎn)動(dòng)、單次和連續(xù)三種工作方式。
點(diǎn)動(dòng)：選擇點(diǎn)動(dòng)操作檔位，踩下腳踏慢進(jìn)，下壓折彎?rùn)C(jī)構(gòu)自動(dòng)下壓，碰下行程開(kāi)關(guān)停止下壓；下壓過(guò)程松腳踏慢進(jìn)，停在當(dāng)前運(yùn)行位置；下壓過(guò)程踩下腳踏回程，下壓折彎?rùn)C(jī)構(gòu)自動(dòng)回程，碰上行程停止回程；回程過(guò)程松開(kāi)腳踏回程，停在當(dāng)前回程位置。
單次：設(shè)定保壓時(shí)間，卸壓時(shí)間，水平擋料進(jìn)、退距離，調(diào)整好水平擋料位置；選擇單次操作檔位，下壓折彎?rùn)C(jī)構(gòu)不在上行程開(kāi)關(guān)位，首先自動(dòng)回上行程開(kāi)關(guān)位；踩下腳踏慢進(jìn)，下壓折彎?rùn)C(jī)構(gòu)自動(dòng)下壓；碰下行程開(kāi)關(guān)時(shí)，水平擋料機(jī)構(gòu)后退設(shè)定距離，同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行保壓；保壓時(shí)間到自動(dòng)進(jìn)行卸壓，卸壓時(shí)間到下壓折彎?rùn)C(jī)構(gòu)自動(dòng)回程，同時(shí)水平擋料機(jī)構(gòu)自動(dòng)前進(jìn)設(shè)定距離；碰上行程開(kāi)關(guān)，單次折彎動(dòng)作結(jié)束。
連續(xù)（工步）：
（1）設(shè)定保壓時(shí)間，卸壓時(shí)間，水平擋料進(jìn)退距離，調(diào)整好水平擋料位置；
?。?）設(shè)定工步數(shù)以及每個(gè)工步的擋料位置、折彎張數(shù)；
?。?）選擇連續(xù)操作檔位，下壓折彎?rùn)C(jī)構(gòu)不在上行程開(kāi)關(guān)位首先自動(dòng)回上行程開(kāi)關(guān)位；踩下腳踏慢進(jìn)，下壓折彎?rùn)C(jī)構(gòu)自動(dòng)下壓；碰下行程開(kāi)關(guān)時(shí)，水平擋料機(jī)構(gòu)后退設(shè)定距離，同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行保壓；保壓時(shí)間到自動(dòng)進(jìn)行卸壓，卸壓時(shí)間到下壓折彎?rùn)C(jī)構(gòu)自動(dòng)回程，同時(shí)水平擋料機(jī)構(gòu)自動(dòng)前進(jìn)設(shè)定距離；碰上行程開(kāi)關(guān)，一次折彎動(dòng)作結(jié)束，進(jìn)行下一次折彎。
?。?）當(dāng)前工步折彎次數(shù)完成，碰上行程開(kāi)關(guān)，水平擋料位置自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)入下一工步折彎動(dòng)作。
（5）所有工步動(dòng)作完成，碰上行程開(kāi)關(guān)，連續(xù)折彎動(dòng)作結(jié)束。
圖3 工步工作流程圖
3監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
液壓板料折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)由控制部分、驅(qū)動(dòng)部分和監(jiān)控部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。
3．1 PLC介紹
3.1.1 PLC工作原理
PLC工作方式又掃描方式和中斷方式，所謂掃描方式是周而復(fù)始的執(zhí)行一系列任務(wù)。任務(wù)循環(huán)執(zhí)行一次稱為一個(gè)掃描周期，其掃描的工作過(guò)程如下：
?。?）讀輸入：將物理輸入點(diǎn)上的狀態(tài)復(fù)制到輸入過(guò)程映像寄存器中。
?。?）執(zhí)行邏輯控制程序：執(zhí)行程序指令并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在變量存儲(chǔ)區(qū)中。
（3）處理通訊請(qǐng)求：即執(zhí)行通訊任務(wù)。
（4）執(zhí)行CPU自診斷：檢測(cè)固件、程序存儲(chǔ)器和擴(kuò)展模塊是否工作正常。
?。?）寫(xiě)輸出：在輸出過(guò)程映像寄存器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)被復(fù)制到物理輸出點(diǎn)。
中斷方式是指當(dāng)中斷事件發(fā)生時(shí)則立即執(zhí)行一次相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，不受掃描周期的影響，響應(yīng)速度快，從而進(jìn)一步提高了PLC控制的可靠性。中斷事件不發(fā)生時(shí)，不掃描中斷服務(wù)程序，這樣可以節(jié)約掃描時(shí)間，減少掃描周期。
3.1.2 PLC特點(diǎn)
（1）PLC邏輯判斷和控制能力強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好。PLC從硬件上采用隔離、濾波措施有效地抑制和消除了干擾。
（2）擴(kuò)展性和柔性好，且可移植性好，在不改變硬件的情況下，只改變軟件的程序就可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。
?。?）編程語(yǔ)言豐富，可以采用不同語(yǔ)言編寫(xiě)程序，® LM系列PLC支持6種編程語(yǔ)言，包括：梯形圖（LD）、指令表（IL）、結(jié)構(gòu)化文本（ST）、功能塊圖（FBD）、順序功能圖（SFC）和連續(xù)功能圖（SFC）。給編寫(xiě)程序帶來(lái)很大方便。
3．2 監(jiān)控系統(tǒng)方案
監(jiān)控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)功能主要是：（1）控制參數(shù)的設(shè)置；（2） 狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示；（3） 液壓板料折彎?rùn)C(jī)控制。本系統(tǒng)采用主、從站方式，通過(guò)MODBUS標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)該監(jiān)控系統(tǒng)的通訊功能，其中主站選用和利時(shí)觸摸屏。考慮到控制系統(tǒng)的安全性和抗干擾性要求，結(jié)合PLC的特點(diǎn)，該系統(tǒng)控制部分采用PLC控制。從站選用LM系列PLC。其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
圖4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3.3 控制系統(tǒng)硬件
3.3.1 PLC選型
本系統(tǒng)采用 LM系列專用高速運(yùn)動(dòng)控制模塊LM3106A控制。LM3106A是專為實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)控制而設(shè)計(jì)的模塊，主要用于實(shí)現(xiàn)步進(jìn)或伺服電機(jī)的定位控制。
LM3106A本體集成14通道24VDC輸入， 10通道晶體管輸出，其輸出有2個(gè)公共端， 輸出通道采用5-24VDC驅(qū)動(dòng)電源供電，具有兩路高速輸出，可做PWM(100KHz)或PTO(50KHz)使用，另外，還可以通過(guò)RS-232通訊口與和利時(shí)觸摸屏進(jìn)行通訊。
表1為控制系統(tǒng)的I/O配置。
表1 系統(tǒng)I/O分配表
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