自動剪板機控制系統設計初探范文

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【摘要】多年來，我國剪板機床工業雖然發展勢頭良好，但技術上一直處于平衡發展的狀態，缺乏改革與創新，本文提出使用PLC對其進行自動控制的方案。硬件部分采用電氣和液壓驅動，其中小車運料機構和傳送機構均由三相異步電機驅動，壓塊和剪切機構采用液壓回路控制，因液壓驅動比之機械驅動傳動更為穩定，抗干擾能力強，還能實現無極調速，這是本次設計的一個閃光點；本次設計的另一個閃光點是軟件部分采用三菱FX2N系列PLC程序控制，PLC編程簡單、體積小、價格便宜、抗干擾能力強，采用PLC做順序控制，能實現送料、壓緊、剪切、計數、運料等一系列過程。該自動控制系統提高了生產效率，節約了人力財力，提高了剪板機工作的可靠性與穩定性。

【關鍵詞】自動剪板機；PLC；液壓驅動；順序控制

1引言

隨著剪板機產業需求的增加，近年來剪板機床制造的企業也日益增多。基于PLC控制的自動剪板機系統屬于新一代剪板機自動控制系統，自動剪板機是一種按照控制要求，集送料、壓料、剪切、計數、運料于一體的順序動作的自動化設備。此次課題在設計過程中著重解決如何利用PLC來實現對剪板機順序動作的控制。機架采用全鋼安裝結構，有足夠的強度和剛性，并通過震動時有效消除內應力，保證機身的整體精度。采用一次加工法，機床的立柱、上刀架、工作臺、壓料橫梁采用大型落地鏜銑床一次加工成型，保證了各個安裝面的垂直度和平行度。主要構件為閉式結構，采用美國UGS\CAD\CAM\MAN三維軟件進行有限元分析和優化設計。

2總體設計方案

自動剪板機是實現裁剪鈑金自動化的重要工具之一，在設計剪板機之前必須對剪板機的工作效率、剪切能力和穩定性等因素，以及材料的厚度、長度和種類進行設計。

2.1設計思路

為了實現剪板機的自動化，我們來考慮一下該系統的工作狀況，要想實現剪板機的工作，首先板料要通過送料機構輸送到位，板料到位后要立即啟動壓塊機構使得板料壓緊在工作臺上，避免在剪切時板料的晃動。板料壓緊后啟動剪切刀裝置剪切板料，在板料剪切下來之后要通過計數裝置來計數，最后通過小車把板料運送到下一個工位。在所有的這些步驟中，壓塊機構和剪切機構需要由液壓驅動，送料機構和小車機構由電機驅動。根據剪板機的工作特點，對控制系統提出控制要求如下：（1）通電后，使各個機構的工作狀態處于初始位置。（2）進料，由控制系統控制進料機構，將待剪板料運輸的指定位置。（3）定剪切尺寸，用可移動行程開關控制板料進給的長度，根據所要求的不同長度，行程開關固定導軌上移動以滿足要求。（4）壓緊和剪切，待剪板料長度達到特定值后，由液壓系統驅動壓塊機構運動，然后再驅動剪切刀運動，先壓塊后剪切。（5）送料車運動，以及運料后的返回。（6）剪切板料的尺寸設定、自動計數以及每車板料數的預設定。（7）具備斷電保護以及來電恢復功能。（8）能實現加工過程的自動功能。（9）保證板料的加工精度、安全可靠性和加工效率。

2.2工藝流程分析

如圖1所示，本系統分為五個部分：送料機構、壓塊機構、剪切機構、計數裝置和運料小車裝置。設置了2個按鈕，分別控制啟動與停止；7個行程開關，分別用于檢測各個部分的工作狀態。其中，SQ1檢測板料是否被輸送到位；SQ2和SQ3分別檢測壓塊的狀態，SQ2是壓塊處于最高點時的行程開關，SQ3是檢測壓塊是否已經壓緊板料；SQ4檢測剪切刀的狀態，判斷剪切刀是否已經被剪下；SQ7為光電開關，檢測板料是否被剪斷落入小車并計入剪切板料的數量；SQ5用于檢測運料小車是否到位；SQ6用于判斷小車是否空載。送料機構、送料小車分別由兩臺電動機拖動，壓塊和剪切刀分別由兩個液壓泵驅動。系統沒有動作時，壓塊和剪切刀分別由兩個液壓泵驅動。系統沒有動作時，所有的行程開關都斷開。由原理圖分析得知：（1）開關SQ6判斷小車是否為空載，若為空載，便開始工作。啟動送料小車，使其到位，此時行程開關SQ5閉合。（2）電機M啟動，帶動板料向右移動。（3）當板料碰到行程開關SQ1時停止送料，同時啟動控制壓塊下降的液壓傳動系統，當壓緊板料時，壓塊行程開關SQ3閉合。（4）控制剪切刀的液壓系統工作，啟動剪切機構，剪板機剪刀下落，直到把板料剪斷。當板料下落通過光電開關SQ7時，光電開關輸出一個脈沖，同時計數器加1。（5）判斷小車上的板料是否夠數，若不夠，則重復以上步驟，若夠數，則小車運行至出料口卸料裝車。以上是小車運載一次的過程，若還有板料需要剪切，則重復以上所有步驟。

3程序設計

程序分成系統啟停、送料回路、液壓回路、計數與循環回路等四個部分。

3.1I/O分配

系統共分為送料回路、壓塊回路、剪切回路、計數回路和小車送料回路五個回路，每個回路必有輸入控制輸出，下面我來分析一下輸入設備和輸出設備的I/O口的分配。輸入設備：由總體結構圖可知，整個系統是由2個按鈕和7個行程開關來控制。按鈕SB1、SB2控制系統的啟動和停止；啟動系統后，系統要判斷小車是否是空載，這時需要行程開關SQ6來判斷，若是SQ6閉合，則不是空載，否則，是空載，小車向左移動；小車向左移動到工位時，會觸及行程開關SQ5，使送料機構運動；送料機構中的板料運動到指定位置會觸及行程開關SQ1，使壓塊機構動作；行程開關SQ2、SQ3是判斷壓塊上下極限是否到達，從而控制剪切機構的動作；行程開關SQ4是判斷剪切刀的位置狀態，判斷剪切刀是向下剪切還是在原位停留；光電開關SQ7控制計數裝置。綜上所述，輸入端口有9個，分別是SB1、SB2、SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6和SQ7。輸出設備：按下啟動按鈕，系統判斷小車是否空載從而控制接觸器KM1、KM1’來控制小車的左右行，與此同時，兩個液壓系統的液壓泵KM2、KM3也工作起來；當小車運行到工位時，行程開關控制接觸器KM4從而控制送料電機工作；接下來是靠行程開關控制電磁閥的電磁鐵1YA、2YA、3YA、4YA和5YA使兩個液壓系統工作起來；當板料下落時，光電開關控制計數裝置同時使計數指示燈HL閃爍。綜上所述。輸出端口有11個，分別是KM1、KM1’、KM2、KM3、KM4、1YA、2YA、3YA、4YA、5YA和HL通過對系統的功能要求分析，確定PLC應該提供9個輸入點和11個輸出點，查閱《三菱編程手冊》可知FX2N系列的FX2N-32M具有16個輸入點和16個輸出點，符合設計要求，又因為輸出形式是繼電器輸出，所以選擇FX2N-32M型PLC。

3.2程序流程圖

根據控制系統對工作機構的控制要求，結合其工作原理，以及各個元器件之間的相互關系。開機，按下啟動按鈕SB1——KM2、KM3通電，兩個液壓泵開始工作——判斷小車是否空載，若是，KM1通電，小車左行——判斷小車是否到位，若小車到位，KM1斷電，2YA、5YA得電，壓塊和剪切刀復位——判斷壓塊和剪切刀是否復位，若是，則2YA、5YA失電，KM4得電，送料電機正轉——判斷板料是否到達指定位置，若到達，KM4失電，1YA得電，壓塊快速下降——定時K秒(K是由壓塊下降的時間決定)，3YA得電，壓塊緩慢下降——判斷壓塊是否壓緊板料，若壓緊，1YA、3YA失電，4YA得電，剪切刀下降——判斷板料是否被剪下，若被剪下，4YA失電，2YA、5YA得電，壓塊、剪切刀上升復位——再次循環送料、壓塊、剪切回路¬——判斷剪下的板料夠不夠數(設小車一次運40塊板料)，若夠數，KM1’通電，小車右行——小車運行到下一個工位，等待卸車。

3.3初始化程序設計

如圖3所示，使用了輔助繼電器M0和M1。按下啟動按鈕SB1，觸點X000動作，帶動輔助繼電器M0動作并實現自鎖，輔助繼電器M0動作后使Y002和Y003得電，帶動兩個液壓系統的液壓泵工作。輔助繼電器M0動作后判斷小車的位置，若是小車不在工位，則線圈Y000通電，帶動小車向左運動，直到行程開關SQ5閉合，觸點X006得電，輔助繼電器M1動作。

3.4送料回路子程序設計

分為兩個部分：壓塊和剪切刀的上升復位程序、送料機構程序。送料回路子程序如圖4所示。如圖4，使用了輔助繼電器M2和M3。輔助繼電器M1動作時，電磁鐵線圈Y006得電，即為電磁鐵2YA得電，壓塊快速向上移動復位；同時電磁鐵線圈Y011得電，即為電磁鐵5YA得電，剪切刀快速向上移動復位。當壓塊移動到上限時，限位開關SQ2閉合，觸點X003得電，電磁鐵2YA斷電，壓塊保持不動；當剪切刀移動到上限時，限位開關SQ4閉合，觸點X005得電，電磁鐵5YA斷電，剪切刀保持不動。這時，輔助繼電器M2動作。輔助繼電器M2動作后，送料電機的線圈Y004得電，送料電機動作，將板料傳送到位。當板料傳送到指定位置時，限位開關SQ1閉合，觸點X002得電，送料電機的線圈Y004失電，送料電機不運動，此時，輔助繼電器M3動作。

3.5計數與循環回路子程序設計

該部分子程序由兩部分程序構成：計數裝置程序和循環回路程序。使用了輔助繼電器M6和計數器C0。當輔助繼電器M5動作時，計數器開始計數，當沒有達到指定數字時，輔助繼電器M1得電，系統返回到M1得電處繼續工作；當達到指定數字時，計數器C0得電，此時系統不返回工作，輔助繼電器M6得電。當輔助繼電器M6得電時，小車電動機線圈Y001得電，小車右行，然后輔助繼電器M0通電，系統返回到M0得電狀態，重新循環系統回路。

4結語

本文在總結國內外自動剪板設備現狀和發展趨勢的基礎上，結合企業原有的裝配生產情況，利用成熟的可編程控制器技術及伺服控制技術，對自動剪板機的電氣控制技術進行研究，開發出效率高、可靠性好并且操作方便的自動剪板機控制系統，通過企業實際應用，設備運轉可靠，提高了質量和生產效率。

參考文獻

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作者:袁芳 吳何 單位:畏湖北文理學院機械工程學院