1 引言

　　當(dāng)前我國機(jī)械制造業(yè)大量的通用設(shè)備在發(fā)展現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，可以有多種技術(shù)路線選擇。應(yīng)用微電子技術(shù)改造這些已有通用設(shè)備，比如用數(shù)顯、數(shù)控裝置改造通用設(shè)備，提高單機(jī)自動(dòng)化程度；用可編程序控制器改造通用機(jī)床、專用機(jī)床、組合機(jī)床及自動(dòng)設(shè)備與半自動(dòng)設(shè)備組成的生產(chǎn)線，這樣可以把計(jì)算機(jī)功能完備、編程靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制簡單、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，這是一條低成本、高效益，符合我國國情的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑。

2 自動(dòng)剪板機(jī)工藝介紹

　　剪板機(jī)應(yīng)用于許多金屬加工和薄板開料操作，在設(shè)計(jì)剪板機(jī)之前必須對(duì)幾個(gè)因素進(jìn)行考慮，包括剪板機(jī)的剪切能力、產(chǎn)率增強(qiáng)選件和安全性。

　　剪板機(jī)類型由許多因素決定，諸如剪板機(jī)可處理材料的長度、厚度和種類。 剪板機(jī)可以按剪切形式及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分類，有兩種結(jié)構(gòu)形式常用于電動(dòng)龍門剪床：閘式（也叫滑塊式）和擺式。

　　閘式剪板機(jī)利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)操縱動(dòng)刀片向下移動(dòng)到一定的位置，使動(dòng)刀片在整個(gè)行程內(nèi)幾乎與定刀片保持平行。為了使刀架片橫梁在相互移動(dòng)的過程保持合適的狀態(tài)，閘式剪板機(jī)需要一個(gè)滑塊導(dǎo)向系統(tǒng)。擺式剪板機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中有一個(gè)用來操縱動(dòng)刀片，使動(dòng)刀片依附于滾柱軸承向下回轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)不再需要利用凹字形導(dǎo)向條或滑道使刀片在剪切過程保持合適的姿勢(shì)。 

3 系統(tǒng)分析

　　3.1 控制要求

　　上電后，檢測(cè)各工作機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，控制各工作機(jī)構(gòu)處于初始位置；進(jìn)料，由控制系統(tǒng)控制進(jìn)料機(jī)構(gòu)將待剪板料自動(dòng)輸送到位；定剪切尺寸，采用伺服電機(jī)控制擋料器位置保證精確的剪切尺寸，其尺寸可是定值也可以設(shè)置為循環(huán)變動(dòng)值；壓緊和剪切，待剪板料長度達(dá)到設(shè)定值后由主電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓料器和剪切刀具，先壓緊板料，然后剪斷板料；送料車的運(yùn)行，包括卸載后自動(dòng)返回；剪切板料的尺寸設(shè)定、自動(dòng)計(jì)數(shù)及每車板料數(shù)的預(yù)設(shè)定；具備斷電保護(hù)和來電恢復(fù)功能；能實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)控制，加工參數(shù)顯示，系統(tǒng)檢測(cè)。9.保證板料加工精度、加工效率和安全可靠性。10.具有良好的人機(jī)操作界面。

　　3.2 剪板機(jī)結(jié)構(gòu)原理

　　自動(dòng)剪板機(jī)是一種精確控制板材加工尺寸，將大塊金屬板材進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)剪切加工，并由送料車運(yùn)送到下一工序的自動(dòng)化加工設(shè)備，其結(jié)構(gòu)及原理如圖1所示。

圖1  自動(dòng)剪板機(jī)原理圖

　　3.3 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)設(shè)置了7個(gè)限位開關(guān)，分別用于檢測(cè)各部分的工作狀態(tài)。其中，sq1檢測(cè)待剪板料是否被輸送到位。sq2、sq3分別檢測(cè)壓塊b的狀態(tài)，檢測(cè)壓塊是否壓緊已到位的板料；sq4檢測(cè)剪切刀a的狀態(tài)；sq7為光電接近開關(guān)，檢測(cè)板料是否被剪斷落入小車；sq5用于檢測(cè)小車是否到位；sq6用于判斷小車是否空載。送料機(jī)構(gòu)e、壓塊b、剪切刀a和送料小車分別由四臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。系統(tǒng)未動(dòng)做時(shí)，壓塊及剪切刀的限位開關(guān)sq2、sq3和sq4均斷開，sq1、sq7也是斷開的。

　　3.4 自動(dòng)剪板機(jī)工作原理

　　當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，輸入板料加工尺寸、加工數(shù)量等參數(shù)，按下自動(dòng)開關(guān)，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。

　　首先檢查限位開關(guān)sq6的狀態(tài)，若小車空載， 系統(tǒng)開始工作， 起動(dòng)送料小車。小車運(yùn)行到位，限位開關(guān)sq5閉合，小車停車；起動(dòng)送料機(jī)構(gòu)e 帶動(dòng)板料c向右移動(dòng)。當(dāng)板料碰到行程開關(guān)sq1時(shí)， 送料停止同時(shí)制動(dòng)器松開、電磁離合器結(jié)合，主電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作；壓塊電機(jī)啟動(dòng)，使壓塊b壓下，壓塊上限開關(guān)sq2閉合。當(dāng)壓塊到位， 板料壓緊時(shí)， 壓塊下限開關(guān)sq3閉合；剪切刀電動(dòng)機(jī)起動(dòng)， 控制剪刀下落。此時(shí)，sq4閉合， 直到把板料剪斷， 板料落入小車；當(dāng)小車上的板料夠數(shù)時(shí)，起動(dòng)小車控制電動(dòng)機(jī)， 帶動(dòng)小車右行，將切好的板料送至下一工序；卸下后， 再起動(dòng)小車左行， 重新返回剪板機(jī)下， 開始下一車的工作循環(huán)。板料的長度l可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，每一車板料的數(shù)量可預(yù)先設(shè)定。

4  plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　4.1 自動(dòng)剪板機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化必須根據(jù)板材自動(dòng)精確剪切加工的工作特點(diǎn)及動(dòng)作要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此本方案采用了可編程控制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)剪板機(jī)的控制，設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2  總體設(shè)計(jì)方案簡圖

　　4.2 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)

　?。?） 設(shè)計(jì)進(jìn)料機(jī)構(gòu)e：用交流電機(jī)帶動(dòng)送料皮帶，傳送皮帶送料只向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，只要求電機(jī)向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)即可，輕負(fù)載小工率電動(dòng)機(jī)可直接起動(dòng)，用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護(hù)。使待剪板料自動(dòng)快速穩(wěn)定地輸送到剪切位置。

　?。?） 設(shè)計(jì)壓料機(jī)構(gòu)b：壓塊b的作用是壓緊板料，以利于剪切刀切斷板料，壓塊b又上升和下降兩種運(yùn)動(dòng)，要求帶動(dòng)壓塊的電動(dòng)機(jī)具有正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，控制電路有聯(lián)鎖保護(hù)、熔斷器和熱繼電器短路及過載保護(hù)。

　?。?） 剪切刀：剪切刀有兩種運(yùn)動(dòng)，下行切斷板料，然后上升復(fù)位，帶動(dòng)剪切刀機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)也應(yīng)具有正反轉(zhuǎn)，用熔斷器和熱繼電器作短路及過載保護(hù)。

　　根據(jù)電機(jī)控制要求，其電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序流程框圖如圖3所示。

圖3  電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序流程框圖

 
　　4.3 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制plc設(shè)計(jì)討論

　?。?） 電力拖動(dòng)是指對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，采用繼電器-接觸器控制，都有自己的基本控制電路。采用plc控制也應(yīng)該有自己的基本控制環(huán)節(jié)，為此而提出電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制plc設(shè)計(jì)討論，尋找其較好的控制方案。

　　（2） 繼電器-接觸器電氣控制原理：繼電器-接觸器電氣控制原理如圖4所示。上、下兩圖比較，不管是電器元件、觸點(diǎn)數(shù)量、連接導(dǎo)線的數(shù)量都是一樣的，分別是5只、9個(gè)、13條。按鈕連線也是6根，但上圖的按鈕和接觸器連線較集中，從維修的角度看要比下圖優(yōu)越。

　　（3） 元件的代號(hào)意義：sb0-帶磨姑頭急停按鈕。5sb1、5sb2-正反轉(zhuǎn)啟/停按鈕。5km1-正轉(zhuǎn)接觸器。5km2-反轉(zhuǎn)接觸器。其中的5km1和5km2要求選用帶機(jī)械聯(lián)鎖的交流接觸器。

　　（4）  工作原理：正轉(zhuǎn)啟動(dòng)—撳5sb1，5km1得電動(dòng)作，其中一個(gè)觸點(diǎn)自鎖，另一個(gè)觸點(diǎn)則用于互鎖，即斷開5km2的線圈回路。反轉(zhuǎn)啟動(dòng)—撳5sb2，首先是5km1失電，其互鎖觸點(diǎn)恢復(fù)閉合，才是5km2得電動(dòng)作，其中一個(gè)觸點(diǎn)自鎖，另一個(gè)觸點(diǎn)則用于互鎖，即斷開5km1的線圈回路。 再次正轉(zhuǎn)啟動(dòng)——撳5sb1，首先是5km2失電，其互鎖觸點(diǎn)恢復(fù)閉合，才是5km1得電動(dòng)作，其中一個(gè)觸點(diǎn)自鎖，另一個(gè)觸點(diǎn)則用于互鎖，即斷開5km2的線圈回路。

5  plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　5.1 松下fp1—c24系列plc

圖4  繼電器-接觸器電氣控制原理

　　設(shè)計(jì)采用日本松下公司生產(chǎn)的fp1-c24系列plc系統(tǒng)作為主機(jī)。日本松下電工公司的fp系列plc是可編程控制器市場(chǎng)上的后起之秀，它具有豐富的指令系統(tǒng)，即使是小型機(jī)也有近200條指令。cpu處理速度快，運(yùn)行速度1.6μs/步。程序容量高達(dá)2700步/500步，小型機(jī)一般都達(dá)到3千步左右，最高可達(dá)5千步，而大型機(jī)最大也只有60千步。編輯工具的功能強(qiáng)大，無論是手持編程器還是編程工具軟件，其編程可監(jiān)控能力都很強(qiáng)。強(qiáng)大、統(tǒng)一的編程工具，是設(shè)計(jì)人員的最佳選擇。網(wǎng)絡(luò)通信功能強(qiáng)大，此系列的各種機(jī)型都提供了通信功能，松下電工提供了多達(dá)6種的plc網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，在同一子網(wǎng)中集成了幾種通信方式，我們可根據(jù)需要選擇。

　　5.2 i/o端子分配

　?。?） 輸入設(shè)備：限位開關(guān): sq1， sq2，sq3，sq4，sq5，sq6， sq7；系統(tǒng)的停止啟動(dòng)按鈕: sb1， sb2。

　?。?） 輸出設(shè)備：一塊板料剪切完成并落入小車時(shí)， 光電檢測(cè)開關(guān)sq7合一次，計(jì)數(shù)器作減1計(jì)數(shù)。本設(shè)計(jì)中假設(shè)小車可最多載40塊板料。km1控制送料機(jī)構(gòu)電機(jī)的接觸器；km2、km2ˊ控制壓塊電機(jī)的接觸器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制壓塊壓緊和放松板料；km3、km3ˊ分別控制剪切電機(jī)的接觸器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制剪切刀上下運(yùn)行；km4和km4ˊ控制送料小車電機(jī)的接觸器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而控制小車的左行和右行。hl1為小車空載指示，根據(jù)需要， 還可增設(shè)其它信號(hào)指示。其輸入輸出端子分配如圖5所示。

圖5  i/o端子分配圖

 
　　5.3 系統(tǒng)的軟件

　　分析可知，本系統(tǒng)是一個(gè)多工步的順序控制系統(tǒng)，運(yùn)用模塊化程序結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便等優(yōu)點(diǎn)。利用plc移位寄存器的移位功能，可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)順序控制，使每一步嚴(yán)格按順序動(dòng)作。計(jì)數(shù)器對(duì)每車板料進(jìn)行計(jì)數(shù)，其值由用戶根據(jù)需要設(shè)定。

　　控制系統(tǒng)的流程順序如圖6所示。系統(tǒng)的梯形圖如圖7所示。

圖6  控制系統(tǒng)流程圖

6  結(jié)束語

　　自動(dòng)剪板機(jī)是一種精確控制板材加工尺寸，將大塊金屬板材進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)剪切加工，并由送料車運(yùn)送到下一工序的自動(dòng)化加工設(shè)備，其整個(gè)工藝過程很符合順序控制的要求，所以，在控制過程中，采用可編程控制器對(duì)自動(dòng)剪板機(jī)進(jìn)行控制，它較好地解決了采用繼電器-接觸器控制，控制系統(tǒng)較復(fù)雜，大量的接線使系統(tǒng)可靠性降低，也間接地降低了設(shè)備的工作效率這一問題。因此，將plc應(yīng)用于該控制， 具有操作簡單、運(yùn)行可靠、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單，控制精度高的特點(diǎn)。在控制的過程中，剪板機(jī)剪板的個(gè)數(shù)可根據(jù)工藝參數(shù)方便的修改，而且利用光電接近開關(guān)檢測(cè)板料狀態(tài)非常準(zhǔn)確。