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        淺談PLC 自動送料設(shè)備在沖孔加工中的應(yīng)用

        2019-08-05 01:46:10程波
        中國設(shè)備工程 2019年12期
        關(guān)鍵詞:設(shè)備

        程波

        (湖南中鐵五新鋼模有限責(zé)任公司,湖南 懷化 418005)

        鋼模板是用于混凝土澆筑成型的鋼制模板,由于需要組合使用,每塊模板四周均設(shè)有連接鋼板或連接角鋼,這些連接鋼板和連接角鋼上分布有連接孔用于與其他模板進行連接。對于不同的產(chǎn)品類型、不同的客戶要求,連接鋼板和連接角鋼的長度不同,其上分布的孔的數(shù)量及間距也不相同。

        在鋼模板的加工時,對于直線型連接鋼板或角鋼,其加工方法為先按模板的長度下好材料,然后采用沖壓式壓力機沖孔方式開孔。與鉆孔加工相比,沖壓加工的生產(chǎn)效率高,且操作方便,容易保證孔的尺寸與形狀精度。但由于工件的種類眾多,每類數(shù)量較少,難以形成批量,一直以來均采用人工送料的辦法,每沖一個孔后需要人工移動一次工件,再對沖孔位置進行確定,因此加工速度慢,也很容易產(chǎn)生孔位誤差;另一方面,對于大型模板的連接角鋼或鋼板,單件的重量甚至?xí)^50kg,工人的勞動強度高,易疲勞,操作安全性也不易保證。為保障操作人員的人身安全,降低工人的勞動強度,提高產(chǎn)品的質(zhì)量,很有必要采用新的工藝進行送料沖孔。

        1 自動送料設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成及工作原理

        自動控制送料設(shè)備的結(jié)構(gòu)部分主要由機座、軌道系統(tǒng)、送料小車3 部分組成。

        1.1 機座

        由角鋼及鋼板加工而成。機座的臺面鋼板與支架角鋼鉚焊,形成整體框架后,上表面進行銑削機加工,確保了表面的平整度。臺座底部設(shè)有若干個可調(diào)式基座,安裝時便于適應(yīng)地面的不平整性。

        1.2 軌道系統(tǒng)

        軌道系統(tǒng)安裝在臺座的臺面上,主要由直線導(dǎo)軌和精密齒條組成。直線導(dǎo)軌定位精度高、摩擦力小、潤滑方便,可以使工件運動速度快,電機驅(qū)動功率小。精密齒條一方面為小車提供驅(qū)動力,另一方面為小車運行進行長度定位。此外,為方便長大板狀工件的送料,還安裝有托輥。

        1.3 送料小車

        送料小車安裝在軌道系統(tǒng)上,其底部為與直線導(dǎo)軌配合的滑座,內(nèi)部安裝有夾緊氣缸和步進電機。步進電機輸出通過減速裝置減速后,在減速裝置輸出軸安裝有齒輪,與臺面上精密齒條嚙合,驅(qū)動小車移動。送料小車前端安裝有夾持機構(gòu),用于夾持工件。

        除此以外,采用自動化送料設(shè)備后,為便于自動化操作,對原有的沖床進行了改造,在沖床離合器的連桿上安裝了頂推氣缸,用以代替人工操作控制沖床的沖孔。

        1.4 設(shè)備工作原理

        設(shè)備工作前,工作人員先對工件的長度、孔距等參數(shù)進行設(shè)定,設(shè)備工作時,自動控制系統(tǒng)先將小車開行到?jīng)_床處,將工件夾持住后,拖行至工件第一個開孔處,然后使沖床連桿氣缸動作,控制沖床完成沖孔,沖孔完成后,小車將工件拖行至第二個開孔處,進行第二個孔的沖壓,以此循環(huán),全部孔沖壓完畢后,小車將工件送回到初始位置,夾持機構(gòu)松開,完成整個工件的沖孔加工。

        2 設(shè)備的自動控制系統(tǒng)

        為了滿足不同工件對孔的數(shù)量、位置、間距不同的要求,保證設(shè)備穩(wěn)定可靠、操作方便、具有良好的適應(yīng)性,設(shè)備采用了以PLC 為核心的控制系統(tǒng)。

        2.1 控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

        控制系統(tǒng)硬件部分主要由PLC、步進系統(tǒng)、人機界面、輸入主令開關(guān)及傳感器、輸出電磁閥等部分組成。

        (1)PLC。PLC 是整個系統(tǒng)的核心元件。本設(shè)備中采用了國產(chǎn)的信捷XC 系列PLC,該款PLC 運算速度快,具有充裕的軟元件容量、豐富的指令集,具備高速脈沖輸出端口,最高能輸出200kHz 的脈沖,可以方便地控制伺服和步進電機系統(tǒng),性能穩(wěn)定,成本較低。由于需要輸出脈沖用以控制步進電機,故采用了晶體管輸出的PLC。

        (2)步進電機驅(qū)動系統(tǒng)。為控制工件的孔距尺寸,控制系統(tǒng)采用了步進電機驅(qū)動定位。步進電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù),而不受負載變化的影響,因此可以通過控制脈沖數(shù)量來控制角位移量,從而達到準(zhǔn)確定位的目的,而不存在累積誤差;同時,可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達到調(diào)速的目的。由于PLC 的信號無法直接驅(qū)動電機,還配備了步進電機專用的驅(qū)動器。

        (3)人機界面。人機界面是操作人員與PLC 信息交互的媒介,也是設(shè)備使用方便性的重要保證,用于設(shè)置工件及系統(tǒng)運行的參數(shù),考慮到現(xiàn)場工作環(huán)境較為惡劣,輸入信息量不大,選用了國產(chǎn)的信捷OP 系列小型人機界面。該人機界面雖然屏幕可視范圍較小,但對環(huán)境適應(yīng)性高,表面IP65構(gòu)造,防水、防油,適用范圍廣,操作人員容易上手,性價比高。

        (4)輸入信號??刂葡到y(tǒng)的輸入主要由主令按鈕和傳感器組成。其中主令按鈕主要用于設(shè)備的啟動、停止、急停、運行模式選擇,手動調(diào)試時的前進、后退等。傳感器則采用了無觸點的接近開關(guān),其定位精度準(zhǔn)、操作頻率高、使用壽命長,安裝調(diào)整方便,對油污等惡劣環(huán)境的適用能力強。在自動送料機多處均安裝有檢測各關(guān)鍵部位的位置信號,如夾緊裝置處檢測工件是否夾緊,在小車初始位置進行零點檢測,在零點檢測前后再設(shè)置前超限保護和減速點檢測,在設(shè)備尾端進行后超限保護等,此外,還在沖床上也安裝了接近開關(guān)用以檢測沖頭是否回復(fù)到位。

        (5)輸出。設(shè)備的輸出均為氣缸的電磁閥,故采用了中間繼電器隔離輸出。

        2.2 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

        (1)控制系統(tǒng)的流程圖如圖1 所示。控制系統(tǒng)軟件設(shè)計時,采用了程序流程指令,保證每次只進行相應(yīng)的流程運行,其它流程則不運行,確保了控制程序運行的穩(wěn)定性。

        (2)電機加減速控制。為了提高設(shè)備運行速度,需要電機高速運轉(zhuǎn),但當(dāng)設(shè)備從靜止開始啟動,控制脈沖提供給驅(qū)動器時,在很短的時間里,控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖數(shù)太多而有可能會產(chǎn)生異常,同樣的原因,電機在高速運轉(zhuǎn)的過程中也不能直接停止,因此在對電機的控制中采用了變速設(shè)計,即采用了低速啟動—加速—高速運行—減速—停止的運轉(zhuǎn)曲線,充分利用PLC 專用的脈沖輸出指令,對工件的運行進行加減速設(shè)置,使工件及設(shè)備運轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。在指令編寫時,針對自動、手動、退料等不同的工況設(shè)置了不同的速度特性值,在進行不同的流程時,將其對應(yīng)的特性值寫入脈沖輸出指令的寄存器中,這樣即使程序流程不同,控制系統(tǒng)也能一方面使工件平穩(wěn)運行,保證孔位的定位精度,另一方面,使整個工件加工的工效提高。

        圖1

        (3)人機界面。在人機界面的程序編寫中,遵循順序原則,按照操作人員的操作流程,從整體到各單項確定各對話界面的排列順序,同時在各界面中又可以相互切換,以方便操作。在人機界面中編寫了多個設(shè)置界面,設(shè)置的內(nèi)容包括工件總長度、孔邊距、等或不等孔距、孔數(shù)量等工件參數(shù),當(dāng)工件發(fā)生變化時,沖孔前需對運行參數(shù)進行重新設(shè)定。除此以外,在人機界面中還可以對系統(tǒng)操作模式、運行速度等進行選擇。

        (4)其他軟件設(shè)計??刂瞥绦蛟O(shè)計了手動模式,單步模式和自動模式,適應(yīng)各種不同情況下的運行。在控制程序的編制過程中,除正常的運行程序外,還編寫了一些安全保護程序,例如設(shè)備運行前,程序就會對將要運行的參數(shù)進行計算檢查,當(dāng)發(fā)現(xiàn)明顯的不合理(如孔距過小、孔邊距過小、孔距和大于工件長度等),系統(tǒng)會自動提示異常,提醒操作人員修改,保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。

        3 使用效果及結(jié)語

        采用自動化送料設(shè)備后,在投入不高的情況下,實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)的目的,不僅沖孔的速度得以提升,沖孔的精度也得到了提高,特別是對于長大以及不等孔距工件,工人的勞動強度大幅度降低,同時操作人員不再直接接觸沖床,也大大減少了安全事故發(fā)生的可能性,具有很好的應(yīng)用效果。

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