蔣瑋 JIANG Wei

摘要： 本文針對(duì)切線機(jī)工藝要求，選用了三菱FX3U PLC、臺(tái)達(dá)DOP-107BV觸摸屏與臺(tái)達(dá)伺服控制器ASD-B2等設(shè)備，進(jìn)行壓輥、送料、壓線、定位、打點(diǎn)、切斷等系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)切線機(jī)的工藝參數(shù)設(shè)置、手動(dòng)控制、自動(dòng)控制等功能。

Abstract： According to the process requirements of the tangent machine， Mitsubishi FX3U PLC， Delta dop-107bv touch screen and Delta servo controller ASD-B2 are selected to design the system functions such as roller pressing， feeding， line pressing， positioning， dotting and cutting. The whole system can realize the process parameter setting， manual control， automatic control and other functions of the tangent machine.

關(guān)鍵詞： 三菱FX3U;臺(tái)達(dá)DOP-107BV;控制系統(tǒng)

Key words： Mitsubishi FX3U;Delta DOP-107BV;control system

中圖分類號(hào)：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）22-0222-04

0? 引言

根據(jù)某金屬片生產(chǎn)企業(yè)對(duì)某產(chǎn)品的金屬片生產(chǎn)精度要求，在金屬材料的剪切加工過(guò)程中，需要定長(zhǎng)切斷，誤差控制在0.1mm，當(dāng)長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，通過(guò)壓緊機(jī)構(gòu)固定打點(diǎn)后切斷，當(dāng)切料的數(shù)量達(dá)到設(shè)定的總次數(shù)時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停止運(yùn)行。對(duì)于這樣的控制要求，傳統(tǒng)的步件電機(jī)無(wú)法達(dá)到這樣的精度。針對(duì)以上的要求設(shè)計(jì)一種基于三菱FX3U可編程控制器、臺(tái)達(dá)DOP-107BV觸摸屏與臺(tái)達(dá)伺服電機(jī)等設(shè)備組成的自動(dòng)切線機(jī)，本文主要研究設(shè)計(jì)的是一種金屬片切線機(jī)的控制系統(tǒng)部分。

1? 切線機(jī)電氣系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 切線機(jī)主要生產(chǎn)工藝

本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)切線機(jī)的操作流程如圖1所示，系統(tǒng)開機(jī)后，首先就是在觸摸屏上面設(shè)置送料長(zhǎng)度、送料速度、以及切斷條數(shù)等參數(shù)，然后選擇工作方式;如果選擇的是自動(dòng)運(yùn)行的方式，將自動(dòng)按照觸摸屏的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行送料-壓緊打點(diǎn)-切斷的順序工作，完成切斷條數(shù)后停止，為下次工作做準(zhǔn)備;如為手動(dòng)操作方式，可以手動(dòng)壓緊打點(diǎn)，切斷等操作。

切線機(jī)主要機(jī)構(gòu)有控制機(jī)構(gòu)（可編程控制器、觸摸屏）、進(jìn)料送料機(jī)構(gòu)、打點(diǎn)機(jī)構(gòu)和切斷推線機(jī)構(gòu)四部分組成，如圖2。

①控制機(jī)構(gòu)是采集各傳感器信息，并發(fā)出各種控制動(dòng)作的控制大腦。

②壓線送料機(jī)構(gòu)把金屬片送進(jìn)切線機(jī)送料，供后面機(jī)構(gòu)進(jìn)行打點(diǎn)與切斷，如圖2。它有兩個(gè)橡膠輥組成：上輥是從動(dòng)輥，固定在支架上面，支架上面安裝了彈簧可以改變兩輥之間的壓力，下輥固定在機(jī)架上面，它是主動(dòng)輥，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作，上下輥之間的壓力使金屬片隨主動(dòng)輥的旋轉(zhuǎn)而達(dá)到送料的目的。

③打點(diǎn)機(jī)構(gòu)與切斷推料機(jī)構(gòu)主要由氣動(dòng)系統(tǒng)完成，其中打點(diǎn)機(jī)構(gòu)根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝要求完成打點(diǎn)穿孔。切斷推料機(jī)構(gòu)用以切斷金屬片，并在切完后自動(dòng)推開切下的金屬片。切斷刀片通過(guò)氣缸動(dòng)作來(lái)完成切斷動(dòng)作，這一動(dòng)作也作為切斷次數(shù)的計(jì)數(shù)依據(jù)。

1.2 電氣系統(tǒng)主要器件

本次設(shè)計(jì)的金屬切線機(jī)電氣系統(tǒng)由臺(tái)達(dá)工業(yè)嵌入式觸摸屏（HMI）DOP-107BV、三菱FX3U系列PLC、臺(tái)達(dá)ASDA-B2伺服控制系統(tǒng)（控制器、電機(jī)和編碼器）、以及氣動(dòng)控制系統(tǒng)（切斷、打點(diǎn)）組成，如圖3。

2? 切線機(jī)電氣系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC選型

由于本控制系統(tǒng)需要一個(gè)與觸摸屏連接的通訊口，并要求有7點(diǎn)以上的輸出口，且輸出口應(yīng)具有控制伺服電機(jī)高速脈沖發(fā)射能力。因此選擇通訊速度快、可靠性高的三菱FX3U-16MT型PLC，該P(yáng)LC晶體管輸出，有8點(diǎn)輸入和8點(diǎn)輸出，滿足該系統(tǒng)控制要求。

2.2 觸摸屏選型

觸摸屏可選擇的余地較大，主要考慮性價(jià)比和可靠性，因此選擇國(guó)產(chǎn)臺(tái)達(dá)的DOP-107BV觸摸屏，它具有7英寸的屏幕，二個(gè)支持RS232通訊的COM口，可以滿足設(shè)備的要求。

2.3 伺服系統(tǒng)選型

伺服系統(tǒng)需要對(duì)伺服控制器、伺服電機(jī)進(jìn)行選型，根據(jù)計(jì)算以及經(jīng)驗(yàn)法選擇EMCAC20807ES作為本系統(tǒng)的伺服電機(jī)，該電機(jī)額定輸出功率750W，額定電壓220V，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，滿足系統(tǒng)要求。選擇ASD-B2-0721-B作為伺服控制器，該控制器額定輸出功率750W，額定電壓220V，支持控制EMCAC20807ES電機(jī)。

2.4 切線機(jī)控制系統(tǒng)電源電路

切線機(jī)控制系統(tǒng)電路如圖4所示。電源總開關(guān)DF控制整個(gè)控制系統(tǒng)的電源通斷，伺服控制器、可編程控制器、臺(tái)達(dá)觸摸屏、開關(guān)電源均用220V交流電供電，開關(guān)電源負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的直流24V供電。按鈕SB2是控制伺服控制器電源接通按鈕，按鈕SB1是伺服控制器電源切斷按鈕。伺服器驅(qū)動(dòng)器的27號(hào)接線端子與開關(guān)電源的24V負(fù)極相連，伺服驅(qū)動(dòng)器的28號(hào)接線端子先與KA6繼電器的線圈相連，后經(jīng)過(guò)繼電器線圈與開關(guān)電源的24V正極連接。當(dāng)伺服控制器電路出現(xiàn)故障時(shí)，KA6繼電器線圈得電，其常閉觸點(diǎn)斷開，切斷KM1線圈電源，后切斷伺服控制器的主電源，對(duì)伺服控制器起到保護(hù)作用。

2.5 PLC接線圖

PLC的接線圖如圖5所示，臺(tái)達(dá)觸摸屏與三菱PLC通過(guò)COM口連接通訊，通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)設(shè)備的手動(dòng)、自動(dòng)、起動(dòng)、停止等控制命令，通過(guò)觸摸屏設(shè)置打點(diǎn)的個(gè)數(shù)、加工長(zhǎng)度、加工數(shù)量等功能。輸出Y2-Y6分別與五個(gè)中間繼電器KA1-KA5的線圈相連，控制切線機(jī)壓輥、壓線、切斷、打點(diǎn)、推料等功能。Y0和Y1分別控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)接在伺服控制器的U、V、W這個(gè)接口，編碼器信號(hào)線連接到CN2接口。

2.6 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路

電磁閥驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示，每個(gè)電磁閥都采用220V電壓供電，KA1-KA5分別控制YV1（打點(diǎn)）、YV2（切線）、YV3（壓輥）、YV4（壓線）、YV5（推料）。

3? 切線機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

切線機(jī)的軟件設(shè)計(jì)主要包括I/O表、觸摸屏與PLC的參數(shù)定義、觸摸屏畫面設(shè)計(jì)、PLC程序設(shè)計(jì)等等。

3.1 I/O表

I/O表見表1，總共7點(diǎn)的輸出。

3.2 觸摸屏與PLC參數(shù)設(shè)置

臺(tái)達(dá)DOP-107BV觸摸屏非常方便的能與三菱PLC通訊連接，而且功能強(qiáng)大，通訊設(shè)置非常簡(jiǎn)單。與PLC一起使用的時(shí)候要定義好通訊參數(shù)，以及組態(tài)畫面參數(shù)，這樣兩者才能交換數(shù)據(jù)，配合一起工作。表2就是觸摸屏與PLC需要設(shè)置的參數(shù)。

3.3 臺(tái)達(dá)觸摸屏組態(tài)畫面設(shè)計(jì)

臺(tái)達(dá)觸摸屏組態(tài)畫面主要設(shè)計(jì)如下功能：通信方式選擇、工作方式選擇、工藝參數(shù)設(shè)置、PLC與觸摸屏通訊參數(shù)設(shè)置。

3.3.1 觸摸屏通訊參數(shù)設(shè)置

打開臺(tái)達(dá)觸摸屏組態(tài)軟件第一步設(shè)置連接參數(shù)，如圖7先選擇好通訊口COM2，然后在連接設(shè)備制造商這里選擇三菱，系列選項(xiàng)選擇FX3U系列，其他選擇參數(shù)默認(rèn)。

3.3.2 臺(tái)達(dá)觸摸屏主畫面及監(jiān)控畫面

觸摸屏系統(tǒng)通電起動(dòng)完成后，首先顯示此畫面，如圖8所示，當(dāng)前產(chǎn)量顯示的是指已經(jīng)切好的產(chǎn)品數(shù)量;設(shè)定數(shù)量是指本次開機(jī)需要加工產(chǎn)品的總數(shù);設(shè)定段數(shù)是指打點(diǎn)的次數(shù)加1次。例如段數(shù)是4，1到3的打點(diǎn)距離設(shè)置有效，后面的位置無(wú)效。裁剪長(zhǎng)度是指金屬片加工的總長(zhǎng)度（精度為0.1mm）。自動(dòng)/手動(dòng)選擇開關(guān)指向左側(cè)，程序執(zhí)行自動(dòng)程序，開關(guān)指向右側(cè)程序進(jìn)入手動(dòng)程序。起動(dòng)按鈕是自動(dòng)方式模式下自動(dòng)程序的開啟按鈕;停止按鈕可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)程序的緊急停車。

3.3.3 打點(diǎn)距離設(shè)置組態(tài)畫面

由于工藝需要打點(diǎn)距離最多可以設(shè)置15個(gè)點(diǎn)，見圖9，為保證打點(diǎn)位置的精準(zhǔn)，設(shè)置打點(diǎn)距離的長(zhǎng)度單位為0.1mm。假設(shè)一條金屬片需要打3個(gè)點(diǎn)，1-3點(diǎn)的距離位置分別為：300、600和900，由于單位長(zhǎng)度是0.1mm，因此分別在50mm、60mm、90mm處打點(diǎn)。

3.3.4 手動(dòng)操作組態(tài)畫面

手動(dòng)操作畫面見圖10，只有在主畫面的自動(dòng)/手動(dòng)切換開關(guān)打到手動(dòng)狀態(tài)畫面中的按鈕才有效，手動(dòng)狀態(tài)主要用于設(shè)備調(diào)試、設(shè)備檢修、以及某些特殊加工需求?？梢渣c(diǎn)動(dòng)控制切線機(jī)前進(jìn)、后退、推料、打點(diǎn)、切斷、壓輥、壓線等動(dòng)作，還可以調(diào)節(jié)切線機(jī)走料的點(diǎn)動(dòng)速度，調(diào)節(jié)范圍（0-100%），一般情況下默認(rèn)設(shè)置25%。

3.4 PLC控制程序設(shè)計(jì)

3.4.1總流程圖

切線機(jī)程序主要分成三部分程序，分別是初始化程序、手動(dòng)程序、以及自動(dòng)程序。初始化程序在PLC上電瞬間（M8002）、手動(dòng)程序執(zhí)行完畢、自動(dòng)程序執(zhí)行完畢對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器以及輸出繼電器進(jìn)行程序復(fù)位。他們?nèi)咧g的關(guān)系如圖11所示。

3.4.2 手動(dòng)運(yùn)行程序

圖12為手動(dòng)運(yùn)行程序，手動(dòng)程序均為點(diǎn)動(dòng)操作。當(dāng)觸摸屏的手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行開關(guān)打到手動(dòng)位置時(shí)M12常閉觸點(diǎn)接通，手動(dòng)運(yùn)行程序有效。M13、M14這兩個(gè)常開觸點(diǎn)分別與觸摸屏的前進(jìn)按鈕和后退按鈕相連，但前進(jìn)按鈕按下時(shí)，M13開觸點(diǎn)接通，YO在高速脈沖指令DPLSR的作用下發(fā)出正傳脈沖，發(fā)送的頻率快慢由D32里面的數(shù)據(jù)決定，輸出脈沖數(shù)為固定值5000（電機(jī)旋轉(zhuǎn)半圈）。M15-M19分別控制Y2-Y6進(jìn)行推料、打點(diǎn)、切斷等動(dòng)作。

3.4.3 自動(dòng)運(yùn)行程序

自動(dòng)運(yùn)行程序由觸摸屏的起動(dòng)按鈕控制運(yùn)行，按下起動(dòng)按鈕首先壓輥、切料機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使加工金屬片進(jìn)入絕對(duì)零位（如沒在零位，重復(fù)切料動(dòng)作），后伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)進(jìn)料，到達(dá)第一個(gè)打點(diǎn)位置壓線機(jī)構(gòu)動(dòng)作后打點(diǎn)，到達(dá)第二個(gè)打點(diǎn)位置打點(diǎn)……，到達(dá)剪裁長(zhǎng)度切斷，不斷循環(huán)。流程圖如圖13所示。

4? 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的控制方法通過(guò)臺(tái)達(dá)觸摸屏設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單易懂的操作畫面，實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制監(jiān)控可視化;結(jié)合三菱PLC控制器，通過(guò)編程計(jì)算完成打點(diǎn)與切線位置的數(shù)據(jù)處理;疊加使用臺(tái)達(dá)ASD-B2伺服控制器與ECMA伺服電機(jī)組成的半閉環(huán)控制系統(tǒng)可以精準(zhǔn)的控制走料長(zhǎng)度;取得了良好的控制效果。證明了在切線機(jī)系統(tǒng)中采用可編程控制器+人機(jī)界面+伺服電機(jī)的方式可以實(shí)現(xiàn)可靠的精度控制，而且操作簡(jiǎn)單、性價(jià)比優(yōu)良。

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