PLC控制在驱动机械手肋骨冷弯机中的应用.doc

液压英才网 用心专注、服务专业 液压英才网豆豆转载肋骨冷弯加工成形是船舶构件加工的一个重要环节。船用肋骨如扁钢、角钢等多为不对称截面型材，弯曲加工时会产生许多不良变形，如旁弯、倒边等。随着造船技术的发展和实际造船生产的需要，对船舶肋骨加工技术与加工设备提出了更高的要求。作为船舶型材加工的重要设备肋骨冷弯机，其发展方向是加工自动化。PLC技术经过多年的发展已变得相当成熟，软、硬件的可靠性都非常高。采用PLC作为核心控制器来控制机械手肋骨冷弯机的各个动作，不仅可以节约人力成本，而且可以消除人工操作带来的诸多不可靠因素，从而大大提高机械手肋骨冷弯机的工作稳定性及肋骨加工精度。1 液压驱动机械手肋骨冷弯机 机械手肋骨冷弯机由机座、进料机构、夹紧机构、主弯曲机构和液压系统等组成。它具有两个机械手臂，能灵巧地完成夹紧型材，左右摆动进料和退料，垂向预弯、水平弯曲和回弹等复杂动作；能对肋骨加工中的各种变形进行有效控制；能加工出质量好的正弯、反弯和s形的肋骨等工件；由于采用了程序控制，加工效率很高。(1)主弯曲机构 它是机械手肋骨冷弯机实施肋骨弯制的主运动机构。弯制肋骨时左右两个侧机架夹紧型材不动，肋骨通过主弯曲液压缸带动中机架前后运动实现肋骨的正弯、反弯和S形弯曲加工；(2)夹紧机构 中机架有中夹紧液压缸驱动的中夹头，左右两个侧机架有侧夹紧液压缸驱动的侧夹头，在肋骨弯制过程中由此3夹头限定肋骨的位置，使肋骨按要求成形。在反弯肋骨时，为避免产生皱折，一般要求中夹紧液压缸要夹住肋骨，达到“夹而不紧”的状态，使肋骨与夹头间有051 mm的间隙；(3)机械手进料机构 机械手肋骨冷弯机是通过进退料液压缸带动左右两个侧机架左右摆动完成进退料。进料时(以左进料为例)，左夹紧缸夹紧，右夹紧缸和中夹紧缸放松，进退料液压缸推动左右侧机架张开，接着右夹紧液压缸夹紧，左夹紧缸放松，进退料液压缸拉动左右侧机架合拢，这样完成一个进料流程。反方向进料即为退料。在进退料时中夹紧缸始终处于夹松状态；(4)机座 中机架、左右两个侧机架、主弯曲液压缸安装在机座之上，它是机械手肋骨冷弯机的工作平台；(5)机械手肋骨冷弯机液压系统 机械手肋骨冷弯机的液压系统由主油路与副油路两部分组成。液压系统原理图见图1。 主油路的动作原理：液压泵B6在主电机的带动下转动，液压油经吸油滤油器B2进入液压泵，并在液压泵的推动下进入管路，液压油的压力大小由先导溢流阀B15设定。液压油经单向阀B8加在电液换向阀B14 1、B14-2、B143、Bl4-4上。当电液换向阀的电磁铁6CD、7CD、8CD、9CD、10CD、11CD、12CD、13CD不通电时，电液换向阀的阀芯处于中间位置，液压油进口与液压缸不通，活塞不运动，处于停止状态。当电磁铁6CD、8CD、10CD、12CD通电时，在电磁铁的推杆作用下，阀芯往左移动，液压油管与液压缸上腔(左腔)接通，液压油进入液压缸上腔(左腔)，推动活塞杆向下(向前)移动，活塞杆带动夹头向下移动(带动主机架向前运动)。动作到位后，电液换向阀的电磁铁6CD、8CD、IOCD、12CD断电，液压缸的活塞停止动作；当电液换向阀的电磁铁7CD、9CD、11CD、13CD通电后，推动阀芯向右移动，这时液压油通过换向阀进入液压缸下腔(右腔)，推动活塞杆向上(向后)移动，活塞杆带动夹头向上移动(带动主机架向后运动)。液压缸上腔(左腔)的液压油经管道、液控单向阀(B171、B17-2、B17-3)、电液换向阀(m41、B14-2、B143、B144)、回流管排回油箱5。当夹松到位后，电磁铁7CD、9CD、11CD、13CD断电，液压缸的活塞停止动作。 副油路的动作原理：液压泵B5在副电机的带动下转动，液压油经吸油过滤器Bl进入液压泵，并在液压泵的推动下进入管路，液压油的压力大小由先导溢流阀B11设定。液压油经单向阀B7、油管、分流阀B12加在电液换向阀B21-1，B21-2上。当电液换向阀的电磁铁2CD、3CD、4CD、5CD不通电时，电液换向阀的阀芯处于中间位置，液压油进口与液压缸不通，活塞不运动，处于停止状态。当电磁铁2CD、4CD通电时，在电磁铁的推杆作用下，阀芯往右移动，液压油管与液压缸右腔(左腔)接通，液压油进入液压缸右腔(左腔)，推动活塞杆向外移动，活塞杆带动侧机架向外移动，完成侧机架的双张动作。动作到位后，电液换向阀的电磁铁2CD、4CD断电，液压缸的活塞停止动作；当电液换向阀的电磁铁3CD、5CD通电后，推动阀芯向右移动，这时液压油通过换向阀进入液压缸左腔(右腔)，推动活塞杆向内移动，活塞杆带动侧机架向内移动，完成侧机架的双合动作。液压缸右腔(左腔)的液压油经管道、电液换向阀(B211、B21-2)、单向阀(B131、B13-2)及回流管排回油箱5。当双合到位后，电磁铁3CD，5CD断电，液压缸的活塞停止动作。2 机械手肋骨机PLC控制系统的硬件设计 目前，适用于工程应用的可编程序控制器种类繁多，性能各异。在进行机械手肋骨冷弯机PLC控制系统的硬件设计中应根据什么进行应用系统硬件设计，机型选择时应注意哪些性能指标都是比较重要的问题。21 机械手肋骨机PLC控制系统的运行方式 用PLC构成的机械手肋骨冷弯机控制系统有两种运行方式，即手动方式和程控方式。1)手动运行方式 在这种运行方式下，操作人员可以通过操作台上的各种按钮和选择开关(正弯、反弯、左火紧、左夹松、中夹紧、中夹松、右夹紧、右夹松、双张、双合、进料、回弹等)使机械手肋骨冷弯机进行各种相应的动作。其中正弯、反弯、进料、回弹由相应的顺序控制器实现。2)程控运行方式 在这种运行方式下，除用手摇移动“弯曲量控制机构”控制弯曲量外，其他全部动作，如进料、夹紧、放松、弯曲和回弹等，均使用可编程序控制器进行加工控制，按程序自动完成上述一系列动作。与系统运行方式的设计相对应，还必须考虑停运方式的设计。机械手肋骨冷弯机PLC的停运方式有正常停运和紧急停运两种。正常停运由PLC的程序执行，当系统的运行步骤执行完且不需要重新启动执行程序时，或PLC接收到操作人员的停运指令后，PLC按规定的停运步骤停止系统运行；紧急停运方式是在系统运行过程中设备出现异常情况或故障时，若不中断系统运行，将导致重大事故或有可能损坏设备，此时必须使用紧急停运按钮使整个系统停止运行。22 机械手肋骨机PLC控制系统硬件要求 系统硬件设计必须根据控制对象而定，应包括控制对象的工艺要求、设备状况、控制功能和IO点数，并据此构成比较先进的控制系统。1)设备状况 对控制系统来说，设备是具体的控制对象，只有掌握了设备状况，对控制系统的设计才有了基本的依据。因此在掌握设备状况时，既要掌握设备的种类、多少，也要掌握设备的新旧程度。在机械手肋骨冷弯机PLC控制系统中，机械手肋骨冷弯机的全部动作都由液压缸驱动。其中正弯，反弯动作由主弯曲液压缸带动中机架完成；左夹紧左夹松动作由左夹紧液压缸来实现；中夹紧中夹松动作由中夹紧液压缸来实现；右夹紧右夹松动作由右夹紧液压缸来实现；左右两侧机架的双张双合动作是通过进料液压缸来完成的。所有液压缸的动作是由相应的电磁阀来控制。2)IO点数和种类 根据工艺要求、设备状况和运行方式，可以对系统硬件设计形成一个初步的方案。但要进行详细设计，则要对系统的IO点数和种类有一个精确的统计，以便确定系统的规模、机型和配置。在设计系统IO时，要分清输人和输出、数字量和模拟量、各种电压电流等级、智能模板要求。在机械手肋骨冷弯机PLC控制系统中，它的IO点数如下：DI共有44点，DO共有44点。根据上面的总点数可知采用一台小型PLC就能满足要求，IO点数的确定要按实际I0点数再加20 30的备用量。23 机械手肋骨冷弯机控制系统PLC机型的选择 可编程控制器机型的选择需遵循一定的规则来进行，主要要注意CPU的能力(包括处理器的个数、存储器的性能、中间继电器的能力等)、输 输出点数、响应速度、指令系统等。另外，还要注意所选机型的性价比、备品备件情况及技术支持等。机械手肋骨冷弯机(以青山船厂160 kN程控机械手肋骨冷机为例)由PLC组成的控制系统有44个输入信号，均为开关量。其中热继电器2个，压力继电器3个，位移继电器10个，时间继电器5个，压差发讯器2个，按钮14个，拨段开关输入信号8个。该控制系统中有44个输出信号，有4个输出信号用于控制电机的启动，有21个输出信号用于状态指示，有5个输出信号用于控制时间继电器，有14个输出信号用于电磁阀的控制。根据PLC选型的有关原则，机械手肋骨冷弯机的控制系统选用FX2-128MR LO点数均为64点，满足控制要求，而且还有30多的余量。由PLC构成的肋骨冷弯机控制系统如图2所示。 从图2中可以看出，由PLC构成的控制系统结构清晰，维修检测方便。所有逻辑运算通过PLC程序实现，控制系统可根据加工工艺要求，有效地完成指定的控制任务。图2 肋骨冷弯机PLC控制原理图3 机械手肋骨机PLC控制系统的软件设计 由PLC构成的机械手肋骨冷弯机控制系统，包括硬件系统和软件系统两部分。系统控制功能的强弱，控制效果的好坏是由硬件和软件系统共同决定的，有时一方对另一方虽有一定的弥补作用，但这总是有限的，因此研究开发出高质量的程序就显得非常重要。在进行机械手肋骨冷弯机的PLC控制系统的软件开发时经过这样几个步骤：了解机械手肋骨冷弯机控制系统的概况一熟悉机械手肋骨冷弯机一熟悉编程软件的使用方法和指令系统一定义输入输出表一进行框图设计一程序编写一程序测试等。在设计机械手肋骨冷弯机PLC控制系统软件时分主电机启动模块、辅电机启动模块、指示灯处理模块、状态复位处理模块、“”形操作子程序和“”形操作子程序进行编写和调试。采用外接模拟信号的方式对程序的逻辑功能进行验证，通过正确性检验后再在实际的肋骨冷弯机上进行调试，以免损坏电机等设备。机械手肋骨机PLC控制的主程序流程图如图3所示。其中主电机启动模块的设计采用了佩特利网的设计方法。图3 机械手肋骨机PLC控制的主程序流程图 佩特利网(Petri Net，PN)是于1962年由德国的数学家cAPetri提出，最初应用于计算机异步通信建模中，用来表示系统的输 输出、系统的各种可能状态以及状态的动态变化。佩特利网是一种图示技术，可以用来模拟有规则的物料流系统和信息流系统的特性。顺序控制佩特利网设计法是利用模拟离散动态系统结构及其行为的佩特利网来描述规定控制顺序，然后再将生成的佩特利网模型转变成梯形图，从而使顺序控制设计过程格式化。这个设计方法由顺序