基于PLC的钢板校直机的控制系统设计.pdf

务I 訇 m 基于P L C 的钢板校直机的控制系统设计 Cont r ol s yst em desi gn of st r ai ght eni ng m a chi ne f or s t eel pl a t e cl ass pr ofil e b ased on PLC 王善刚 许海斌 张爽 高金刚 于晓平 WANG Sh a n g a n g XU Ha i b i n ZH ANG Sh u a n g GAO J i n g a n g YU Xi a o p i n g 1 长春工程学院 机电工程学院 长春 1 3 0 0 1 2 2 吉林省电力勘测设计院 长春 1 3 0 0 2 2 摘要 阐述了钢板校直机以西门子 7 2 0 0 d 型PL C 为主控设备 控制检测小车上的L M 5 0 激光位移 传感器对钢板的弯曲度进行检测 根据钢板校直机的弯曲度曲线图上的波峰和波谷的数值和 位置 再控制矫形小车找到钢板 波峰 和 波谷 所在的位置 对其 波峰 和 波谷 处利用可伸缩液压缸进行反方向的拉伸和压缩 行程大小为波峰值和波谷值 并再次检测 直至达到标准 此控制系统满足了校直机的控制目标 体现了校直机的方便性 适用性 可 靠性和安全性 关键词 P L C 钢板校直机 控制系统 中圈分类号 T P 2 7 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 4 0 8 上 0 1 4 6 0 4 D o i 1 0 3 9 6 9 J i s s n 1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 4 0 8 1 3 8 0 引言 如今 国内对小断面 小跨距 的工件 的压点式 校直设备 己实现 自动化 校直精度和生产效率都 较高 而 对大断面 大 跨距的工件进 行的校直还 主要通过人工 手动 来完成 对技术工人的经验依 赖较大 在校直过程 中往往存在测量不精确 校 直精度不 高 生产效 率低下 现代化 机械制造企 业 当中 长达6 米 7 米 宽约0 3 米左右 的钢板被 大量使用 而钢板在机 械加工 焊接 或使用过程 中常 因外 力作用及温 度变化会出现 弯曲或扭 曲变 形 对变形较大 的钢板 如果不进行校 直处理 会直 接影响到下道工序的使用和产品整体的装配 国外的德国MA E 公司 意大利G AL DAB I NI 公 司 美国E I T E L 公司 日本精机株式会社等先后开 发出了具 有本国特色的全 自动精密校直机 我国 合肥锻压机 床股份有限公司研 制 出具 有先进水平 的YH4 0 2 5 全 自动精密校直液压机 哈尔滨工业大 学研制 的用于 油井钻具 校直的全 自动 液压校直机 等 借鉴于 国内外校直机 的经验 研 制出专用的 钢板校直机 它采用 的是 工件不动 移 动压头的 方案 类似C 型校直机的敞开式U型设计 利用西 门子S 7 2 0 0 来控制 触摸屏为控制界面 通过U型 矫形液压缸的推压缩进 来校直钢板的设备 1 钢板校直机的结构组成及其工作 J I 沣 钢 板校 直机 的实 际设 备如 图 1 所示 校 直机 主要 由一个整体框 架 检测系统 校直系统 液 压 系统 气压 系统 两端 固定系统以及控制系统 组成 校直 系统 实施压力校 直时 在工件 两端支 撑 中间加压 所以又称为三点反弯式校直 这 是 自主研发的钢板校直机 该校 直机的矫 形机 构是 由能在钢 板长度方 向上 移动 的U型矫形 块 液压 系统控 制其可 以正 反双向平移 从而对 工件加 压 两个U型支撑块 可以单独 沿钢板 水平方 向上移动 来调 整支撑 点的距离 双 向液 压缸 整体移动小车平 台等机构组成 各机构均 有强度高 刚性好 的导 向 整体矫形机构 安装在 刚性极好 的台车上 台车 由电机带动 在轨道 上运 行 速度和距 离可 以精确控制 在进行矫 形操作 时 根据激光 检测机构 测得 的偏差部位及数 据 将矫形小车开到偏差部位 设定好两个U型支撑块 的距离 并根据触摸屏上预设出U型矫形块移动尺 寸 启动矫形块矫形 矫形 后回原位 操纵激 光 检测机构对钢板进行检 测 如 果没有满足参数 要 求 就进行新一轮矫形 直至检测合格为止 2 钢板校直机控制系统的总体结构 根据钢板 校直机的应有功能和工作顺序 进 行 了控制 系统的总体结构设计 结构框图如图2 所 示 由图可 见 钢板校直机 的控制 系统 由P L C 工控机 触摸屏 激光位移 传感器 伺服电机 收稿日期 2 0 1 4 0 5 1 3 作者简介 王善刚 1 9 6 9 一 男 吉林白山人 实验师 本科 研究方向为机电控制技术 P t C 11 技术和电气自动化 1 4 6 第3 6 卷第8 期2 0 1 4 0 8 上 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 务l 訇 化 图1 钢板校直机实际设备图 控制检测机构小车运动 气动 电磁 阀 检测 夹紧机构 拉线编码器 三相异步电动机 控 制矫形机构小车运动 及控制柜等元器件组成 钢 板校直机进行工作 时 首 先 通 过控制面 板上的开始检 测控制按钮 发出指令 P L C接到指 令后控制气动电磁阀动作 固定好工件的两端 以便 于检测数值有一个基准 接 着P L C 控 制伺服 电机带动 检测机 构小车运 动 其 上的激 光位移传 感器把 工件 的变形曲线测试 出来 传到工控机 触摸屏上 显示出变形 曲线 图形 找出工 件最大挠 度的弯曲段 启动矫形小车控制按钮 P LC接到 指令 后控制 三相异 步电动 机带动 矫形 小车左右移 动寻找到压 点 以零件 的最大 挠度处 或靠近最大 挠度处为压 点 以尽量对称 于压 点分布 的两点为 支点进行加压 在触摸屏上设置好总压下量即校 直行程 发送给P L C P L C控制液压缸对工件施加 压 力 当拉 线编码器 测得 校直行程满足设 定要 求 时 向P L C发送信号 P L C控制液压缸停止继续施 压并返 回原位 完成一次校直循环 r一一一一 授直部分 J 校直机构 J l尘 主 运 煎 l一 图2 钢板校直机控制系统结构框图 3 硬件的选择以及P L C 的I O分配 根据钢板 校直机 的工作需要 选用 了西 f y S 7 2 0 0 CP U2 2 6 4 型P L C为主控设备 具有2 4 个 输 入点和1 6 个输 出点 还选择 两个西 门子S 7 2 0 0 E M2 2 3 为扩展模块 具有1 6 个输入点和1 6 个输 出 点 来 作为校直 机的控 制核心 4 0 0 W 的富士伺 服电机作为检测小车的动力源 带动L MI 1 1 5 0 激 光位移传感器这个检测设备对工件进行弯 曲度检 测 研华工控机为触摸屏的显示与操作设备 显 示工件的曲线度和偏差以及系统的参数输入 P L C 主机输入端子地址为1 0 0 I 2 7 输出端子地址为 Q0 0 Q1 7 P L C g O 分配图 如图3 所示 o臣 臣 0 s Q 1 0 V S D 0 苦 7 D S Q 2 S口3 0 巴 0 是 I 蓦 3 S Q 4 2 0 暑 O S Q 5 0 0 D S Q 6 0 0 昌 D 兰 里 景 C 一 O暑 D 景 D 0若 U 邑 一 S B 4 臣 0 兰 呈 皇 羁 0 2 兰 里 鱼 苗 2 一 兰 里 三 c 6 D 一 D 一 o笠 7 兰 里 旦 c 旦 c 吉 o 吕 0兽 一 S B 1 2 一 兰 区 一 l 日 蜘 0 0 0 S B1 3 0 S B1 4 0 SB1 5 3 一 D 羽 O 3 j 图3 钢板校直机P L C I O分配 图 4 控制系统的软件设计 钢板校直机的控制 系统首先处理好P L C与伺服 驱动器CN1 的通讯联 系 设定如表 l 所示 其次解 决好P L C与上位机 工控机 的通讯 其中P L C的 通讯参数设 定如表2 所示 上位机的通讯参数设定 如表3 所示 由此完成软件 系统的通讯联系 根据 控制 系统 的需要 在上位机上设 置 了钢板弯曲度 第3 6 卷第8 期2 0 1 4 0 8 上 1 4 7 1 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 訇 化 钢板校直机工作时 首先由P L C 主机检测 自身 系统 I O端 口 通讯端 口等是否正常 当按下 自 动检测按钮时 P L C向气压 系统发 出固定工件和找 好基准点的命令 气压系统向P L C反馈是否完成任 务的信号 如完成 则 向检测小车发 出 自动检 测 信号 检测小车开始检测并把检测数据显示在上 位机的参数 显示界面上 根据图4 的标尺读出偏差 和位置 在操控界面输入校正量 上位机将此参 数 传送给P L C 主机 P L C收到矫形参数后 向矫形 小车发 出命令 使其找到工件的弯 曲的最大挠度 处 P L C 再 向液压系统发出施压命令 液压 系统对 工件进行校直操作 当达到校直行程之后 向P L C 发出反馈信号 P L C控制液压 系统停止矫形并 回原 位 直至达到标准 满足工艺要 求 钢板校直机 P L C 控制流程图如图5 所示 5 结束语 钢板校直机是基于上位机和西门子的P L C S 7 2 0 0 的控 制系统 当控制柜 与设备上 的各种光 电 开关 气压 电磁 阀 液压 电磁 阀 伺服 电机 三 相交流 电动机等连接 完成后 进行 了设备调试 试加工 结果表明 多数工件一般经过 1 至2 处加 载 即可达 到矫形 标准 7 m长 的工件 校直精 度达 到6 mm 可见测量和校直 的精度都较高 钢板校 直机对 于降低劳动 强度和加工成本 提 高工艺 水 平 生 产效 率和工件 成品质量的意义 重大 该设 备 已投放于某企业 中 结束 了该厂人工 校直钢板 的历史 取得了良好的经济效益和社会效益 参考文献 1 麦宙培 陈继清 长条薄形钢件校平机的设计与制作 J 机 电工程技 术 2 0 1 2 4 1 1 8 3 8 6 2 周建中 项余建 王隆太 可实时监控的皮革真空干燥机控 制系统的设计开发 J 制造业自动化 2 0 0 9 3 1 1 0 1 3 1 1 3 3 3 车小霞 窦高强 钢管校直机液压系统的改进 J 机械研 究 与应 用 2 0 1 2 1 1 8 2 7 2 7 3 4 赵连玉 嵩峰 全自动卧式校直机智能控制系统 J 微计 算机信息 2 0 0 8 2 4 7 2 0 2 1 5 翟华 张宏梅 钟华勇 赵韩 重挠度对大型曲轴校直机在线 检测系统的影响叨 中国机械工程 2 0 1 L 2 2 1 9 2 2 7 8 2 2 8 2 6 Go t OM F u k u s h i ma S Ni s i t a n i H P r o b a b i l i s t i cf a fi g u e p r o p e r t y o n t h e i n i t i a t i o n a n d p r o p a g a t i o n o f c r a c k s i n a h e a t t r e a t e d 0 4 5 C s t e e 1 Tr a n s J P n S o c M e c h En g A J 1 9 9 1 5 7 5 3 7 3 0 3 6 7 Zh a i Hu a Re s e a r c h o n S t r a i g h t e n i n g T e c h n o l o g y CAM S y s t e m J Ch i n e s e J o u r n a l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g 2 0 0 3 1 6 2 1 7 5 1 7 7 蠡 童 蠡 蠡 童 童 童 蠡 童 蠡 蠡 矗 蠡 上接第1 4 5 页 有效节省电能 大大降低试验成本 4 齿条设计载荷是在升船机运行过程中可能 出现 的最恶工况点的计算载荷 在没有齿条实际 运行载荷谱的条件下 可 以以设计载荷的阶梯值 或其 等效载荷进行试验 试验结果是偏 向于齿条 应用安全的 参考文献 1 孟令先 李权才 等 三峡升船机升降系统齿条试验装置概 述 J 机械传动 2 0 1 3 3 5 5 9 7 9 8 2 钮新强 覃利明 于庆奎 三峡工程 齿轮齿条爬升式升船机 设计 J 中国工程科 学