摘要：本文介紹了LM系列PLC在液壓板料折彎機中應(yīng)用。通過標(biāo)準MODBUS協(xié)議進行上、下位機通訊，實現(xiàn)了一體化控制。利用高速PTO脈沖輸出方式，驅(qū)動擋料和角度調(diào)整兩個伺服電機工作，達到了精確定位和角度調(diào)整，保證了設(shè)備控制要求及運行效果。

　　關(guān)鍵詞：折彎機；伺服控制；PLC控制系統(tǒng)；觸摸屏

　　中圖分類號：TP29                  

　　文獻標(biāo)識碼：B

　　文章編號：

　　1 引言

　　基于伺服電機直接驅(qū)動的折彎機數(shù)控技術(shù)是九十年代發(fā)展起來的高新技術(shù),屬于先進制造技術(shù)前沿。它的研究和開發(fā)工作對于提高國產(chǎn)設(shè)備綜合性能指標(biāo)和打破國外在這一技術(shù)上的壟斷位置有重要意義。隨著PLC和觸摸屏技術(shù)的發(fā)展，在折彎機中的應(yīng)用都得到了很快的發(fā)展，為折彎機控制系統(tǒng)提供了新思路、新方法，也為生產(chǎn)效率的提高、為人類上產(chǎn)和生活水平的提高有著重要意義。PLC和觸摸屏均采用開放性的編程方式，為折彎機的靈活性和創(chuàng)新性的控制方法提供了基礎(chǔ)。

　　2 液壓板料折彎機介紹

　　2．1 液壓板料折彎機設(shè)備結(jié)構(gòu)

　　液壓板料折彎機設(shè)備外形見圖1，其結(jié)構(gòu)主要由機架、腳踏開關(guān)、折彎角度定位機構(gòu)、水平擋料定位機構(gòu)、下壓折彎機構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)等組成。

圖1 設(shè)備外形



圖2 機械結(jié)構(gòu)圖

　　折彎角度定位機構(gòu)由伺服電機和鏈條傳動機構(gòu)組成，可根據(jù)設(shè)定的折彎角度微調(diào)或自動進行高度調(diào)整，保證了高度定位的精度。水平擋料機構(gòu)由伺服電機和絲杠傳動機構(gòu)組成，進行折彎工件的寬度定位，可微調(diào)定位也可自動定位，連續(xù)折彎中可進行多工步自動選擇，依次實現(xiàn)對多個位置的定位折彎。下壓折彎有液壓機構(gòu)執(zhí)行，配合腳踏開關(guān)可進行點動、單次和連續(xù)三種工況。

　　2.2 液壓板料折彎機工作過程

　　折彎機工作過程可分為點動、單次和連續(xù)三種工作方式。

　　點動：選擇點動操作檔位，踩下腳踏慢進，下壓折彎機構(gòu)自動下壓，碰下行程開關(guān)停止下壓；下壓過程松腳踏慢進，停在當(dāng)前運行位置；下壓過程踩下腳踏回程，下壓折彎機構(gòu)自動回程，碰上行程停止回程；回程過程松開腳踏回程，停在當(dāng)前回程位置。

　　單次：設(shè)定保壓時間，卸壓時間，水平擋料進、退距離，調(diào)整好水平擋料位置；選擇單次操作檔位，下壓折彎機構(gòu)不在上行程開關(guān)位，首先自動回上行程開關(guān)位；踩下腳踏慢進，下壓折彎機構(gòu)自動下壓；碰下行程開關(guān)時，水平擋料機構(gòu)后退設(shè)定距離，同時自動進行保壓；保壓時間到自動進行卸壓，卸壓時間到下壓折彎機構(gòu)自動回程，同時水平擋料機構(gòu)自動前進設(shè)定距離；碰上行程開關(guān)，單次折彎動作結(jié)束。

　　連續(xù)（工步）：

　　（1）設(shè)定保壓時間，卸壓時間，水平擋料進退距離，調(diào)整好水平擋料位置；

　　（2）設(shè)定工步數(shù)以及每個工步的擋料位置、折彎張數(shù)；

　　（3）選擇連續(xù)操作檔位，下壓折彎機構(gòu)不在上行程開關(guān)位首先自動回上行程開關(guān)位；踩下腳踏慢進，下壓折彎機構(gòu)自動下壓；碰下行程開關(guān)時，水平擋料機構(gòu)后退設(shè)定距離，同時自動進行保壓；保壓時間到自動進行卸壓，卸壓時間到下壓折彎機構(gòu)自動回程，同時水平擋料機構(gòu)自動前進設(shè)定距離；碰上行程開關(guān)，一次折彎動作結(jié)束，進行下一次折彎。

　　（4）當(dāng)前工步折彎次數(shù)完成，碰上行程開關(guān)，水平擋料位置自動進行調(diào)整，進入下一工步折彎動作。

　　（5）所有工步動作完成，碰上行程開關(guān)，連續(xù)折彎動作結(jié)束。

圖3 工步工作流程圖

　　3監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

　　液壓板料折彎機控制系統(tǒng)由控制部分、驅(qū)動部分和監(jiān)控部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　　3．1 PLC介紹

　　3.1.1 PLC工作原理

　　PLC工作方式又掃描方式和中斷方式，所謂掃描方式是周而復(fù)始的執(zhí)行一系列任務(wù)。任務(wù)循環(huán)執(zhí)行一次稱為一個掃描周期，其掃描的工作過程如下：

　　（1）讀輸入：將物理輸入點上的狀態(tài)復(fù)制到輸入過程映像寄存器中。

　　（2）執(zhí)行邏輯控制程序：執(zhí)行程序指令并將數(shù)據(jù)存儲在變量存儲區(qū)中。

　　（3）處理通訊請求：即執(zhí)行通訊任務(wù)。

　　（4）執(zhí)行CPU自診斷：檢測固件、程序存儲器和擴展模塊是否工作正常。

　　（5）寫輸出：在輸出過程映像寄存器中存儲的數(shù)據(jù)被復(fù)制到物理輸出點。

　　中斷方式是指當(dāng)中斷事件發(fā)生時則立即執(zhí)行一次相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，不受掃描周期的影響，響應(yīng)速度快，從而進一步提高了PLC控制的可靠性。中斷事件不發(fā)生時，不掃描中斷服務(wù)程序，這樣可以節(jié)約掃描時間，減少掃描周期。

　　3.1.2 PLC特點

　　（1）PLC邏輯判斷和控制能力強，抗干擾能力強，可靠性好。PLC從硬件上采用隔離、濾波措施有效地抑制和消除了干擾。

　　（2）擴展性和柔性好，且可移植性好，在不改變硬件的情況下，只改變軟件的程序就可以實現(xiàn)不同的功能。

　　（3）編程語言豐富，可以采用不同語言編寫程序，? LM系列PLC支持6種編程語言，包括：梯形圖（LD）、指令表（IL）、結(jié)構(gòu)化文本（ST）、功能塊圖（FBD）、順序功能圖（SFC）和連續(xù)功能圖（SFC）。給編寫程序帶來很大方便。

　　3．2 監(jiān)控系統(tǒng)方案

　　監(jiān)控系統(tǒng)要實現(xiàn)功能主要是：（1）控制參數(shù)的設(shè)置；（2） 狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示；（3） 液壓板料折彎機控制。本系統(tǒng)采用主、從站方式，通過MODBUS標(biāo)準協(xié)議實現(xiàn)該監(jiān)控系統(tǒng)的通訊功能，其中主站選用和利時觸摸屏。考慮到控制系統(tǒng)的安全性和抗干擾性要求，結(jié)合PLC的特點，該系統(tǒng)控制部分采用PLC控制。從站選用LM系列PLC。其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　3.3 控制系統(tǒng)硬件

　　3.3.1 PLC選型

　　本系統(tǒng)采用 LM系列專用高速運動控制模塊LM3106A控制。LM3106A是專為實現(xiàn)高速運動控制而設(shè)計的模塊，主要用于實現(xiàn)步進或伺服電機的定位控制。

　　LM3106A本體集成14通道24VDC輸入， 10通道晶體管輸出，其輸出有2個公共端， 輸出通道采用5-24VDC驅(qū)動電源供電，具有兩路高速輸出，可做PWM(100KHz)或PTO(50KHz)使用，另外，還可以通過RS-232通訊口與和利時觸摸屏進行通訊。

　　表1為控制系統(tǒng)的I/O配置。

　　表1 系統(tǒng)I/O分配表

　　3.3.2 驅(qū)動電機選型

　　液壓板料折彎機驅(qū)動部件主要包括擋料伺服電機、角度伺服電機和豎直液壓氣動裝置。

　　伺服電機及驅(qū)動器均采用和利時公司的產(chǎn)品，其中“蜂鳥（Hummer）”系列低壓無刷伺服電機驅(qū)動器是北京和利時電機公司最新推出的適合低壓直流供電的、小體積、高性能全數(shù)字伺服驅(qū)動器。硬件上采用32位高速RISC專用控制芯片,高效功率變換技術(shù)，以及創(chuàng)新編碼器反饋技術(shù)；軟件上采用最先進的電機控制策略，完全以軟件方式實現(xiàn)了電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的閉環(huán)伺服控制；驅(qū)動器嵌入了高級運動控制功能，通過通訊接口即可完成如多段點到點、直線插補、圓弧插補等功能。擋料和折彎角度分別采用伺服電機進行定位，達到了精確定位和角度調(diào)整，保證了設(shè)備控制要求及運行效果。

　　往復(fù)下壓折彎動作由油泵和氣動裝置完成，通過PLC控制電磁閥的得、失電進行。

　　3.3.3 監(jiān)控部分

　　上位監(jiān)控部份由一臺和利時觸摸屏，配以監(jiān)控軟件來完成，觸摸屏上可以進行動作操作，運行參數(shù)設(shè)定，工作狀態(tài)選擇以及顯示PLC的輸入輸出點工作狀態(tài)。圖5和圖6為觸摸屏部分監(jiān)控畫面。

圖5 角度定位畫面



圖6  工步運行畫面

　　4 液壓板料折彎機特點

　　液壓板料折彎機適用于大型鋼結(jié)構(gòu)件，鐵塔、路燈桿、高燈桿、汽車大梁、汽車車貨箱等相關(guān)行業(yè)。基于和利時公司PLC和伺服自動控制系統(tǒng)的液壓板料折彎機有以下特點：

　　(1) 采用電液伺服全閉環(huán)控制系統(tǒng)，折彎精度、重復(fù)定位精度達到很高的水準。

　　(2) 直接進行角度編程，具有角度補償功能。

　　(3) 每步程序可設(shè)定板料折彎位置（后檔料X，相當(dāng)于伺服的絕對位置）、凸模具下壓位置（Y值，相當(dāng)于凸模具下降的距離）、折彎次數(shù)、保壓時間4個參數(shù)。

　　(4) 具有多工步編程功能，可實現(xiàn)多自動運行，每一步執(zhí)行完后，觸摸屏都要自動把下一步參數(shù)輸入PLC和伺服，實現(xiàn)多工步零件一次性加工，提高生產(chǎn)效率。

　　該系統(tǒng)已投入生產(chǎn)使用，運行穩(wěn)定可靠，控制精度高，維護使用方便，受到用戶青睞。

　　5 結(jié)語

　　設(shè)備采用性價比極高的和利時PLC提供了整體解決方案，替代了原來的單片機控制系統(tǒng)，避免了干擾和不穩(wěn)定因素的影響，保證設(shè)備運行達到好的控制效果。設(shè)備對角度調(diào)整和擋料定位精度要求較高，采用伺服電機進行角度調(diào)整和擋料自動定位控制，走位準確，能夠滿足復(fù)雜工藝的要求。

　　參 考 文 獻

　　[1] 《 LM系列小型一體化PLC硬件手冊》，北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司，2008

　　[2] 《 LM系列PLC軟件手冊》，杭州和利時自動化有限公司，2008

　　[3] 《 LM系列小型一體化PLC指令手冊》，北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司，2008