PLC伺服控制系统在薄板V型刨槽机上的设计和应用
日期：2006-11-1 0:31:04 来源： 中国自动化网
点击： 作者：未知
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0 引言
在不锈钢薄板加工成型的生产中，不锈钢板材直接折边成型会在拐角形成弧角的效果，在某些情况下，人们不需要这种效果。如果在进行薄板的折弯加工之前，首先在薄板上折弯处先开出一道V型沟槽，然后再进行折弯，这样就可以加工出来没有弧边的棱角效果。
针对这种应用，人们研制出了“V型刨槽机”，为了提高这种机器的生产效率和加工精度，必须在机器上安装自动控制系统。本文介绍的是笔者用PLC+HMI+交流伺服电机开发的针对这种“V型刨槽机”的一种控制系统。
0.1 工艺技术要求
由于在这种刨槽机上加工的板材一般都比较薄，为了保证折边处有足够的强度，刨槽的深度不能够很深，所以控制精度要求很精确；同时，为了提高工件的折弯尺寸精度，对沟槽的长度和位置控制也要精确。综合以上因素考虑：整机的设计精度要达到0.01mm。根据工艺技术特点，工件的加工需要在X ,Y, Z三个方向上分别进行控制。其中X轴：沟槽的长度；Y轴：沟槽在板材上的位置；Z轴：沟槽的深度。
具体如下图所示：
0.2 控制要求
0.2.1为了降低对操作人员的文化水平的要求，必须简化参数设定，采用友好的人机对话界面，能够方便的控制机器的运行，能够监视机器的运行状态。
0.2.2 另外为了提高机器的智能化水平，在本机器上开发了具有文件存储和管理的功能。这样就可以方便的以配方的形式进行不同工件加工参数的管理。数据存储要求以工件的编号作为数据组（可多达50组），每一个工件编号对应一组工件的参数：长度，厚度，刨削起点，开槽位置，沟槽深度（一条沟槽最多可以分10刀进行刨削，每一次进刀深度设定范围在0~0.99mm）等等。所有的参数可以随时修改，随时存储。加工时，通过设定工件的编号来调用参数，也可以按照重新设定的新参数来加工工件。
0.2.3 机器的工艺控制上要求机床有手动和自动功能。手动时，机床每次只在一个固定的位置（可以任意设定）上刨一道槽。自动时，机床可以根据设定的工件号调用长度，厚度，刨削起点，开槽位置，沟槽深度等参数，在板材上自动刨出合乎要求的沟槽。
1 方案确定
综合以上的要求，由于是位置控制，而且控制精度要求较高（0.01mm），所以应当采用步进电机或者是交流伺服电机作为执行机构。控制系统可以有多种选择：数控系统，计算机+运动控制卡，HMI+PLC等。
执行机构的选型：
步进电机的优点是价格要比交流伺服电机便宜，缺点是它高速力矩特性较软，会限制运行速度的提高，从而影响机器的工作效率的提高。而交流伺服电机则能够胜任高速运行，所以从提高工作效率的角度来说选择交流伺服电机作为执行机构能够提高设备的适用范围，从而提高设备的市场竞争能力。
控制系统的选型：
专门的数控系统优点是功能很全面，适用于复杂的运动控制，价格比较高，最重要的是它对操作人员的要求比较高，而在这里的控制程序单一，不需要操作人员经常的改变控制程序，所以不适合用在小型机床。
微型计算机+运动控制卡这种方案，硬件成本比前者要低一些，但是控制软件的稳定性对操作系统依赖性很强，操作系统一旦瘫痪，将直接影响生产的进行。另外计算机对环境要求高，体积大，可移动性差，不适合安装在小型机床上。
HMI和PLC 本来就是面向工业环境设计的高稳定性产品，物理尺寸非常适合安装在小型机床上，价格上也比较便宜。控制软件开发采用简单易学的LD梯形图语言，控制系统软件的开发，调试很容易，PLC运行非常稳定，几乎不需要程序维护。比较而言: HMI+PLC的方案应该是最好的选择 。
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在不锈钢薄板加工成型的生产中，不锈钢板材直接折边成型会在拐角形成弧角的效果，在某些情况下，人们不需要这种效果。如果在进行薄板的折弯加工之前，首先在薄板上折弯处先开出一道V型沟槽，然后再进行折弯，这样就可以加工出来没有弧边的棱角效果。
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针对这种应用，人们研制出了“V型刨槽机”，为了提高这种机器的生产效率和加工精度，必须在机器上安装自动控制系统。本文介绍的是笔者用PLC+HMI+交流伺服电机开发的针对这种“V型刨槽机”的一种控制系统。
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0.1 工艺技术要求
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
由于在这种刨槽机上加工的板材一般都比较薄，为了保证折边处有足够的强度，刨槽的深度不能够很深，所以控制精度要求很精确；同时，为了提高工件的折弯尺寸精度，对沟槽的长度和位置控制也要精确。综合以上因素考虑：整机的设计精度要达到0.01mm。根据工艺技术特点，工件的加工需要在X ,Y, Z三个方向上分别进行控制。其中X轴：沟槽的长度；Y轴：沟槽在板材上的位置；Z轴：沟槽的深度。
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具体如下图所示：
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0.2 控制要求
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0.2.1为了降低对操作人员的文化水平的要求，必须简化参数设定，采用友好的人机对话界面，能够方便的控制机器的运行，能够监视机器的运行状态。
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0.2.2 另外为了提高机器的智能化水平，在本机器上开发了具有文件存储和管理的功能。这样就可以方便的以配方的形式进行不同工件加工参数的管理。数据存储要求以工件的编号作为数据组（可多达50组），每一个工件编号对应一组工件的参数：长度，厚度，刨削起点，开槽位置，沟槽深度（一条沟槽最多可以分10刀进行刨削，每一次进刀深度设定范围在0~0.99mm）等等。所有的参数可以随时修改，随时存储。加工时，通过设定工件的编号来调用参数，也可以按照重新设定的新参数来加工工件。
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0.2.3 机器的工艺控制上要求机床有手动和自动功能。手动时，机床每次只在一个固定的位置（可以任意设定）上刨一道槽。自动时，机床可以根据设定的工件号调用长度，厚度，刨削起点，开槽位置，沟槽深度等参数，在板材上自动刨出合乎要求的沟槽。
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1 方案确定
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综合以上的要求，由于是位置控制，而且控制精度要求较高（0.01mm），所以应当采用步进电机或者是交流伺服电机作为执行机构。控制系统可以有多种选择：数控系统，计算机+运动控制卡，HMI+PLC等。
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执行机构的选型：
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步进电机的优点是价格要比交流伺服电机便宜，缺点是它高速力矩特性较软，会限制运行速度的提高，从而影响机器的工作效率的提高。而交流伺服电机则能够胜任高速运行，所以从提高工作效率的角度来说选择交流伺服电机作为执行机构能够提高设备的适用范围，从而提高设备的市场竞争能力。
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控制系统的选型：
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专门的数控系统优点是功能很全面，适用于复杂的运动控制，价格比较高，最重要的是它对操作人员的要求比较高，而在这里的控制程序单一，不需要操作人员经常的改变控制程序，所以不适合用在小型机床。
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微型计算机+运动控制卡这种方案，硬件成本比前者要低一些，但是控制软件的稳定性对操作系统依赖性很强，操作系统一旦瘫痪，将直接影响生产的进行。另外计算机对环境要求高，体积大，可移动性差，不适合安装在小型机床上。
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HMI和PLC 本来就是面向工业环境设计的高稳定性产品，物理尺寸非常适合安装在小型机床上，价格上也比较便宜。控制软件开发采用简单易学的LD梯形图语言，控制系统软件的开发，调试很容易，PLC运行非常稳定，几乎不需要程序维护。比较而言: HMI+PLC的方案应该是最好的选择 。
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