和利時LM系列PLC在液壓板料折彎機中的應用

李銀川

（北京和利時自動化驅動技術有限公司 ，北京，100176）

　　摘要 本文介紹了LM系列PLC在液壓板料折彎機中應用。通過標準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，驅動擋料和角度調整兩個伺服電機工作，達到了精確定位和角度調整，保證了設備控制要求及運行效果。

　　關鍵詞：折彎機；伺服控制；PLC控制系統(tǒng)；觸摸屏

　　中圖分類號：TP29 文獻標識碼：B

　　文章編號：

　　1 引言

　　基于伺服電機直接驅動的折彎機數(shù)控技術是九十年代發(fā)展起來的高新技術,屬于先進制造技術前沿。它的研究和開發(fā)工作對于提高國產設備綜合性能指標和打破國外在這一技術上的壟斷位置有重要意義。隨著PLC和觸摸屏技術的發(fā)展，在折彎機中的應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，也為生產效率的提高、為人類上產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。

　　2 液壓板料折彎機介紹

　　2．1 液壓板料折彎機設備結構

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

　　折彎角度定位機構由伺服電機和鏈條傳動機構組成，可根據(jù)設定的折彎角度微調或自動進行高度調整，保證了高度定位的精度。水平擋料機構由伺服電機和絲杠傳動機構組成，進行折彎工件的寬度定位，可微調定位也可自動定位，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執(zhí)行，配合腳踏開關可進行點動、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，下壓折彎機構自動下壓，碰下行程開關停止下壓；下壓過程松腳踏慢進，停在當前運行位置；下壓過程踩下腳踏回程，下壓折彎機構自動回程，碰上行程停止回程；回程過程松開腳踏回程，停在當前回程位置。

　　單次：設定保壓時間，卸壓時間，水平擋料進、退距離，調整好水平擋料位置；選擇單次操作檔位，下壓折彎機構不在上行程開關位，首先自動回上行程開關位；踩下腳踏慢進，下壓折彎機構自動下壓；碰下行程開關時，水平擋料機構后退設定距離，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自動回程，同時水平擋料機構自動前進設定距離；碰上行程開關，單次折彎動作結束。

　　連續(xù)（工步）：

　?。?）設定保壓時間，卸壓時間，水平擋料進退距離，調整好水平擋料位置；

　?。?）設定工步數(shù)以及每個工步的擋料位置、折彎張數(shù)；

　?。?）選擇連續(xù)操作檔位，下壓折彎機構不在上行程開關位首先自動回上行程開關位；踩下腳踏慢進，下壓折彎機構自動下壓；碰下行程開關時，水平擋料機構后退設定距離，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自動回程，同時水平擋料機構自動前進設定距離；碰上行程開關，一次折彎動作結束，進行下一次折彎。

　?。?）當前工步折彎次數(shù)完成，碰上行程開關，水平擋料位置自動進行調整，進入下一工步折彎動作。

圖3 工步工作流程圖

　　3監(jiān)控系統(tǒng)設計

　　液壓板料折彎機控制系統(tǒng)由控制部分、驅動部分和監(jiān)控部分組成。系統(tǒng)結構如圖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始的執(zhí)行一系列任務。任務循環(huán)執(zhí)行一次稱為一個掃描周期，其掃描的工作過程如下：

　?。?）讀輸入：將物理輸入點上的狀態(tài)復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。

　　（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。

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

　　中斷方式是指當中斷事件發(fā)生時則立即執(zhí)行一次相應的中斷服務程序，不受掃描周期的影響，響應速度快，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

　?。?）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。

　?。?）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）、結構化文本（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。其結構圖如圖4所示。

圖4 控制系統(tǒng)結構圖

　　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 驅動電機選型

　　液壓板料折彎機驅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。

　　伺服電機及驅動器均采用和利時公司的產品，其中“蜂鳥（Hummer）”系列低壓無刷伺服電機驅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，以及創(chuàng)新編碼器反饋技術；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整，保證了設備控制要求及運行效果。

　　往復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。

　　4 液壓板料折彎機特點

　　液壓板料折彎機適用于大型鋼結構件，鐵塔、路燈桿、高燈桿、汽車大梁、汽車車貨箱等相關行業(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) 每步程序可設定板料折彎位置（后檔料X，相當于伺服的絕對位置）、凸模具下壓位置（Y值，相當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，提高生產效率。

　　該系統(tǒng)已投入生產使用，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 結語

　　設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，保證設備運行達到好的控制效果。設備對角度調整和擋料定位精度要求較高，采用伺服電機進行角度調整和擋料自動定位控制，走位準確，能夠滿足復雜工藝的要求。

　　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動技術有限公司，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動技術有限公司，2008

（轉載）