型材輥壓生產(chǎn)線是生產(chǎn)汽車門、窗等型材的關鍵設備，其剪切系統(tǒng)自動化程度及定尺精度的高低將直接影響企業(yè)生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。型材剪切一般有定尺停剪和飛剪兩種。定尺停剪控制簡單，定尺精度高，但生產(chǎn)效率低，特別是對于有縫焊機的輥壓線，頻繁起停將會影響焊機焊極的使用壽命；飛剪控制比較復雜，方法也較多，相對簡單的一種就是由型材本身帶動剪切工作臺實現(xiàn)飛剪的方法[1～2]。這種剪切方法只適用于剛性較大的型材，而對于截面積較小的型材必須加牽引機，控制復雜。針對上述不足，我們設計了一種采用直流伺服機驅(qū)動、PLC控制剪切工作臺實現(xiàn)連續(xù)不停機剪切的飛剪控制系統(tǒng)。應用結(jié)果表明，該系統(tǒng)運行可靠，同步精度較高，定尺誤差較小，適用于剪切各種規(guī)格的型材，不僅提高了企業(yè)生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，而且具有廣泛的推廣應用價值。 1　采用伺服機的型材輥壓生產(chǎn)線飛剪控制系統(tǒng)的組成 　　 型材飛剪系統(tǒng)是一種連續(xù)剪切型材的加工機械，相對于定尺停剪系統(tǒng)，可提高生產(chǎn)效率。采用伺服機的型材輥壓生產(chǎn)線飛剪控制系統(tǒng)原理如圖1所示。 圖中，S1、S2、S3為接近開關，S4、S5、S6為滾輪式行程開關，負責工作臺的終端停車及超程保護。伺服機通過絲杠拖動工作臺運動，由液壓缸帶動刀具完成沖切任務，其運行過程如下： 　　 （1）型材以恒速向前移動，由測長輪測定型材長度，當?shù)竭_預定值時，起動伺服機，工作臺開始移動。 （2）當工作臺與型材的移動速度達到同步時，液壓缸動作，刀具開始沖切，接近開關S2檢測到?jīng)_切到位信號時，刀具抬起。 （3）工作臺繼續(xù)移動，當?shù)毒呋氐匠跏嘉恢脮r，接近開關S1有信號輸出，伺服機反轉(zhuǎn)，工作臺高速返回。 （4）到接近開關S3位置時，工作臺停止，根據(jù)切割的根數(shù)，決定是繼續(xù)運行還是停車。 2　飛剪伺服同步控制系統(tǒng)的組成與參數(shù)計算 　　 伺服同步控制系統(tǒng)由直流伺服驅(qū)動器、伺服同步控制器、PLC及測長輪等組成，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。 測長輪光電編碼器輸出的脈沖信號分兩路，一路送給PLC的高速計數(shù)口，做測長用；另一路先經(jīng)光電隔離及F/V環(huán)節(jié)將頻率信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，再經(jīng)放大器放大后，作為伺服驅(qū)動器的速度給定信號。連續(xù)剪切時，必須保證工作臺的移動速度與型材線速度嚴格同步，在F/V變換器與伺服驅(qū)動器參數(shù)確定的情況下，放大器放大倍數(shù)的確定將是實現(xiàn)伺服同步的關鍵。已知系統(tǒng)參數(shù)如下： F/V環(huán)節(jié)輸入輸出特性：Kf=（0～25kHz）/（0～5V）； 伺服驅(qū)動系統(tǒng)：最大給定電壓=5V，額定轉(zhuǎn)速ne=1500r/min，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=/ne=1/300（V．min．r－1）； 測長輪直徑：DL=110mm=0.110m； 光電編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)：N=5000； 型材最大移動速度：Vm=15m/min=0.25m/s； 絲杠節(jié)距：T=10mm=0.01m。 3　PLC控制系統(tǒng)的組成及軟件設計 　　 型材輥壓飛剪系統(tǒng)采用日本富士NB1系列可編程序控制器控制，可實現(xiàn)定尺停剪、飛剪及剪切長度、剪切根數(shù)的自動控制，同時具有自保護、自診斷和報警等功能。剪切長度及剪切根數(shù)等參數(shù)由PLC通過串行通信從上位機讀入。PLC剪切控制系統(tǒng)的輸入信號包括：測長輪光電編碼器LF輸出的電脈沖（A、B兩相），接近開關S1～S3，行程開關S4～S6，伺服準備好信號VRDY；輸出信號包括：伺服上電SON1，伺服使能ENBL（Y115），伺服速度給定Y117、Y116、Y120、Y121，沖切電磁閥、抬起電磁閥、加速閥及溢流閥等，其PLC外部接線圖略。控制流程如圖3所示。 系統(tǒng)通過對光電編碼器LF輸出脈沖的檢測來計算對應的型材長度。NB1系列U型PLC的高速計數(shù)指令功能是當條件滿足時發(fā)出一中斷信號，并控制相應的動作。由于系統(tǒng)剪切長度是可以改變的，故需要通過PLC中算術運算將剪切長度轉(zhuǎn)換成對應的脈沖數(shù)。 　　 為了使系統(tǒng)能夠安全可靠工作，對軟件和硬件均作必要的處理。軟件主要是延時保護，因為系統(tǒng)工作過程主要是順序動作。當某一工序到下一工序的時間超過確定值時，說明該工序的相關部分出現(xiàn)故障，命令系統(tǒng)停止運行，等候維修。圖中長度檢測到延時是根據(jù)型材的剪切長度與軋制速度的比值來確定；剪切到位和刀具抬起延時是根據(jù)沖切刀具動作的快慢來確定，本系統(tǒng)取3s；Y115為伺服使能信號，延時打開的目的是保證工作臺高速返回停車時有足夠的制動時間。硬件是采用4個保護開關，前兩個是接近開關S1、S2，主要是檢測型材是否切下和刀具是否抬到位，若未按規(guī)定動作，則視為故障，系統(tǒng)停止運行；另兩個是限位開關S4、S6，作用是在前面保護均失效，工作臺到達S4（或S6）位時，強制系統(tǒng)停止運行。 　　 本系統(tǒng)充分利用了PLC的邏輯運算、數(shù)值處理、高速計數(shù)、中斷及沿觸發(fā)等功能，使整個系統(tǒng)控制方便靈活，外圍設備減少，并能大大縮短現(xiàn)場的安裝和調(diào)試周期。 　　 實際調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，連續(xù)飛剪的定尺精度往往不如定尺停剪的精度高，其主要原因如下：　　 （1）測長輪與型材之間有相對滑動，使計數(shù)不準，可設法增加測長輪與型材之間的摩擦力，如增大氣閥壓力等； （2）工作臺每次返回的初始位置不一致，可增加一初始位置定位系統(tǒng)，提高位移控制精度，但系統(tǒng)要相對復雜一些； （3）伺服同步精度低，剪切時工作臺相對于型材有相對運動，可適當調(diào)整電位器RP1。 （4）由于伺服同步控制器在轉(zhuǎn)速環(huán)外，因此系統(tǒng)元件（包括放大器、F/V變換器和電阻等）參數(shù)值隨環(huán)境溫度的變化對定尺精度有一定的影響，可在此基礎上增加一位置環(huán)。 4　結(jié)束語 　　 該系統(tǒng)自1998年8月在凌云汽車零部件有限公司通過項目驗收并開始投運，連續(xù)兩班無故障運行至今，目前仍運行良好。由于系統(tǒng)采用上位機及PLC控制，定尺停剪與飛剪任意選擇，設定參數(shù)可在線調(diào)整，因此系統(tǒng)具有操作簡單，維修方便，控制精度較高，適用范圍廣等特點，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，使企業(yè)效益明顯提高。剪切長度為2680mm的型材，定尺停剪誤差≤±0.5mm，飛剪誤差≤±1mm。運行結(jié)果表明，本剪切系統(tǒng)已達到該廠90年代引進的德國原裝生產(chǎn)線飛剪控制系統(tǒng)的自動化水平及控制精度，系統(tǒng)可進一步推廣應用，以發(fā)揮更大的經(jīng)濟效益。 參考文獻 1陳軍，李全利.MiniPLC在自動飛鋸系統(tǒng)中的應用.電氣自動化，1994，16（2）：52～53 2王文彩，李廣才.直焊管飛鋸切割微機控制系統(tǒng).電測與儀表，1990，27（3）：37～39 3馮培昌，藏云泉，周曉云.飛剪及軋后設備的微機參數(shù)檢測與控制系統(tǒng).電氣傳動，1993，23（6）：29～35 4陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng).第2版.北京：機械工業(yè)出版社，1992.