触摸屏与PLC控制的异型管锯管机的设计.pdf

触摸屏与 P L C控制的异型管锯管机的设计 蒋 玲① 张 超② ①芜湖职业技术学院电气系， 安徽 芜湖 2 4 1 0 0 6 ； ②芜湖恒耀汽车零部件有限公司， 安徽 芜湖 2 4 1 0 0 0 摘要 介绍了异型管锯管机 的设计 ， 通过异 型管锯管 机的结构与 工作原理分 析， 设计 了气动 系统 和以 F X I N一 4 0 MT为控制器 、 p r o f a c e触摸屏为人机界面的 P L C控制系统。该设备工作性能稳定、 操作 方便、 经济适用 ， 能够较好地完成异型管的切割。 关键词 异型管锯管机气动系统触摸屏F XI N- 4 0 MT P L C 中图分类号 T P 2 9 文献标识码 B De s i g n o f t o u c h s c r e e n a n d i r r e g u l a r p i p e s a w p i p e b e n d e r c o n t r o l l e d b y PL C J I ANG L i n g ① ． ZHANG Cha o ② D e p t ．o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ， Wu h u I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， Wu h u 2 4 1 0 0 6 ， C HN； Wu h u E v e r s h i n e A u to m o t iv e C o m p o n e n t C o ． ， L t d ． ， Wu h u 2 4 1 0 0 0 ， C H N Abs t r a c t T hi s a r t i c l e d e s c r i b e s t h e d e s i g n p r o c e s s o f t h e i r r e g ul a r p i p e s a w pi p e b e n de r ． Th r o u g h a n a l y s i s o f t h e i rre g u l a r p i p e s a w p i p e b e n d e r s t r u c t ur e a n d wo r k i n g p r i n c i p l e，p n e uma t i c s y s t e m a n d P LC c o n t r o l s y s - t e rn wi t h FX1 N- 4 0 MT f o r c o nt r o l l e r，pr o f a e e t o u c h s c r e e n for hu ma n-c o mpu t e r i n t e rfa c e a r e d e s i g n e d， t h e e q u i p me n t i s s t a b l e p e rfo r ma n c e，c o n v e n i e n t o p e r a t i o n，e c o n o my a p p l i c a b l e，t o b e t t e r fini s h i r r e g u l a r p i p e c u t t i n g ． Ke y wo r ds I r r e g u l a r P i p e；Cu t t i n g Pi p e Be n d e r ；Pn e u ma t i c S y s t e m ；To uc h S c r e e n；FX1 N- 4 0MT PLC 汽车是科技发展和人类社会文明进步的象征 。在 汽车歧管的制造中， 有各种各样的异型管件需要定制 切割 ， 普通的 自上而下管件切割机因机头与切管工装 问存在不同程度的干涉 ， 普通的切割机无法对形状各 异的管件进行切割 ， 这就需要开发设计一种新型的切 割机 ， 以满足异型管件切割的需要。本异型管锯管机 就是基于这一需要开发的 ， 已获得 了发 明专利 专利 号 2 0 0 8 1 0 0 3 9 3 8 9 。 该异型管锯管机采用机 、 电 、 气一体化设计 ， 气动 部分采用 13本 S MC的气动控制元件 ， 电气控制系统采 用 日本三菱 P L C、 伺服电动机 、 变频器及 P R O F A C E的 触 摸屏 ， 并提供手动测试 、 故障提示等功能 ， 使设备维 建模态测试系统时应该考虑的主要要素 ， 包括激振设 备、 数据采集和测试结果的分析工具等 。 2 对某机床厂生产 的 C K S 1 1 6数控立式 车床进 行了模态以及动刚度 的测试 ， 详细叙述 了测试系统 的 组成及测试过程 ， 获得 了该机床整机的固有频率 、 模态 振型 、 阻尼 比、 动刚度 以及动柔度等动态特性参数 ， 为 分析判断机床的动态特性提供了依据 。 3 通过模态测试发现 ， 该机床 的立柱 沿 Y方 向 的振动是该机床的薄弱环节 ， 导致 Y方 向动刚度显著 降低。在综合分析的基础上 ， 提出在立柱 内增设加 强 筋的方式来提高机床整机系统的动态特性 ， 为优化该 机床的结构、 提高抗振性能提供依据。 参考文献 I等 u z 牛 帚 ， 湖 [ 1 ] 王学林 ， 徐岷 ， 胡 于进． 机 床模态 特性 的有限元 分析 [ J ] ． 机床 与液 压 ， 2 0 0 5 2 4 8 5 0 ． [ 2 ] 董旭， 高铁红， 靳迎波， 等． 基于有限元方法的并联机床模态分析 [ J ] ． 北华航天工业学院学报 ， 2 0 0 8 ， l 8 5 1 1 1 4 ． [ 3 ] 刘春时， 孙伟 ， 李小彭， 等． 数控机床整机振动测试方法研究[ J ] ． 中 国工程机械学报 ， 2 0 0 9， 7 3 3 3 0 3 3 5 ． [ 4 ] 现代实用 机床 设计 手册 编委 会编． 现代 实用 机床 设计 手册／ 上 册 [ M] ． 北 京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 5 ] 赵宏林 ， 黄玉美 ， 张文合 ， 等． 机床整机 综合特性 的预测 [ J ] ． 制 造技 术与机床 ， 1 9 9 8 3 1 2 1 4 ． 作者 殊海燕， 女， 1 9 8 2年 生， 硕 士， 助理 工程 师， 主要研 究方向为机电一体化技术和有 限元分析。 编辑孙德茂 收 稿13 期 2 0 1 l 一 1 0 3 1 文章编号 1 2 0 7 3 5 如果您想发表对本文的看法． 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。 护非常简单。该设备具有操作方便 ， 工作效率高， 出现 故障 自动报警 ， 自动显示故障位置信息 ， 气缸 、 伺服电 动机 、 三相异步电动机 、 指示灯等可全部在设置屏上手 动控制 ， 易于维护等特点。 1 异型管锯管机结构与工作原理 异型管锯 管机主要 由机架 、 工作 台、 铣 刀旋转机 构 、 铣刀进给机构 、 管件压紧机构 、 冷却系统和电气控 制等部分组成。 异型管锯管机机架采用矩形管焊接结构 ， 主要用 来支撑 工作 台及 管件 加压机构 。8 5 0 mmx 1 0 0 0 m m 工作台用于安装异型管切管工装。铣刀旋转机构是异 型管锯管机的关键部件 ， 电动机 的旋转运动通过减速 机 、 齿轮箱和传动轴等传给铣刀锯 片。铣刀进给机构 是 由伺服电动机拖动整个铣刀旋转机构在直线导轨上 做往复运动 ， 主轴箱的轴端装有铣刀测速机构 ， 铣刀的 进给速度根据其 自身转速 自动调整， 从而起到保护铣 刀的作用。管件压 紧机构采用 S C 1 2 5 X 2 0 0大 型号气 缸 ， 可使夹具快速压牢管件。锯片在工作台的下面 ， 锯 管时锯片 自下 向上进给。主体 由 1台伺服 电动机带动 升降台上下运动 ， 由三相异步电动机带动的锯片固定 在升降台上，锯片的转速可 由修改变频 器参数来 调 节 ，升降台上下运动的速度可以在触摸屏上设置。该 异型管锯管机采用 自动和手动 2种工作方式 ， 采用 自 动方式时， 除人工装卸管件外 ， 其余工作均 自动进行。 2 气 动系统设计 异型管锯管机的气动驱动系统是驱动执行机构运 L11 L22 L 33 NO 动的动力装置之一 ， 主要实现装卸管件 时夹具 的夹紧 与松开的动作 ， 气动原理如图 1所示。工作过程为 压 缩空气经空气过滤器后分两路 ， 一路到控制管件压紧 机构进退的控制气缸 ， 另一路到控制底座夹具压紧的 控制气缸。气动系统的工作气压应为 0 ． 5～ 0 ． 7 MP a 。 管件压紧气缸 底座夹具压紧气缸 3 控制 系统 图1 气动原理 图 3 ． 1 系统硬件设计 在 P L C系统设计 时， 首先需要确定控制方案 ， 下 一 步就是 P L C工程设计选型。工艺 流程 的特点和应 用要求是设计选型的主要依据。在工程设计选型和估 算时， 应详细分析工艺过程的特点和控制要求 ， 明确控 制任务和范围以确定所需的操作 和动作 ； 然后根据控 制要求 ， 估算 输入／ 输 出点数 、 所需存储器容量 ， 确定 P L C的功能和外部设备特性等 ； 最后选择有较高性能 价格 比的 P L C和设计相应的控制系统。在该 系统 中， 由于要用 P L C控 制伺服 电动机 ， 控 制部分 采用 j菱 F X1 N 一 4 0 M T可编程控制器 ， 本研究采用 的 P L C有 2 4 个输入和 1 6个输 出。选用锯片传动减速电动机型号 为 WB 1 8 0 2 9 ， 速 比为 2 9 ， 功率为 4 k W； 选用三菱公司 -＼ L L -L L Z ； l S 。O TS TS i S 3 l T 3 l N 0 N l N 1 lA 4 J N 1 S B O K ＼ N5 T5 R3 S 3 T 3 0T 1 N1 。 d ＼ ＼ F N1 K M 1 I ] 詈 F R D 7 4 O 一 7 5 K C H T STR Y HL1 F N2 RH Y T 2 1 lN2 R M Y R L Y SD C I O A 排风扇 2 个 ⋯ k J R ＼ s l T ／ R4 s4 T4 水泵电动机、 r 、 割电 一 、 ／ 图2 总电路图 14 l 5 l 6 1 7 0M 5 动机 耋 ⋯ ‘ 生产的 F R D 7 4 0 5 ． 5 K C H T变频器 ； 选用进给减速 机型号为 1 0 0 L 2 D， 速 比为 9 ； 选 用进给 电动机是三菱 公司生产的伺服电动机 ， 型号为 HC K F S 7 3 ， 其功率为 7 5 0 W， 伺服驱动器型号为 MR J 3 7 0 A； 选用冷却泵 的型号为 A B一1 2 ， 功率 为 4 0 W； 选 用 p r o f a c e的触摸 屏 ， 型号为 A S T 3 3 0 1 W B 1 一 D 2 4 ， 其 画面空 间 比较充 足， 完全符合控制系统的需要； 选用铣刀锯片的外径为 4 0 0 m m， 内径为 3 2 m m， 厚度为 3 ． 5 m m； 开关 电源型号 为 S 一 1 0 0 - D C 2 4 。 在系统中， P L C是控制系统 的核心， 各种开关量都 与 P L C的输入端相连 ， P L C 输 出端主要 与要控制 的电 H F KP73 伺服 电动机 图3 伺服 电动机控制系统电路图 A 磁阀 、 接触器和报警信号等相连 。各种逻辑控制全部 在 P L C内部实现 ， 工作过程能在触摸屏上动态显示。 总电路图如图 2所示 ， 伺服 电动机控制系统 电路图如 图 3所示 。 3 ． 2系统软件设计 控制程序是异型管锯管机设计 的核心， 程序设计 的好坏关系到异型管锯管机使用性能和操作方便性． 同时须考虑程序 的工作效率 。因此 ， 该设备控制程序 设计 由原点回归程序 、 手动操作程序和 自动操作程序 等环节组成 。 3 ． 2 ． 1 原点回归 按原点回归按钮压 紧缸 向上返回到原位 ， 伺服电 动机带动升降台做下降运动 ， 当接近点完全无信号时 升降台改变方向做上升运动。当上升值达到工作原点 位置设定值时原点回归停止 ， 原位指示灯亮。 3 ． 2 ． 2自动运行 1 原点回归后的第一次 自动运行 双手按启动按钮 ， 压紧缸 向下压紧到位 ， 伺服电动 机带动升降台做上升运 动， 当触摸屏上 “ 切刀 当前位 置” 的值与“ 切割最低点位置” 的值相等时， 上升暂停 ； 切刀旋转 、 升 降台再做 上升运 动切 割管子 开始。当 “ 切刀当前位置” 的值 与“ 切割最高点位 置” 的值相等 时 ， 上升停止 ， 切刀旋转停止 ； 压紧缸 向上返回到原位， 伺服电动机带动升降台做下降运动 ， 当“ 切刀 当前位 置” 的值与“ 切割最低点位置” 的值相等时 ， 下降停止。 原点回归后的第一次 自动运行结束 。 2 第二次及以后 自动运行 l l l l l l L N 抬 ⋯甲 I I l I T z 誊吾呈炙 妥 t,O囊 曼 委 晏 姜 吴 晏 妄 垦 委 三菱P L c F x1 N一 4 0 MT I 入输 出 呈 善 譬 蚕 譬 蓍 荽 譬 蓦 誉 蚕 莹 莹 三 三 三 三 薹 蚕 三 三 詈 詈 蠢 蚕 i i i ； ， } f f { 蚕 f { ] 委 霪 i f j f j ‘ j 孺 丽 赢 豆 基 恩 魁 犍 岳 留 } 弓 ； ； 蹙 J ] l 醅 鸶 l 需 f 基 群 I 4 嚣 慝 S E R V 0 S E R V 0 罄 cS E R V 。 墓 霹 C N 一1 0 C N 一4 1 尽 整 二 、 ， l I I l ∞ H w 图4 P L C 的I ／ 0端子接线图