基于PLC控制折弯机双缸同步运行的设计-.pdf

基于P L C 控制折弯机双缸 同步运行的设计 甘肃天水锻压机床有限公司 7 4 1 0 2 0 张辉 【 摘要】P L c 可编程控制 器易学易用，其优点 在于程序可编辑 ，外设可调 配，在工业 自动控制领 域 中的应 用非常普遍。我们 采用 了一款最经济的标 准顺序型控制主机DVP 2 4 ES 2 0 0 R可 编程序控制 器 和一款数模转换模 块DAP 0 4 DA～E 2，设计 了一 套 控 制软 件 ，根据 滑块移 动 时光栅 尺脉 冲信 息的反 馈，经过软件程序 的检 测确定位置的误差 ，然后进 行位 置较正 ，来保证 两液压缸 的同步运行 。 本文对整个作业控 制 系统进行 了简单的剖析 ， 再对液压控制 系统和 电器驱动 电路进行 了详细的阐 述 ，绘 出工件折 弯工作 图 。程序 设 计 由于篇幅所 限，给 出程序 流程框 图，然后对 框图作 了连文字带 程序语 句的详尽表述。 P L C 是 可编程逻辑控制器的英文缩写 ，其产生 主要是为 了取代传统的继 电器控 制系统 ，具有清晰 的继 电器控制系统 的逻辑性 ，又有鲜 明的计算机技 术的特 点，近年来在工业 自动控 制领域 中的应用非 常普 遍 。 目前市面 上折弯 机的 数控 系统产 品有很 多，但价格都很高。本文用了一款最经济的标 准顺 序 型控制主机DVP 2 4 E S 2 0 0 R 可编程序控制器 ，并 以其为控制中心，设计 了一套控制 系统 ，对如何控 制折弯机滑块 上的两液压缸活塞杆的同步运行进行 了深一步的探索 。 1 ． D V P 2 4 E S 2 0 0 R 控制液压缸的同步运行 数控折弯机同步系统 是由P L C 根据滑块移动时 的位置反馈信息，经过P L C 的分析比较后再用比较 结果进行程序处理 ，来保证两液压缸运行的同步 。 简化的闭环作业系统框如图1 所示 。 液压缸活 塞杆的上下移动主要依靠两个三位 四 1‘ ．4 道争蔼 热 加 工 e ， l脚 || ‘ ‘ ’ ’ ． ． 觥删 上 尺 图1 P L C 控制滑块框 通电液 比例阀控制 ，滑块移动时的位置反馈信息来 自两付光栅尺的脉冲信号 。而 电液 比例 阀流量的大 小又受控于 电液 比例放大器 ，因此P L C 对三位四通 电液 比例 阀的控 制实际 上就是 对 比例放 大板 的控 制 。D VP 2 4 E S 2 0 0 R 通过I ／ 0 扩展 口向数模转换模块 DAP 0 4 D AE 2 写入数据 ，提供直 流电压驱动 电液 比例放大器S V V 4 P 。左右光栅尺的副尺把合在滑块 背面 ，VT一2 0 0 0 是一个 比例放大器 ，是用来控制 液压系统 中的一个直动式 比例压力阀，该压力阀是 液压系统中的一个主压力阀，起压力保护作用。 2 ． 液压系统控制液压缸活塞杆的动作分析 液压缸 活塞杆 的同步移动其根本还是液压系统 的控制 ，因而有必要对液压系统 中液压缸活塞杆的 工作过程作一个详细的分析 ，折弯机的液压控制原 理见图2 。 1 机 床起始状 态电磁铁Y A1 、Y A2 、Y A 3、Y A 4 、Y A 5 断电 ，此时 三位 四通比例阀9 的阀 芯停在 中间PA 油路 不通 ，溢流 阀1 0 的可 承受压 力又足够大 ，液压缸 Y G下腔的油无 法流出 ，上腔 的油和油箱 1 相通 ，活塞杆不动 。 2 活塞杆快 下电磁铁Y A1 、Y A2 通 电，三 位四通 比例 阀9 PB 油路导通 。这时液压缸YG下 腔的油 经先导锥阀1 2 、三位 四通 比例阀9 AT 、液 控阀1 3 流 向液压缸YG上腔 ，同时因活塞杆和滑块 Y 图2 液压缸活塞杆液压驱动原理 1 ． 油箱 2 ． 滤油器 3 ． 电动机 4 ． 油泵 5 ． 压力插件 6 ． 流量阀 7 ． 比例压力阀 8 ．二位四通方向阀 9 ． 二三四通比例阀 1 0 、1 1 ． 溢流阀 1 2 ． 锥阀 I 3 ． 液空阀 部 分相联 ，靠下行惯性 ，活塞杆也从油箱 1 中吸油 进入液压缸Y G上腔 ，滑块快速下行。 3 活塞 杆 工进Y A2 断 电 ，使三 位 四 通 比例阀9 的 阀芯停 在中间后 ，电磁铁Y A 5 、Y A 4 通 电，Y A1 断 电。Y A5 通电则让液控阀 1 3 的动作油路 截止 ，隔断了液压缸YG 上腔和油箱的直通油路 ， 使液压缸YG上腔产生压 力。Y A 4 通 电让 比例压 力 阀7 动作 ，其与压 力插件5 、压力流量阀6 构成一个 压 力控制 回路 ；整机最 大压力由压力流量阀6 在整 机调试时手动调出 WE 6 7 K一6 3 ／ 2 5 0 0 折弯机的最 大压力为2 6 MP a 。再让Y A 2 通 电使三位四通 比例 阀9 P B油路导通 。这时 ，由于Y A1 断 电，先导锥 阀l 2 被载止 。溢流阀1 l 在一定油压作用下油路被导 通 ，下腔的油液 经溢流 阀1 1 、三 位四通 比例阀9 流 回油箱 ，油箱 的油液 经滤油 网在油泵 电机的 作用 下 ，经压力单 向阀、三位 四通 比例 阀9 流向液压缸 上腔 。锥阀1 2 、溢流 阀1 0 、l 1 在本液压系统 中构成 一 个卸荷保护回路 ，当油压再大到一定程度 ，溢流 阀1 0 就导通 ，使油液直接流 回油箱 1 。 4 系统保压上模压制 工件到位时 ，工进 时 的状 态保持不变 ，保持 3 S 。在这个过程 中 ，如 果液压缸 Y G上腔的压力过大 ，油路 中压 力控 制回 路就起作 用 ；如果液压缸YG 下腔 的压 力过大 ，卸 荷保护 回路就会起作用。 5 滑块快 回电磁铁Y A2 断电 ，Y A 5 断 电， Y A3 通 电使三位四通比例阀9 PA 油路导通 。油箱 的油经三位四通 比例阀9 , 11 锥 阀l 2 进入油缸下腔 ， 液压缸上腔的油一部分经液控 阀1 3 流 回油箱 ，一部 分 经三位 四通比例阀9 回油箱 。回复机 床起 始状态 时 ，各 电磁铁均断电 ，完成一个 工作流程 。 3 ． 电器硬件的接 口电路 将可编程控制器DVP 2 4 E s 2 0 0 R 和数模转换 功 能模块D V P 0 4 D AE 2 的配线分开进行阐述 。 DVP 2 4 E S 2 0 0 R的接线如 图3 所示 。根据需要 采 用光栅尺的A相 、B 相 、z f N 及两根 5 V 的 电源 线 。两组A、B 相线分 别接 于D VP 2 4 E S 2 0 0 R的X 0 ～ X3 端点 ，对应于端点的高速计数寄存 器D2 3 5 ～ D 2 3 8 ], 录接收脉冲个数 ，z 相信号线用于滑块 回归 到起始位 置时的 归零判断 。端点L 、N 接 在2 2 0 V 交 流 电源上 ，接有熔断器保护 1 F Q 和控制开关1 S A。 按钮S B1 、S B 2 、S B 3 , 11 2 4 G直流 电压并联相接 ， 经端点X1 0 、X1 1 、X1 2 接入DV P 2 4 E S 2 0 0 R 用 以起 动 、操作 、停 止整 个控制 系统 。电磁线 圈Y A1 、 Y A 直接 由D V P 2 4 E S 2 0 0 R 控制 。 △ 一 一 L Y 0 竹 2 2 0 V- “ U N Y1 左光栅尺 a B 相 S t -- 一 X0 Y2 X1 Y3 A 相 一 X2 C O 右光栅尺 B 相 一 X3 F R l A 左光栅尺 z 相 一 X4 右光栅尺 z 相 一 X5 起动按 钮 一 X 1 0 2 4 V 操作按钮 一 X1 l 卜 停止按钮 i XI 2 S ／ S I ／ O 扩 2 4 G 展 2 4 V 输 出 图3 D V P 2 4 E S 2 0 0 R 接线方式 数模转 换功能模块DVP 0 4 DAE 2 的配线见图 4 ，DVP 0 4 D AE 2 通过I ／ 0扩展功能 口接收来 自主 机DVP 2 4 E S 2 0 0 R的4 组 1 6 位数字量 ，再将数字量 转换为4 点模拟量的直流电压输 出信号 。S VV 4 P 是 一 个双路 比例放大器 ，DV P 0 4 DA E 2 的V0 l 端点 可输 出直流电压 一1 0 V～1 0 V 提供给s VV 4 P 比例 放大 器的差 动输 入端 点2 a 、2 c 以 驱动左液 压缸的 三位四通比例 阀 ，V 0 2 端点可输 出直流 电压 一1 0 ～ 参 磊 ⋯ 姜 2 5 1 0 V 提 供给 S VV4 P 比例放 大器的 差动输 入端 点 1 2 a 、1 2 c 以驱动右液 压缸 的三位 四通比例 阀 ，V 0 3 端点输 出 5 V的直流 电压作 为左右光栅 尺的供 电 电源 ，V 0 4 端点输 出 1 0 V直流电压作 为VT一2 0 0 0 比例放大器差动输入端点的驱动信号控制电磁铁线 圈Y A4 。 1 ／ O 扩 展 输 入 VT一 2 o o O l 2 4 v l ， 2 4 L 1 s vv4 P 皇 圭 ] 二 _／ 工 ．4 7 BF 2 5 VI -- 器 2 8 c I 一 3 o rd c E 巨 睡 电压输出O V ～ 1 O V 一 ’ 蠢 缸 竺 疆 j - 图4 D V P 0 4 D A E 2 驱动方式 4 ． 控制软件的流程设计 软件设计 的核心就是DVP 2 4 E S 2 0 0 R的高速计 数 器对光栅尺反馈的脉 冲进行计数 ，并以左光栅尺 的脉 冲数为基准对右光栅尺 的脉冲数进行位置检测 和 位置校正以确保两液压缸 同步运行 。从这个思路 出发 ，结合上述液压控制及 电器驱动 电路 图设计 出 如图5 所示的软件程序流程。 图5 软件程序流程 2 6 嘉 尊参 磊 工 Z O 疏 r|‘ 『两 ．．I 珊 邪 上 D1 0 、D1 1 、D1 0 0 是寄存器 。C 2 3 5 自动记录来 自光栅尺的脉 冲数 ，D1 0 0 作为预设 的位置检测 装 置 ，D1 0 、D1 1 分 别存放 滑块实际工作行程和 滑块 快下行程数据 。 1 程序的初始值写入整个控制系统一起 动 ，初始参数就开始 写入 ，上下模具折制工件示意 如 图6 所示 。可 以看出 图6 上下模折制工件示意 滑块 实际工作行程S H～ L 一L 一 H 一 专 c o t 一h 滑块快下行程S S 一去 c o t 一 3 上模进入工进时距折制板件的距离为3 mm，L 为上模总高 ，L 为上模和滑块相嵌部分 ，日。 为下模 高 度 ， 为V形槽宽度 ， 为V 形槽 角度 ，h 为钢 板 厚度 ，H为滑块 到工作台的距离 ，还有 经计算 所 得 的 、s 。这些数据作 为初始 值在机器 启动时就 写入在 固定的单元寄存 器D O ～D1 1 中。还有一部 分 重要的参数就是对特殊的I ／ O模块DV P 0 4 D AE 2 初 始值设置 。在本系统 中DVP 2 4 E S 2 0 0 R 连 接 了一台 数模转换模块DV P 0 4 D AE 2 被默认为0 号模块 ，时 占用寄存 器D 9 9 0 0 --D 9 9 0 3 ，对应D V P 0 4 D A～E 2 的 4 个数模转换通道亦即四个湍 点V 0 1 、V 0 2 、V 0 3 、 V 0 4 ，其 电压输 出范 围为 一1 0 ～1 0 V，向对应的 控制 寄存 器写入 固定 的值就可 得到 固定的 电压输 出 ，输 出电压与写入的数据的特征 曲线可由下式来 表示 Y [ O f f s e t 】 一。 卯 弱 ． ∞ 一 h c5{ 缸 她 乩 ；詈 № ，● 压 __ ●， 电 ● 左 右 光 栅 尺 ～ ] 。 俺 俺 馏 其中 y _电压输出 ； 一 数字值写入 ； G a i n 一增益变量 ，当输入1 6 0 0 0 时的 电压 ； 0f f s e t 一微调变量 ，当输入0 时的电压输出。 DV P 0 4 D AE 2 模拟量输 出模块 共有 1 1 8 个控制 寄存器，控制寄存 器的初值在出厂时都已经设定完 整 ，在 设计控制程 序时 经常要进行 读写的 只有2 1 个 。根据其 特征 曲线的 公式 ，定义 这 1 9 个控制寄 存 器为 C R 0 、C R 1 为寄存器内容为系统内定 ， 只可读 取。C R 2 ～C R 5 为4 个通道的输 出模 式的 设 定值 0 电压 ，1 电流 ， 一1 关 闭通 道。 C R 1 6 ～C R 1 9 为4 个通道输 出 电压的设 定值 K 一 3 2 0 0 0 一1 0 V，K00 V，K3 2 0 0 0 1 0 V 。 C R 2 8 ～C R 3 1 为4 个通道输 出微调变量Of f s e t 的 设定值 K0 ，0 ． 3 1 2 5 mV。CR 3 4 ～C R 3 7 为4 个通道输 出增益变量Ga i n 的设定 值 K1 6 0 0 0 ， 5 V。C R 4 0 禁止设定值变更，C R 4 1 储存所 有的设定值，C R 4 2 恢复出厂时的设定值。 上述控制寄存器C R 2 ～C R 3 7 在程序初始化时 给于初始设定 ，端点V 0 3 要提供 5 V 直流 电压作为 光栅尺的供电电源且在整个 系统执行过程 中保持不 变 ，以其为例说明对通道C H 3 的设定见图7 。 X 1n 厂 TO I K0 l K4 I H0 l K1 TO l K0 IKl 81K16000l K1 TO l KO lK30l K0 l K1 TO l K0 IK361K16000I K1 设定端点V03为电压输出 设定端点V03输出电压为 5V 设定端点V03微调变量是 0 3125V 设定端点V03增益变量是 5V 图 ’7 2 位置 的检 测与位置 的较正这部 分是整 个控制系统的核心 ，在具体的程序设计时，直接 用M0V指令 向寄存器D9 9 0 0 ～D9 9 0 3 写入数字值可 直 接控 Nv o 1 ～V 0 4 的输 出电压。考 虑到实际控制 的需要 ，让端点V 0 1 、V 0 2 、V 0 4 输出 一8 V～8 V 的直流 电压 ，以便在控 制 比例 阀的开度 流量时 ， 有 个可调 整的范 围来保证 两液压缸 同步 。位置 的 检测 来 自光栅 尺的脉 冲 ，使 用光栅尺 的棚线为5 0 线对／ mm，可以计算出一个脉冲代表的一个栅距为 0 ． 0 2 mm。滑块快速 下行和返程的速度为9 0 mm／ s ， 那么滑块快速移动时产生的脉冲频率为4 ． 5 k H z ，一 个脉 冲的周期 约为0 ． 2 2 ms ，这在DVP 2 4 E S 2 0 0 R 高 速 计数 器允许范 围之 内。设定滑 块下行 为正 向 ， 寄存器D1 0 0 被预设为检测 装置 ，对应的高速 计数 寄 存器是C 2 3 5 、C 2 3 7 ，位置的检测梯形 图描 述见 图8 。 幽8 以左液压缸为基准允许右液压缸超 前或滞后2 5 个脉冲亦即 0 ． 5 mm，一旦超 出则调用中断子程序 给予较正 。根据M0 、M2 的值 ，滞后则向D 9 9 0 1 写 入数字值K3 2 0 0 0 让V 0 2 输出1 0 V的直流电压，超 前则向D 9 9 0 1 写入数字值K1 9 2 0 0 让V 0 2 输 出 6 V的 直流电压。较正 中断子程序描述 见图9 。 I 1 0 超过2 5 ， 设定端点V0 2 的 电压为 6 V 小于一 2 5 ， 设定端点V 0 2 的 电压为1 0 V中断返 回 9 3 滑块快下让电磁铁Y A1 通电，向寄存 器D 9 9 0 0 、D 9 9 0 1 写入数字值K 2 5 6 0 0 ，端点V0 1 、 V 0 2 输 出 8 V 的直流电压 电磁铁Y A 2 通电 ，滑块快 下 。 4 滑块工进先进 行速度转换 ，向寄 存器 D 9 9 0 0 、D9 9 0 1 写入数字值K 0 ，端点V 0 1 、V0 2 输 出0 V，再让电磁铁Y A1 断电 ，Y A 5 通电 ，滑块缓 速避免产生振动。再 向寄存器D 9 9 0 3 写入K3 2 0 0 0 ， 端 点V0 4 输 出 1 0 V的直 流 电压 ，向DD9 9 0 0 、 D9 9 0 1 写入数字值K 2 5 6 0 0 滑块 工进 。 5 滑块 返程滑块下行到 位系统保压 ，持 续3 s 后 ，向寄存器D 9 9 0 0 、D9 9 0 1 写入数字值K 0 ， 端 点V 0 1 、V 0 2 输 出为0 V使系统卸压 。电磁铁Y A 5 断 电 ，再向寄存器D 9 9 0 0 、D 9 9 0 1 写入 数字值K一 2 5 6 0 0 ，端 点V0 1 、V 0 2 输出 一8 V直流电压 电磁铁 Y A3 通电 ，滑块快速返程。返程时采样的是来 自光 栅尺的B 相脉冲 ，其对应高速计数 寄存器是C 2 3 6 、 C 2 3 8 ，调用中断子程序给予较正时滞后则向D 9 9 0 1 写入数 字值K一3 2 0 0 0 让V 0 2 输 出 一1 0 V的直流 电 压 ，超前则 向D 9 9 0 1 写入数字值K一1 9 2 0 0 让V 0 2 输 出 一6 V 的直流 电压。 6 回归零位滑块返程到位 ，光栅尺z } N 发 出脉冲 ，各 电磁铁断 电，滑块完成一个工作流程 。 5 ． 结语 用P L C 进行系统性 的数控开发是我们一个新 的 下转第2 9 页 参 磊 ⋯甍 美 2 7 x H，