永宏P(guān)LC在自動(dòng)三維彎管機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用Application of FATEK PLC in Automatism Three-Directional Tube Bender Machinery System
廈門永宏亞得機(jī)電科技有限公司 陳火文
Chen Huowen
摘要：本文著重介紹了利用永宏FBs系列可編程控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)三維彎管機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。重點(diǎn)闡述了該系統(tǒng)的工作原理、硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì),實(shí)踐證明該彎管機(jī)系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、使用方便。
關(guān)鍵詞：可編程控制器 工廠自動(dòng)化 高速計(jì)數(shù)器 三維彎管機(jī)
Abstract: The paper mainly intruduces the design of FATEK FBs Series PLC in Automatism Three-directional Tube Bender Machinery control system. the operation principle, hardwire structure and software implementation were mainly stated, and the Tube Bender Machinery has been proved is Practicability and convenience by application.
Key word: PLC Factory Automation High-Speed Counter Three-Directional Tube Bender Machinery
1 引言
七八十年代，是中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的初期。各行各業(yè)急待發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)如火如荼地進(jìn)行著。廠房、設(shè)備、交通設(shè)施需求急劇增加，各種金屬管的需求已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足，許多金屬管的形狀要求也不斷復(fù)雜化，從而催生了彎管機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)。由于國(guó)內(nèi)技術(shù)水平的落后，許多彎管設(shè)備開發(fā)設(shè)計(jì)只停留在初級(jí)階段，繼電器式的電氣控制系統(tǒng)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量都沒有達(dá)到人們對(duì)各種金屬管工藝的理想要求。90年代后，中國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的飛速發(fā)展和不斷提高，以及PC技術(shù)在工業(yè)中廣泛應(yīng)用，二維式的彎管機(jī)已無法滿足復(fù)雜的工業(yè)需要。三維彎管機(jī)正是在這一背景下逐漸開發(fā)成型，而可編程控制器（PLC）在彎管機(jī)控制系統(tǒng)中發(fā)揮了重要的作用，給復(fù)雜要求的彎管系統(tǒng)提供了重要的技術(shù)保證。
自動(dòng)三維彎管機(jī)系統(tǒng)要求有三組脈沖信號(hào)輸入，兩組脈沖信號(hào)輸出，強(qiáng)大的檔案功能。永宏P(guān)LC正是由于其單個(gè)CPU可同時(shí)處理四組硬體高速計(jì)速器，同時(shí)輸出四組脈沖，實(shí)用的FUN160檔案功能，滿足了三維彎管機(jī)控制系統(tǒng)的復(fù)雜要求，廣泛引用于彎管機(jī)行業(yè)。
2 系統(tǒng)的概述
（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
自動(dòng)三維彎管機(jī)控制系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、旋轉(zhuǎn)編碼器、步進(jìn)電機(jī)、人機(jī)界面（HMI）和液壓油泵組成。旋轉(zhuǎn)編碼器主要用于角度量測(cè)和長(zhǎng)度控制，步進(jìn)電機(jī)主要用于旋轉(zhuǎn)角度控制和驅(qū)動(dòng)小車實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度控制，電磁閥配合液壓油泵用于實(shí)現(xiàn)彎管動(dòng)力。
（2）系統(tǒng)功能
A、分手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)等多種操作方式，并可滿足有芯棒和無芯棒，單角度和多角度，二維角和三維角選擇等不同控制要求場(chǎng)合的特定需要。
B、可存儲(chǔ)上百種產(chǎn)品型號(hào)，每種型號(hào)可設(shè)定20個(gè)彎管角度參數(shù)和20個(gè)旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)，可滿足多種復(fù)雜、多角度、不同空間的要求，并可對(duì)工作進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示。如圖1所示；


C、可自由調(diào)整設(shè)定“夾緊時(shí)間”、“退夾時(shí)間”、“進(jìn)芯時(shí)間”，滿足實(shí)際工藝要求，以及防止機(jī)械上的動(dòng)作延時(shí)造成的次品；
D、可選擇試機(jī)模式，用于機(jī)械的磨合，符合管理員權(quán)限的人才可選擇試機(jī)模式，對(duì)不同的用戶進(jìn)行不同的操作從而保證系統(tǒng)安全。如圖2所示；


E、可設(shè)定機(jī)械的使用期限，符合管理員權(quán)限的人才可對(duì)機(jī)械的使用期限進(jìn)行設(shè)定；
F、完善的報(bào)警系統(tǒng)，在操作不當(dāng)或機(jī)械故障時(shí)能在屏幕上作出提示，并停機(jī)報(bào)警。如圖3所示。


（3）系統(tǒng)I/O分配
系統(tǒng)選用1臺(tái)FBs-24MCT主機(jī)，1臺(tái)FBs-8EA輸入輸出擴(kuò)展模塊和1臺(tái)FBs-8EY輸出擴(kuò)展模塊。其輸入輸出端子分配情況如下所示。
輸入信號(hào)：
X0 彎管編碼器A相 X1彎管編碼器B相
X2 小車編碼器A相 X3 小車編碼器B相
X4 旋轉(zhuǎn)編碼器A相 X5 旋轉(zhuǎn)編碼器B相
X6 原點(diǎn)信號(hào) X7 退芯到感應(yīng)信號(hào)
X8 輔推前感應(yīng)信號(hào) X9 輔推后感應(yīng)信號(hào)
X10 進(jìn)入托料感應(yīng)區(qū) X11 小車進(jìn)入輔推干涉
X12 腳踏信號(hào) X13 退彎安全開關(guān)
X14管料檢測(cè)信號(hào) X15-X17 系統(tǒng)預(yù)留
輸出信號(hào)：
Y0 步進(jìn)電機(jī)1A相 Y1步進(jìn)電機(jī)1B相
Y2 夾料動(dòng)作 Y3步進(jìn)電機(jī)2A相
Y4 步進(jìn)電機(jī)2B相 Y5留慢退芯
Y6 電磁鐵 Y7 進(jìn)芯
Y8 主夾退 Y9 副夾退
Y10 退彎 Y11 夾料退
Y12 退芯 Y13 輔推退
Y14 慢彎管 Y15 溢流閥
Y16 慢退芯 Y17 慢彎管
Y18 主夾進(jìn) Y19 副夾進(jìn)
Y20 彎管動(dòng)作 Y21 油泵
3 系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)主要工作步驟有彎管主副夾夾緊、有芯進(jìn)芯并計(jì)時(shí)、彎管、輔推彎管、慢彎進(jìn)行、主副夾退夾、步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作旋轉(zhuǎn)、退彎動(dòng)作、退芯完成等。其主要工作流程如圖4所示。


（1）檔案系統(tǒng)管理設(shè)計(jì)
根據(jù)不同用戶的實(shí)際要求，需要產(chǎn)品多樣性，彎管角度參數(shù)靈活可變的特點(diǎn)，三維彎管機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要求PLC擁有強(qiáng)大檔案處理功能。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用了FUN160功能指令，如圖5所示。當(dāng)M1=OFF，M0由0→1時(shí)，自暫存器R0開始，將長(zhǎng)度為暫存器R101的資料寫入以檔案寄存器F0開始的區(qū)塊中（指標(biāo)暫存器R100的資料為F0的第N個(gè)區(qū)塊）；當(dāng)M1=ON時(shí)，M0由0→1時(shí)，自資料寄存器F0開始的第N個(gè)區(qū)塊（指標(biāo)暫存器R100的資料為N）的暫存器資料存入以暫存器R0開始的資料暫存器區(qū)（該區(qū)長(zhǎng)度為R101的資料）。


（2）角度參數(shù)的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的每一個(gè)零件最多可設(shè)定20個(gè)彎管角度和20個(gè)空間旋轉(zhuǎn)角度。由于每種零件的彎管角度不可能全部設(shè)定，當(dāng)一種零件的彎管角度個(gè)數(shù)少于20個(gè)（即其它角度均為0），CPU將繼續(xù)進(jìn)行掃描，直至20角度全部執(zhí)行完畢，這在很大程度上不僅浪費(fèi)了CPU的掃描時(shí)間，也降低了系統(tǒng)工作效率。因此，在設(shè)計(jì)過程中，采用為0參數(shù)尋找方式，程序設(shè)計(jì)如圖6所示，當(dāng)20個(gè)參數(shù)暫存器中第N個(gè)為0時(shí)，M2=ON，此時(shí)R4的資料為第N個(gè)參數(shù)暫存器，并告知CPU執(zhí)行到時(shí)結(jié)束執(zhí)行彎管命令。
 

 

（3）長(zhǎng)度量測(cè)及空間角度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的長(zhǎng)度量測(cè)及空間角度采用步進(jìn)電機(jī)控制。
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度量測(cè)功能，并把脈沖數(shù)回饋給CPU處理。而以往的空間角度控制采用人工旋轉(zhuǎn)，當(dāng)編碼器計(jì)數(shù)到時(shí)驅(qū)動(dòng)電磁鐵動(dòng)作，但由于電磁鐵動(dòng)作時(shí)間上的延時(shí)，造成了彎管精度的不足。
在改進(jìn)的系統(tǒng)中采用步進(jìn)電機(jī)代替人工旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)并回饋信號(hào)，這不僅滿足了系統(tǒng)控制精度的要求，也大大提高了生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度。
（4）震動(dòng)干擾的處理
在系統(tǒng)的工作過程中，由于電機(jī)震動(dòng)及彎管時(shí)偶爾力過小或過大產(chǎn)生的一些干擾，造成了編碼器在記數(shù)上的誤差，降低了彎管的精度。因此在系統(tǒng)中加設(shè)了輔退和慢彎，減少了較大震動(dòng)帶來的誤差因數(shù)。
4 結(jié)束語
自動(dòng)彎管機(jī)自成功設(shè)計(jì)以來，經(jīng)多多次修改完善，現(xiàn)已大量投入生產(chǎn)應(yīng)用。該控制系統(tǒng)在各方面與以往的彎管系統(tǒng)相比有著很大的優(yōu)勢(shì)：零件參數(shù)選擇可達(dá)上百種，彎管角度可增至20個(gè)之多，加工的產(chǎn)品從實(shí)心的鋼條到空心的金屬管，從家俱工藝品到工業(yè)化工車船設(shè)備用金屬管等；彎管長(zhǎng)度和角度旋轉(zhuǎn)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，在精度上有很大的提高，誤差允許值控制在+0.2℃范圍內(nèi)，一個(gè)人就可實(shí)現(xiàn)操作，大大節(jié)約了人力成本，也大大提高的產(chǎn)量；操作系統(tǒng)方便，人-機(jī)對(duì)話簡(jiǎn)單易懂，通過簡(jiǎn)單的培訓(xùn)即可實(shí)現(xiàn)安全操作；完善的報(bào)警系統(tǒng)及合理的程序設(shè)計(jì)，給系統(tǒng)維護(hù)和調(diào)試人員帶來了很大的方便，減少了大量的調(diào)試時(shí)間。
通過一年多的運(yùn)行驗(yàn)證表明，該系統(tǒng)技術(shù)已達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，并應(yīng)用于交通運(yùn)輸、石油化工和生產(chǎn)生活中，收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是值得廣泛推廣和使用的設(shè)備。
參考文獻(xiàn)
1）永宏FBs系列編程使用手冊(cè)Ⅰ、Ⅱ.永宏電機(jī)股份有限公司.2004年3月；
2）HITECH人機(jī)界面使用手冊(cè).臺(tái)灣泉毅電子有限公司.2000年1月。
作者簡(jiǎn)介
陳火文（1980-） 男 工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)，在廈門永宏亞得機(jī)電科技有限公司從事工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)工作。