型材輥壓生產(chǎn)線是生產(chǎn)汽車門、窗等型材的關(guān)鍵設(shè)備，其剪切系統(tǒng)自動(dòng)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(jiǎn)單，定尺精度高，但生產(chǎn)效率低，特別是對(duì)于有縫焊機(jī)的輥壓線，頻繁起停將會(huì)影響焊機(jī)焊極的使用壽命；飛剪控制比較復(fù)雜，方法也較多，相對(duì)簡(jiǎn)單的一種就是由型材本身帶動(dòng)剪切工作臺(tái)實(shí)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(duì)于截面積較小的型材必須加牽引機(jī)，控制復(fù)雜。針對(duì)上述不足，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種采用直流伺服機(jī)驅(qū)動(dòng)、PLC控制剪切工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)不停機(jī)剪切的飛剪控制系統(tǒng)。應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)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(yīng)用價(jià)值。 1　采用伺服機(jī)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(jī)械，相對(duì)于定尺停剪系統(tǒng)，可提高生產(chǎn)效率。采用伺服機(jī)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(guān)，S4、S5、S6為滾輪式行程開關(guān)，負(fù)責(zé)工作臺(tái)的終端停車及超程保護(hù)。伺服機(jī)通過絲杠拖動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，由液壓缸帶動(dòng)刀具完成沖切任務(wù)，其運(yùn)行過程如下： 　　 （1）型材以恒速向前移動(dòng)，由測(cè)長(zhǎng)輪測(cè)定型材長(zhǎng)度，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定值時(shí)，起動(dòng)伺服機(jī)，工作臺(tái)開始移動(dòng)。 （2）當(dāng)工作臺(tái)與型材的移動(dòng)速度達(dá)到同步時(shí)，液壓缸動(dòng)作，刀具開始沖切，接近開關(guān)S2檢測(cè)到?jīng)_切到位信號(hào)時(shí)，刀具抬起。 （3）工作臺(tái)繼續(xù)移動(dòng)，當(dāng)?shù)毒呋氐匠跏嘉恢脮r(shí)，接近開關(guān)S1有信號(hào)輸出，伺服機(jī)反轉(zhuǎn)，工作臺(tái)高速返回。 （4）到接近開關(guān)S3位置時(shí)，工作臺(tái)停止，根據(jù)切割的根數(shù)，決定是繼續(xù)運(yùn)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(jì)算 　　 伺服同步控制系統(tǒng)由直流伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服同步控制器、PLC及測(cè)長(zhǎng)輪等組成，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。 測(cè)長(zhǎng)輪光電編碼器輸出的脈沖信號(hào)分兩路，一路送給PLC的高速計(jì)數(shù)口，做測(cè)長(zhǎng)用；另一路先經(jīng)光電隔離及F/V環(huán)節(jié)將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)放大器放大后，作為伺服驅(qū)動(dòng)器的速度給定信號(hào)。連續(xù)剪切時(shí)，必須保證工作臺(tái)的移動(dòng)速度與型材線速度嚴(yán)格同步，在F/V變換器與伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)確定的情況下，放大器放大倍數(shù)的確定將是實(shí)現(xiàn)伺服同步的關(guān)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(dòng)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(cè)長(zhǎng)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(dòng)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(shè)計(jì) 　　 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(shí)現(xiàn)定尺停剪、飛剪及剪切長(zhǎng)度、剪切根數(shù)的自動(dòng)控制，同時(shí)具有自保護(hù)、自診斷和報(bào)警等功能。剪切長(zhǎng)度及剪切根數(shù)等參數(shù)由PLC通過串行通信從上位機(jī)讀入。PLC剪切控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)包括：測(cè)長(zhǎng)輪光電編碼器LF輸出的電脈沖（A、B兩相），接近開關(guān)S1～S3，行程開關(guān)S4～S6，伺服準(zhǔn)備好信號(hào)VRDY；輸出信號(hào)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(duì)光電編碼器LF輸出脈沖的檢測(cè)來計(jì)算對(duì)應(yīng)的型材長(zhǎng)度。NB1系列U型PLC的高速計(jì)數(shù)指令功能是當(dāng)條件滿足時(shí)發(fā)出一中斷信號(hào)，并控制相應(yīng)的動(dòng)作。由于系統(tǒng)剪切長(zhǎng)度是可以改變的，故需要通過PLC中算術(shù)運(yùn)算將剪切長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)。 　　 為了使系統(tǒng)能夠安全可靠工作，對(duì)軟件和硬件均作必要的處理。軟件主要是延時(shí)保護(hù)，因?yàn)橄到y(tǒng)工作過程主要是順序動(dòng)作。當(dāng)某一工序到下一工序的時(shí)間超過確定值時(shí)，說明該工序的相關(guān)部分出現(xiàn)故障，命令系統(tǒng)停止運(yùn)行，等候維修。圖中長(zhǎng)度檢測(cè)到延時(shí)是根據(jù)型材的剪切長(zhǎng)度與軋制速度的比值來確定；剪切到位和刀具抬起延時(shí)是根據(jù)沖切刀具動(dòng)作的快慢來確定，本系統(tǒng)取3s；Y115為伺服使能信號(hào)，延時(shí)打開的目的是保證工作臺(tái)高速返回停車時(shí)有足夠的制動(dòng)時(shí)間。硬件是采用4個(gè)保護(hù)開關(guān)，前兩個(gè)是接近開關(guān)S1、S2，主要是檢測(cè)型材是否切下和刀具是否抬到位，若未按規(guī)定動(dòng)作，則視為故障，系統(tǒng)停止運(yùn)行；另兩個(gè)是限位開關(guān)S4、S6，作用是在前面保護(hù)均失效，工作臺(tái)到達(dá)S4（或S6）位時(shí)，強(qiáng)制系統(tǒng)停止運(yùn)行。 　　 本系統(tǒng)充分利用了PLC的邏輯運(yùn)算、數(shù)值處理、高速計(jì)數(shù)、中斷及沿觸發(fā)等功能，使整個(gè)系統(tǒng)控制方便靈活，外圍設(shè)備減少，并能大大縮短現(xiàn)場(chǎng)的安裝和調(diào)試周期。 　　 實(shí)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(cè)長(zhǎng)輪與型材之間有相對(duì)滑動(dòng)，使計(jì)數(shù)不準(zhǔn)，可設(shè)法增加測(cè)長(zhǎng)輪與型材之間的摩擦力，如增大氣閥壓力等； （2）工作臺(tái)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(duì)復(fù)雜一些； （3）伺服同步精度低，剪切時(shí)工作臺(tái)相對(duì)于型材有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可適當(dāng)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(duì)定尺精度有一定的影響，可在此基礎(chǔ)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(xiàng)目驗(yàn)收并開始投運(yùn)，連續(xù)兩班無故障運(yùn)行至今，目前仍運(yùn)行良好。由于系統(tǒng)采用上位機(jī)及PLC控制，定尺停剪與飛剪任意選擇，設(shè)定參數(shù)可在線調(diào)整，因此系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單，維修方便，控制精度較高，適用范圍廣等特點(diǎn)，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(zhǎng)度為2680mm的型材，定尺停剪誤差≤±0.5mm，飛剪誤差≤±1mm。運(yùn)行結(jié)果表明，本剪切系統(tǒng)已達(dá)到該廠90年代引進(jìn)的德國(guó)原裝生產(chǎn)線飛剪控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平及控制精度，系統(tǒng)可進(jìn)一步推廣應(yīng)用，以發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效益。 參考文獻(xiàn) 1陳軍，李全利.MiniPLC在自動(dòng)飛鋸系統(tǒng)中的應(yīng)用.電氣自動(dòng)化，1994，16（2）：52～53 2王文彩，李廣才.直焊管飛鋸切割微機(jī)控制系統(tǒng).電測(cè)與儀表，1990，27（3）：37～39 3馮培昌，藏云泉，周曉云.飛剪及軋后設(shè)備的微機(jī)參數(shù)檢測(cè)與控制系統(tǒng).電氣傳動(dòng)，1993，23（6）：29～35 4陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.