Chen Huowen
摘要：本文著(zhù)重介紹了利用永宏FBs系列可編程控制器實(shí)現自動(dòng)三維彎管機控制系統的設計。重點(diǎn)闡述了該系統的工作原理、硬件結構和軟件設計,實(shí)踐證明該彎管機系統實(shí)用性強、使用方便。
關(guān)鍵詞：可編程控制器 工廠(chǎng)自動(dòng)化 高速計數器 三維彎管機
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，是中國工業(yè)經(jīng)濟快速發(fā)展的初期。各行各業(yè)急待發(fā)展，基礎設施建設如火如荼地進(jìn)行著(zhù)。廠(chǎng)房、設備、交通設施需求急劇增加，各種金屬管的需求已遠 遠不能滿(mǎn)足，許多金屬管的形狀要求也不斷復雜化，從而催生了彎管機系統設計和開(kāi)發(fā)。由于國內技術(shù)水平的落后，許多彎管設備開(kāi)發(fā)設計只停留在初級階段，繼電 器式的電氣控制系統生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量都沒(méi)有達到人們對各種金屬管工藝的理想要求。90年代后，中國經(jīng)濟水平的飛速發(fā)展和不斷提高，以及PC技術(shù)在 工業(yè)中廣泛應用，二維式的彎管機已無(wú)法滿(mǎn)足復雜的工業(yè)需要。三維彎管機正是在這一背景下逐漸開(kāi)發(fā)成型，而可編程控制器（PLC）在彎管機控制系統中發(fā)揮了 重要的作用，給復雜要求的彎管系統提供了重要的技術(shù)保證。
自動(dòng)三維彎管機系統要求有三組脈沖信號輸入，兩組脈沖信號輸出，強大的檔案功能。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速器，同時(shí)輸出四組脈沖，實(shí)用的FUN160檔案功能，滿(mǎn)足了三維彎管機控制系統的復雜要求，廣泛引用于彎管機行業(yè)。
2 系統的概述
（1）系統結構
自動(dòng)三維彎管機控制系統主要由可編程控制器（PLC）、旋轉編碼器、步進(jìn)電機、人機界面（HMI）和液壓油泵組成。旋轉編碼器主要用于角度量測和長(cháng)度控制，步進(jìn)電機主要用于旋轉角度控制和驅動(dòng)小車(chē)實(shí)現長(cháng)度控制，電磁閥配合液壓油泵用于實(shí)現彎管動(dòng)力。
（2）系統功能
A、分手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)等多種操作方式，并可滿(mǎn)足有芯棒和無(wú)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、可存儲上百種產(chǎn)品型號，每種型號可設定20個(gè)彎管角度參數和20個(gè)旋轉角度參數，可滿(mǎn)足多種復雜、多角度、不同空間的要求，并可對工作進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)監控顯示。如圖1所示；
C、可自由調整設定“夾緊時(shí)間”、“退夾時(shí)間”、“進(jìn)芯時(shí)間”，滿(mǎn)足實(shí)際工藝要求，以及防止機械上的動(dòng)作延時(shí)造成的次品；
D、可選擇試機模式，用于機械的磨合，符合管理員權限的人才可選擇試機模式，對不同的用戶(hù)進(jìn)行不同的操作從而保證系統安全。如圖2所示；
E、可設定機械的使用期限，符合管理員權限的人才可對機械的使用期限進(jìn)行設定；
F、完善的報警系統，在操作不當或機械故障時(shí)能在屏幕上作出提示，并停機報警。如圖3所示。
（3）系統I/O分配
系統選用1臺FBs-24MCT主機，1臺FBs-8EA輸入輸出擴展模塊和1臺FBs-8EY輸出擴展模塊。其輸入輸出端子分配情況如下所示。
輸入信號：
X0 彎管編碼器A相 X1彎管編碼器B相
X2 小車(chē)編碼器A相 X3 小車(chē)編碼器B相
X4 旋轉編碼器A相 X5 旋轉編碼器B相
X6 原點(diǎn)信號 X7 退芯到感應信號
X8 輔推前感應信號 X9 輔推后感應信號
X10 進(jìn)入托料感應區 X11 小車(chē)進(jìn)入輔推干涉
X12 腳踏信號 X13 退彎安全開(kāi)關(guān)
X14管料檢測信號 X15-X17 系統預留
輸出信號：
Y0 步進(jìn)電機1A相 Y1步進(jìn)電機1B相
Y2 夾料動(dòng)作 Y3步進(jìn)電機2A相
Y4 步進(jìn)電機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 系統的軟硬件實(shí)現
系統主要工作步驟有彎管主副夾夾緊、有芯進(jìn)芯并計時(shí)、彎管、輔推彎管、慢彎進(jìn)行、主副夾退夾、步進(jìn)電機動(dòng)作旋轉、退彎動(dòng)作、退芯完成等。其主要工作流程如圖4所示。
（1）檔案系統管理設計
根據不同用戶(hù)的實(shí)際要求，需要產(chǎn)品多樣性，彎管角度參數靈活可變的特點(diǎn)，三維彎管機系統在設計時(shí)要求PLC擁有強大檔案處理功能。在系統設計中，采用了 FUN160功能指令，如圖5所示。當M1=OFF，M0由0→1時(shí)，自暫存器R0開(kāi)始，將長(cháng)度為暫存器R101的資料寫(xiě)入以檔案寄存器F0開(kāi)始的區塊中 （指標暫存器R100的資料為F0的第N個(gè)區塊）；當M1=ON時(shí)，M0由0→1時(shí)，自資料寄存器F0開(kāi)始的第N個(gè)區塊（指標暫存器R100的資料為N） 的暫存器資料存入以暫存器R0開(kāi)始的資料暫存器區（該區長(cháng)度為R101的資料）。
（2）角度參數的設計
系統的每一個(gè)零件最多可設定20個(gè)彎管角度和20個(gè)空間旋轉角度。由于每種零件的彎管角度不可能全部設定，當一種零件的彎管角度個(gè)數少于20個(gè)（即其它角 度均為0），CPU將繼續進(jìn)行掃描，直至20角度全部執行完畢，這在很大程度上不僅浪費了CPU的掃描時(shí)間，也降低了系統工作效率。因此，在設計過(guò)程中， 采用為0參數尋找方式，程序設計如圖6所示，當20個(gè)參數暫存器中第N個(gè)為0時(shí)，M2=ON，此時(shí)R4的資料為第N個(gè)參數暫存器，并告知CPU執行到時(shí)結 束執行彎管命令。
（3）長(cháng)度量測及空間角度系統的設計
系統的長(cháng)度量測及空間角度采用步進(jìn)電機控制。
步進(jìn)電機驅動(dòng)小車(chē)實(shí)現長(cháng)度量測功能，并把脈沖數回饋給CPU處理。而以往的空間角度控制采用人工旋轉，當編碼器計數到時(shí)驅動(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)的系統中采用步進(jìn)電機代替人工旋轉，旋轉編碼器檢測并回饋信號，這不僅滿(mǎn)足了系統控制精度的要求，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
在系統的工作過(guò)程中，由于電機震動(dòng)及彎管時(shí)偶爾力過(guò)小或過(guò)大產(chǎn)生的一些干擾，造成了編碼器在記數上的誤差，降低了彎管的精度。因此在系統中加設了輔退和慢彎，減少了較大震動(dòng)帶來(lái)的誤差因數。
4 結束語(yǔ)
自動(dòng)彎管機自成功設計以來(lái)，經(jīng)多多次修改完善，現已大量投入生產(chǎn)應用。該控制系統在各方面與以往的彎管系統相比有著(zhù)很大的優(yōu)勢：零件參數選擇可達上百種，
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(chē)船設備用金屬管等；彎管長(cháng)度和角度旋轉控制實(shí)現自動(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，一個(gè)人就可實(shí)現操作，大大節約了人力成本，也大大提高的產(chǎn)量；操作系統方便，人-機對話(huà)簡(jiǎn)單易懂，
通過(guò)簡(jiǎn)單的培訓即可實(shí)現安全操作；完善的報警系統及合理的程序設計，給系統維護和調試人員帶來(lái)了很大的方便，減少了大量的調試時(shí)間。
通過(guò)一年多的運行驗證表明，該系統技術(shù)已達到國內先進(jìn)水平，并應用于交通運輸、石油化工和生產(chǎn)生活中，收到了良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，是值得廣泛推廣和使用的設備。
參考文獻
1）永宏FBs系列編程使用手冊Ⅰ、Ⅱ.永宏電機股份有限公司.2004年3月；
2）HITECH人機界面使用手冊.臺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(zhuān)業(yè)畢業(yè)，在廈門(mén)永宏亞得機電科技有限公司從事工業(yè)自動(dòng)化系統的開(kāi)發(fā)和設計工作。
