型材輥壓生產線是生產汽車門、窗等型材的關鍵設備，其剪切系統自動化程度及定尺精度的高低將直接影響企業生產效率及產品質量。型材剪切一般有定尺停剪和飛剪兩種。定尺停剪控制簡單，定尺精度高，但生產效率低，特別是對于有縫焊機的輥壓線，頻繁起停將會影響焊機焊極的使用壽命；飛剪控制比較復雜，方法也較多，相對簡單的一種就是由型材本身帶動剪切工作臺實現飛剪的方法[1～2]。這種剪切方法只適用于剛性較大的型材，而對于截面積較小的型材必須加牽引機，控制復雜。針對上述不足，我們設計了一種采用直流伺服機驅動、PLC控制剪切工作臺實現連續不停機剪切的飛剪控制系統。應用結果表明，該系統運行可靠，同步精度較高，定尺誤差較小，適用于剪切各種規格的型材，不僅提高了企業生產效率及產品質量，而且具有廣泛的推廣應用價值。 1　采用伺服機的型材輥壓生產線飛剪控制系統的組成 　　 型材飛剪系統是一種連續剪切型材的加工機械，相對于定尺停剪系統，可提高生產效率。采用伺服機的型材輥壓生產線飛剪控制系統原理如圖1所示。 圖中，S1、S2、S3為接近開關，S4、S5、S6為滾輪式行程開關，負責工作臺的終端停車及超程保護。伺服機通過絲杠拖動工作臺運動，由液壓缸帶動刀具完成沖切任務，其運行過程如下： 　　 （1）型材以恒速向前移動，由測長輪測定型材長度，當到達預定值時，起動伺服機，工作臺開始移動。 （2）當工作臺與型材的移動速度達到同步時，液壓缸動作，刀具開始沖切，接近開關S2檢測到沖切到位信號時，刀具抬起。 （3）工作臺繼續移動，當刀具回到初始位置時，接近開關S1有信號輸出，伺服機反轉，工作臺高速返回。 （4）到接近開關S3位置時，工作臺停止，根據切割的根數，決定是繼續運行還是停車。 2　飛剪伺服同步控制系統的組成與參數計算 　　 伺服同步控制系統由直流伺服驅動器、伺服同步控制器、PLC及測長輪等組成，其控制系統結構框圖如圖2所示。 測長輪光電編碼器輸出的脈沖信號分兩路，一路送給PLC的高速計數口，做測長用；另一路先經光電隔離及F/V環節將頻率信號轉換成電壓信號，再經放大器放大后，作為伺服驅動器的速度給定信號。連續剪切時，必須保證工作臺的移動速度與型材線速度嚴格同步，在F/V變換器與伺服驅動器參數確定的情況下，放大器放大倍數的確定將是實現伺服同步的關鍵。已知系統參數如下： F/V環節輸入輸出特性：Kf=（0～25kHz）/（0～5V）； 伺服驅動系統：最大給定電壓=5V，額定轉速ne=1500r/min，轉速反饋系數α=/ne=1/300（V．min．r－1）； 測長輪直徑：DL=110mm=0.110m； 光電編碼器每轉脈沖數：N=5000； 型材最大移動速度：Vm=15m/min=0.25m/s； 絲杠節距：T=10mm=0.01m。 3　PLC控制系統的組成及軟件設計 　　 型材輥壓飛剪系統采用日本富士NB1系列可編程序控制器控制，可實現定尺停剪、飛剪及剪切長度、剪切根數的自動控制，同時具有自保護、自診斷和報警等功能。剪切長度及剪切根數等參數由PLC通過串行通信從上位機讀入。PLC剪切控制系統的輸入信號包括：測長輪光電編碼器LF輸出的電脈沖（A、B兩相），接近開關S1～S3，行程開關S4～S6，伺服準備好信號VRDY；輸出信號包括：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。 系統通過對光電編碼器LF輸出脈沖的檢測來計算對應的型材長度。NB1系列U型PLC的高速計數指令功能是當條件滿足時發出一中斷信號，并控制相應的動作。由于系統剪切長度是可以改變的，故需要通過PLC中算術運算將剪切長度轉換成對應的脈沖數。 　　 為了使系統能夠安全可靠工作，對軟件和硬件均作必要的處理。軟件主要是延時保護，因為系統工作過程主要是順序動作。當某一工序到下一工序的時間超過確定值時，說明該工序的相關部分出現故障，命令系統停止運行，等候維修。圖中長度檢測到延時是根據型材的剪切長度與軋制速度的比值來確定；剪切到位和刀具抬起延時是根據沖切刀具動作的快慢來確定，本系統取3s；Y115為伺服使能信號，延時打開的目的是保證工作臺高速返回停車時有足夠的制動時間。硬件是采用4個保護開關，前兩個是接近開關S1、S2，主要是檢測型材是否切下和刀具是否抬到位，若未按規定動作，則視為故障，系統停止運行；另兩個是限位開關S4、S6，作用是在前面保護均失效，工作臺到達S4（或S6）位時，強制系統停止運行。 　　 本系統充分利用了PLC的邏輯運算、數值處理、高速計數、中斷及沿觸發等功能，使整個系統控制方便靈活，外圍設備減少，并能大大縮短現場的安裝和調試周期。 　　 實際調試過程中發現，連續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）測長輪與型材之間有相對滑動，使計數不準，可設法增加測長輪與型材之間的摩擦力，如增大氣閥壓力等； （2）工作臺每次返回的初始位置不一致，可增加一初始位置定位系統，提高位移控制精度，但系統要相對復雜一些； （3）伺服同步精度低，剪切時工作臺相對于型材有相對運動，可適當調整電位器RP1。 （4）由于伺服同步控制器在轉速環外，因此系統元件（包括放大器、F/V變換器和電阻等）參數值隨環境溫度的變化對定尺精度有一定的影響，可在此基礎上增加一位置環。 4　結束語 　　 該系統自1998年8月在凌云汽車零部件有限公司通過項目驗收并開始投運，連續兩班無故障運行至今，目前仍運行良好。由于系統采用上位機及PLC控制，定尺停剪與飛剪任意選擇，設定參數可在線調整，因此系統具有操作簡單，維修方便，控制精度較高，適用范圍廣等特點，大大提高了企業的生產效率及產品質量，使企業效益明顯提高。剪切長度為2680mm的型材，定尺停剪誤差≤±0.5mm，飛剪誤差≤±1mm。運行結果表明，本剪切系統已達到該廠90年代引進的德國原裝生產線飛剪控制系統的自動化水平及控制精度，系統可進一步推廣應用，以發揮更大的經濟效益。 參考文獻 1陳軍，李全利.MiniPLC在自動飛鋸系統中的應用.電氣自動化，1994，16（2）：52～53 2王文彩，李廣才.直焊管飛鋸切割微機控制系統.電測與儀表，1990，27（3）：37～39 3馮培昌，藏云泉，周曉云.飛剪及軋后設備的微機參數檢測與控制系統.電氣傳動，1993，23（6）：29～35 4陳伯時.電力拖動自動控制系統.第2版.北京：機械工業出版社，1992.