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)工作臺的終端停車及超程保護(hù)。伺服機(jī)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(wù)，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(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定值時，起動伺服機(jī)，工作臺開始移動。
（2）當(dāng)工作臺與型材的移動速度達(dá)到同步時，液壓缸動作，刀具開始沖切，接近開關(guān)S2檢測到?jīng)_切到位信號時，刀具抬起。
（3）工作臺繼續(xù)移動，當(dāng)?shù)毒呋氐匠跏嘉恢脮r，接近開關(guān)S1有信號輸出，伺服機(jī)反轉(zhuǎn)，工作臺高速返回。
（4）到接近開關(guān)S3位置時，工作臺停止，根據(jù)切割的根數(shù)，決定是繼續(xù)運行還是停車。
2 飛剪伺服同步控制系統(tǒng)的組成與參數(shù)計算
伺服同步控制系統(tǒng)由直流伺服驅(qū)動器、伺服同步控制器、PLC及測長輪等組成，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shù)口，做測長用；另一路先經(jīng)光電隔離及F/V環(huán)節(jié)將頻率信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，再經(jīng)放大器放大后，作為伺服驅(qū)動器的速度給定信號。連續(xù)剪切時，必須保證工作臺的移動速度與型材線速度嚴(yán)格同步，在F/V變換器與伺服驅(qū)動器參數(shù)確定的情況下，放大器放大倍數(shù)的確定將是實現(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）；
測長輪直徑：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
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，可實現(xiàn)定尺停剪、飛剪及剪切長度、剪切根數(shù)的自動控制，同時具有自保護(hù)、自診斷和報警等功能。剪切長度及剪切根數(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(guān)S1～S3，行程開關(guān)S4～S6，伺服準(zhǔn)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(tǒng)通過對光電編碼器LF輸出脈沖的檢測來計算對應(yīng)的型材長度。NB1系列U型PLC的高速計數(shù)指令功能是當(dāng)條件滿足時發(fā)出一中斷信號，并控制相應(yīng)的動作。由于系統(tǒng)剪切長度是可以改變的，故需要通過PLC中算術(shù)運算將剪切長度轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的脈沖數(shù)。
為了使系統(tǒng)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(hù)，因為系統(tǒng)工作過程主要是順序動作。當(dāng)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(guān)部分出現(xiàn)故障，命令系統(tǒng)停止運行，等候維修。圖中長度檢測到延時是根據(jù)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(jù)沖切刀具動作的快慢來確定，本系統(tǒng)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(hù)開關(guān)，前兩個是接近開關(guān)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(guī)定動作，則視為故障，系統(tǒng)停止運行；另兩個是限位開關(guān)S4、S6，作用是在前面保護(hù)均失效，工作臺到達(dá)S4（或S6）位時，強(qiáng)制系統(tǒng)停止運行。
本系統(tǒng)充分利用了PLC的邏輯運算、數(shù)值處理、高速計數(shù)、中斷及沿觸發(fā)等功能，使整個系統(tǒng)控制方便靈活，外圍設(shè)備減少，并能大大縮短現(xiàn)場的安裝和調(diào)試周期。
實際調(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）測長輪與型材之間有相對滑動，使計數(shù)不準(zhǔn)，可設(shè)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(tǒng)，提高位移控制精度，但系統(tǒng)要相對復(fù)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(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目驗收并開始投運，連續(xù)兩班無故障運行至今，目前仍運行良好。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(yè)的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，使企業(yè)效益明顯提高。剪切長度為2680mm的型材，定尺停剪誤差≤±0.5mm，飛剪誤差≤±1mm。運行結(jié)果表明，本剪切系統(tǒng)已達(dá)到該廠90年代引進(jìn)的德國原裝生產(chǎn)線飛剪控制系統(tǒng)的自動化水平及控制精度，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.MiniPLC在自動飛鋸系統(tǒng)中的應(yīng)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(jī)控制系統(tǒng).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(shè)備的微機(jī)參數(shù)檢測與控制系統(tǒng).電氣傳動，1993，23（6）：29～35
4陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng).第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.