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1、基于PLC和POD的门框自动成型机位置控制系统的研发PLC/变频器/触摸屏POD/自动成型机/位置控制1 引言钢制防火门由一扇钢制门和一个钢制门框组成,而门框由上、下、左、右四根型材焊接而成,每根型材上都按要求冲一定数量的安装孔(用于与固定在墙体的构件联接用),左、右两根型材上还需冲锁孔或一定数量的铰链孔。一般说来在工厂门框的制作过程是这样的:1.钢板校平(为了节约材料,一般都使用卷板而不使用平板),2.定长剪切,3.折弯成型(由于形状复杂,尺寸要求高,一般使用数控折弯机),4.在型材上按要求冲安装孔,5在型材上按要求开铰链孔或锁孔,6.在已开孔
2、的上、下、左、右四根型材两头开45度焊接用坡口,7.将四根型材焊接成门框。上述制作过程加工环节多,生产效率低,尺寸精度差;对工人的技术要求比较高,制作成本居高不下,加工过程存在一定安全隐患。在目前劳动力资源紧缺,劳动报酬上涨较快的情况下,用自动控制的设备来提高生产效率、提高产品质量和降低安全生产事故并减少用人,节约成本,已成为一种趋势。为此研制了门框自动成型机,门框自动成型机将自动完成门框制作过程的前六道工序,工人只需做技术含量比较低的门框焊接一道工序。2 技术要求1.门框自动成型机应把门框型材的制作从钢板校平、定长剪切、冷弯成型、开铰链孔或锁孔
3、、冲安装孔、开45度焊接用坡口等6道工序一次自动完成,2.钢板校平和型材成型的进给速度可调,最大速度为20米/分。3.门框型材的定尺为800到3000毫米可调,定尺偏差不超过1毫米。4.门框型材可任意选择打铰链孔或锁孔(数量从0到5任意可选,孔距偏差不超过0.5毫米)及安装孔(数量从0到8任意可选,孔距偏差不超过1毫米)。.5.在系统遭遇意外停机或停电时,除非人工复位,否则再次开机时继续完成上一个未完成的过程。6.工作时间一周六天,每天8-16小时,环境温度10-50摄氏度。7.整个自动控制系统应工作可靠、便于操作、易于维护,在满足性能要求的前提
4、下价格尽量低廉。8.考虑到门框自动成型机的用户是立足于国内外,应设计中文和英文两个操作界面供用户选择。3 控制方案选择与论证门框自动成型机由钢板校平机,型材成型机,切45度角机三部分组成。钢板校平机进给驱动电机为3KW,型材成型机进给驱动电机为7.5KW。由于钢板校平机与其它二部分相距较远而不便于集中控制与操作,并且因编码器与控制系统的连线长度不能太长,因此控制系统分成两部分,一个控制钢板校平机,另一个控制型材成型机和切45度角机。它的工作过程是这样的:卷钢板进入钢板校平机将通过多对校平辊校正成平板并完成开铰链孔或锁孔,然后再进入型材成型机经多对
5、模具一步步挤压下成型,变成符合设计要求的型材,再冲安装孔,按设定的长度切断,切45度角机则在门框型材两头按要求切45度焊接用坡口。冲孔的冲模和定长剪切的切刀由液压驱动,切割机切45度角由切割机完成。对于这套设备,控制系统的核心是位置控制准确和速度可调。控制系统由显示和设定单元、检测和控制单元、传动执行单元组成,在确定最终控制方案前我们设想了以下几个方案:1．显示和设定单元及检测和控制单元有显示并带输入键盘的的单轴数控装置,传动执行单元为伺服控制器+伺服电机2．显示和设定单元为工业控制计算机,检测和控制单元为PLC(可编程序控制器),传动执行单元为
6、伺服控制器+伺服电机3．显示和设定单元为POD(触摸屏),检测和控制单元为PLC(可编程序控制器),传动执行单元为伺服控制器+伺服电机。4．显示和设定单元为POD(触摸屏),检测和控制单元为PLC(可编程序控制器),传动执行单元为直流调速控制器+直流电机.5．显示和设定单元为POD(触摸屏),检测和控制单元为PLC(可编程序控制器),传动执行单元为变频器+三相交流异步电机。分析:数控装置控制精度高,但价格比较贵,对环境要求高,无法在恶劣严酷的环境下工作,工业控制计算机虽然功能强大,但价格比较贵,而用POD(触摸屏)性价比会更高;直流调速控制器+直
7、流电机虽然转矩特性比较硬,但价格比较贵,直流电机可靠性比交流电机差,而且维护工作量大;伺服控制器+伺服电机转矩特性比较硬,控制精度高响应快,但价格比较贵,维护不便,相比之下POD(触摸屏)、PLC(可编程序控制器)和变频器及三相交流异步电机性价比高,可靠性高、并能适应在恶劣严酷的环境,维护工作量小,因此用方案5是最佳选择。4 硬件配置4.1 PLC选型a.对于钢板校平机为了实时监测和控制钢板移动的速度和移过的距离,PLC必须有一路高速计数输入(同时占用3个输入点)和模拟量输出,“自动运行”、“停止”占用2个输入点,控制冲铰链孔模具和冲锁孔模具占用
8、4个输入点和4个输出点,校平变频器状况要占用2个输入点,校平变频器使能控制及油泵电机运行要占用3个输出点,因此PLC必须具有1路或1路以
