1 引言
增量式剪切控制，對(duì)本系統(tǒng)來說主要是按要求對(duì)特定的銅片進(jìn)行定長或增量式剪切。剪切后的銅片壓制成銅排做成軟連接器產(chǎn)品，用于電控柜等電器設(shè)備的電流引入，滿足客戶對(duì)產(chǎn)品規(guī)格的不同要求。根據(jù)設(shè)置的增量不同，軟連接器可以彎曲不同的角度，相比于相同長度的銅片做成的連接器，節(jié)省空間、美觀，散熱效果好。對(duì)小企業(yè)或加工中心來說，面對(duì)的是大量零散的、需求量小的、品種規(guī)格多的用戶，它所需要的是價(jià)格相對(duì)便宜，又能保證剪切質(zhì)量和剪切精度，操作簡單、方便、靈活的剪切生產(chǎn)線，為此我們開發(fā)了銅片剪切自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)現(xiàn)已投入實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 工藝解構(gòu)
剪切系統(tǒng)的工藝示意如圖1所示，此圖主要是該剪切生產(chǎn)線的機(jī)械部分。主要有開卷機(jī)、活套光電開關(guān)檢測(cè)、夾送輥、剪切機(jī)、拉料機(jī)等五部分組成。開卷機(jī)主要由變頻器電機(jī)控制，可以完成對(duì)原材料的開卷和收卷動(dòng)作；位于緩沖坑中的光電開關(guān)的作用：根據(jù)銅片的下垂程度，決定開卷機(jī)的運(yùn)行速度，保證正常送料；夾送機(jī)構(gòu)由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，完成板料的定長和增量式傳送；剪切機(jī)有高壓氣體控制，左右沖交替進(jìn)行，由左右兩邊的
接近開關(guān)控制。
圖1 增量式剪切系統(tǒng)工藝示意圖
2.2 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定和顯示通過
觸摸屏完成。整個(gè)系統(tǒng)的控制部分主要有plc、伺服驅(qū)動(dòng)器來完成，系統(tǒng)控制如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)控制示意圖
根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行和控制要求，選用富士的micrex-sx spb系列plc，其使用簡單，功能強(qiáng)大，最優(yōu)性能價(jià)格比，能滿足各種各樣自動(dòng)化控制需要，且具有尺寸小不受安裝場(chǎng)所限制，大容量內(nèi)存，高速指令功能；并提供了方便、簡潔、開放的通信功能；可直接連接pod；使micrex-sx spb系列plc可以很好的滿足控制要求。人機(jī)界面選用富士ug221系列觸摸屏，黑白，5.7寸。進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定、顯示。伺服系統(tǒng)采用武漢邁信的伺服驅(qū)動(dòng)器和華大電機(jī)。變頻器選用富士的frenic multi系列變頻器。
3 增量式剪切控制
3.1控制原理
板材定尺和增量式剪切部分是整套設(shè)備的關(guān)鍵，剪切是在材料停頓時(shí)刻進(jìn)行的，也就是說，切刀刀口分離時(shí)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)，送料長度由plc、伺服驅(qū)動(dòng)器聯(lián)合進(jìn)行控制。觸發(fā)開始后，系統(tǒng)直接以預(yù)設(shè)的加減速率、最高速度、目標(biāo)長度以及所設(shè)增量為基本參數(shù)，計(jì)算出運(yùn)轉(zhuǎn)速度曲線，直接驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)送料，若設(shè)定單位脈沖的移動(dòng)量和編碼器每轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)，當(dāng)夾送輥的直徑一定時(shí)，夾送輥每轉(zhuǎn)一定的角度或圈數(shù)，板料的移動(dòng)長度也就確定了。當(dāng)plc“指示”伺服驅(qū)動(dòng)器所發(fā)出的脈沖數(shù)達(dá)到所設(shè)定的脈沖數(shù)(即長度)時(shí)，plc發(fā)出信號(hào)，交流伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，剪切系統(tǒng)的電磁鐵通電，氣缸執(zhí)行剪切動(dòng)作。剪切機(jī)構(gòu)的每一次剪切使接近開關(guān)獲得一個(gè)脈沖，此脈沖作為計(jì)算剪切數(shù)量。依次循環(huán)，自動(dòng)地將卷材切割成一定數(shù)量的定尺或增量式長度的板材。
3.2參數(shù)設(shè)置
(1) 主軸轉(zhuǎn)速(自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，下同)的確定:確定主軸的轉(zhuǎn)速要兼顧兩個(gè)方面：一是生產(chǎn)能力；二是轉(zhuǎn)動(dòng)慣性。轉(zhuǎn)速不是越快越好，太快，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大，達(dá)不到精確停止的要求，剪切長度精度不高；慢了，達(dá)不到生產(chǎn)率的要求；在此系統(tǒng)中有一個(gè)合理的速度范圍供用戶選擇。
(2)脈沖當(dāng)量的確定:在本例中，之所以能進(jìn)行高精度定尺和增量剪切，實(shí)際上就是精確的控制夾送輥每個(gè)脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)的角度(脈沖當(dāng)量)。當(dāng)夾送輥直徑一定時(shí)，它轉(zhuǎn)過一定的角度，就對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)過一定的弧長，即為板料移動(dòng)的長度。從理論上說，脈沖當(dāng)量越小，剪切長度精度越高，但對(duì)控制系統(tǒng)的要求也越高，不經(jīng)濟(jì)。一般情況下，脈沖當(dāng)量比加工精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)即可；本系統(tǒng)剪切長度一般在2cm～200cm之間，要求精度為0.01cm。伺服電機(jī)主軸轉(zhuǎn)四圈(50mm/圈)，夾送輥轉(zhuǎn)一圈(200mm/圈)，所設(shè)脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，等夠滿足精度要求。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)包括觸摸屏的軟件設(shè)計(jì)和plc的運(yùn)行控制軟件設(shè)計(jì)兩部分。
4.1 人機(jī)界面的軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)人機(jī)界面所有畫面均用ug00s-cwv3軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，有四幅畫面組成：開機(jī)畫面、手動(dòng)畫面、自動(dòng)畫面和信息顯示畫面。經(jīng)ug00s-cwv3編譯無誤后，從個(gè)人電腦中下載到人機(jī)界面，如果與plc的通信能正常進(jìn)行，并且plc側(cè)相應(yīng)的程序也正確無誤，則即可使用。人機(jī)界面通過rs422
通信電纜直接與與plc編程器端口連接，實(shí)行命令設(shè)定型通信。根據(jù)來自人機(jī)界面的請(qǐng)求命令，可以實(shí)施plc內(nèi)部存儲(chǔ)器的讀寫操作。plc完成處理后，回送答復(fù)給外部設(shè)備。plc側(cè)不用特意編寫通信程序。這里只給出手動(dòng)，數(shù)據(jù)輸入和自動(dòng)畫面。
(1) 手動(dòng)畫面：手動(dòng)畫面主要完成板料安裝時(shí)或剪切完后對(duì)主要機(jī)械部分的控制調(diào)整。
開卷和收卷按鈕，按下后做做開卷和收卷動(dòng)作，松開后停轉(zhuǎn)；進(jìn)料和退料按鈕，按下后伺服進(jìn)料和退料，松開伺服停轉(zhuǎn)；左沖按鈕：按一下沖頭左沖，如果沖頭不動(dòng)，說明沖頭在左邊；右沖按鈕：按一下沖頭右沖，如果沖頭不動(dòng)，說明沖頭在右邊；拉料開按鈕：按一下切片送料運(yùn)行；拉料關(guān)按鈕：按一下切片送料停止；返回按鈕：返回開機(jī)畫面，如圖3所示。
圖3 手動(dòng)畫面
(2)數(shù)據(jù)輸入和自動(dòng)畫面：之前，我們所需要的首片長、片長增量、總片數(shù)和伺服電機(jī)速度。另外，現(xiàn)片數(shù)是在自動(dòng)運(yùn)行過程中，如果有殘片存在時(shí)，用來補(bǔ)片用的，如圖4所示。
圖4 數(shù)據(jù)輸入畫面
4.2 plc軟件設(shè)計(jì)
plc的程序和人機(jī)界面的畫面設(shè)計(jì)相互配合來完成系統(tǒng)的功能。用plc：完成手動(dòng)控制和自動(dòng)定長或增量式剪切；
plc程序結(jié)構(gòu)圖分別如圖5、圖6、圖7所示。
圖5 主程序結(jié)構(gòu)圖
圖6 手動(dòng)畫面結(jié)構(gòu)圖
圖7 自動(dòng)畫面流程圖
5 結(jié)束語
適當(dāng)改變脈沖當(dāng)量、夾送輥直徑，剪切精度可提高一個(gè)數(shù)量級(jí)；此系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果良好剪切長度、精度、剪切速度完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求和用戶要求。
