6ES7221-1BH22-0XA8传授代理

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　1 液压摆式剪板机简介
　　当前我国机械制造业大量的通用设备在发展现代机械自动化技术时，可以有多种技术路线选择。用可编程序控制器改造通用机床、专用机床、组合机床及自动设备与半自动设备组成的生产线，是一条低成本、高效益，符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。
　　液压摆式剪板机是一种jingque控制板材加工尺寸，将大块金属板材进行自动循环剪切加工，并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备，其整个工艺过程很符合顺序控制的要求，在控制过程中，采用可编程控制器对自动剪板机进行控制，它较好地解决了采用继电器-接触器控制，控制系统较复杂，大量的接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率这一问题。将plc应用于该控制，具有操作简单、运行可靠、抗干扰能力强、编程简单，控制精度高的特点。在控制的过程中，剪板机剪板的个数可根据工艺参数方便的修改，利用光电接近开关检测板料状态非常准确。
　

　　2 设备结构
　　液压摆式剪板机是一种jingque控制板材加工尺寸，将大块金属板材进行自动循环剪切加工，并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备。　　

　　上电后，检测各工作机构的状态，控制各工作机构处于初始位置；进料，由控制系统控制进料机构将待剪板料自动输送到位；定剪切尺寸，采用伺服电机控制挡料器位置保证jingque的剪切尺寸，其尺寸可是定值也可以设置为循环变动值；压紧和剪切，待剪板料长度达到设定值后由主电动机带动压料器和剪切刀具，先压紧板料，剪断板料；送料车的运行，包括卸载后自动返回；剪切板料的尺寸设定、自动计数及每车板料数的预设定；具备断电保护和来电恢复功能；能实现加工过程自动控制，加工参数显示，系统检测。
　

　　3 液压摆式剪板机工作原理
　　液压摆式剪板机工作过程可进行点动、单次和连续三种动作选择。
　　点动：选择点动操作档位，踩下脚踏慢进，下压剪切机构自动下压，碰下行程开关停止下压；下压过程松脚踏慢进，停在当前运行位置；下压过程踩下脚踏回程，下压剪切机构自动回程，碰上行程停止回程；回程过程松开脚踏回程，停在当前回程位置。
　　单次：设定保压时间，卸压时间，水平挡料进退距离，调整好水平挡料位置；选择单次操作档位，下压剪切机构不在上行程开关位自动回上行程开关位；踩下脚踏慢进，下压剪切机构自动下压；碰下行程开关时，水平挡料机构后退设定距离，自动进行保压；保压时间到自动进行卸压，卸压时间到下压剪切机构自动回程，水平挡料机构自动前进设定距离；碰上行程开关，单次剪切动作结束。
　　连续（工步）：
　　1） 设定保压时间，卸压时间，水平挡料进退距离，调整好水平挡料位置；
　　2） 设定工步数以及每个工步的当料位置、剪板张数；
　　3）选择连续操作档位，下压剪切机构不在上行程开关位自动回上行程开关位；踩下脚踏慢进，下压剪切机构自动下压；碰下行程开关时，水平挡料机构后退设定距离，自动进行保压；保压时间到自动进行卸压，卸压时间到下压剪切机构自动回程，水平挡料机构自动前进设定距离；碰上行程开关，一次剪切动作结束，进行下一次剪板。
　　4）当前工步剪切次数完成，碰上行程开关，水平挡料位置自动进行调整，进入下一工步剪切动作。
　　5）所有工步动作完成，碰上行程开关，连续剪切动作结束。

　　4 控制系统介绍

图4控制系统结构图

　　液压摆式剪板机控制系统由控制部分、驱动部分和监控部分组成。控制系统结构见图4。

　　4.1控制部分
　　本系统采用LM系列专用高速运动控制模块LM3106A控制。LM3106A是专为实现高速运动控制而设计的模块，主要用于实现步进或伺服电机的定位控制。
　　

　　LM3106A本体集成 14通道24VDC输入，10通道晶体管输出，其输出有2个公共端，输出通道采用5-24VDC驱动电源供电，具有两路高速输出，可做PWM(100KHz)或PTO(50KHz)使用，还可以通过RS-232通讯口与和利时触摸屏进行通讯。

　　表1为控制系统的I/O配置。
　

　　表1系统I/O分配表

　　4.2驱动部分
　　液压摆式剪板机驱动部件主要包括横向伺服电机和竖直液压气动装置。
　　伺服电机及驱动器均采用和利时公司的产品，其中“蜂鸟（Hummer）”系列低压无刷伺服电机驱动器是北京和利时电机公司新推出的适合低压直流供电的、小体积、高性能全数字伺服驱动器。硬件上采用32位高速RISC专用控制芯片,高效功率变换技术，以及创新编码器反馈技术；软件上采用先进的电机控制策略，完全以软件方式实现了电流环、速度环、位置环的闭环伺服控制；驱动器嵌入了运动控制功能，通过通讯接口即可完成如多段点到点、直线插补、圆弧插补等功能。挡料采用伺服电机进行定位，达到了jingque定位，保证了设备控制要求及运行效果。
　　往复下压剪切动作由油泵和气动装置完成，通过PLC控制电磁阀的的得失电进行。
　

　　4.3监控部分
　　上位监控部份由一台和利时触摸屏，配以监控软件来完成，触摸屏上可以进行动作操作，运行参数设定，工作状态选择以及显示PLC的输入输出点工作状态。

　　5
　　基于和利时公司PLC和伺服自动控制系统的液压摆式剪板机有以下特点：
　　(1) 采用电液伺服全闭环控制系统，剪板厚度精度、重复定位精度达到很高的水准。
　　(2)每步程序可设定挡料位置（后档料X，相当于伺服的位置）、凸模具下压位置（Y值，相当于凸模具下降的距离）、剪切次数、保压时间4个参数。
　　(3)具有多工步编程功能，可实现多自动运行，每一步执行完后，触摸屏都要自动把下一步参数输入PLC和伺服，实现多工步零件一次性加工，提高生产效率。
　

　　该系统已投入生产使用，运行稳定可靠，控制精度高，维护使用方便，受到用户青睐

当今世界上精密加工技术发展很快,新的加工方法和设备层出不穷,计算机的广泛应用使精密加工技术更为普及和多样.实现精密和超精密切削加工有三种方法: (1) 采用和研制高精度加工设备;(2) 采用新的切削工具材料; (3)利用加工与测量控制一体化技术. 前两种方法成本较高,而后一种方法成本较低,具有广阔的前景.在后一种方法中,除了要保证刀具的精度、夹具的精度以及测量精度外,还有一项重要内容就是微进给机构的精度及其控制精度.笔者在控制精密磨削的研究中,利用步进电机带动滚珠丝杠作为进给机构,在滚珠丝杠确定后,步进电机的控制精度成为了主要矛盾.
　　
　　1 　步进电机的控制
　　
　　步进电机在不失步的正常运行时,其转角严格地与控制脉冲的个数成正比,转速与控制脉冲的频率成正比.可以方便地实现正反转控制及调整和定位.由于步进电机和负载的惯性,它们不能正确地跟踪指令脉冲的启动和停止运动,指令脉冲使步进电机可能发生丢步或失步甚至无法运行.必须实现步进电机的自动升降速功能.为了实现速度的变化,输入的位移脉冲指令相应地要升频、稳频、和降频这些脉冲序列,可以由脉冲源加专用逻辑电路来产生,也可以由微型计算机产生.对于脉冲源加逻辑电路构成的控制器来说,控制逻辑是固定
　　的,即控制电路一经固定,其控制逻辑也就固定了.
　　
　　如果要改变控制逻辑和控制方案,必须改变电路结构和元件参数,而使用计算机控制,不必改动硬件电路,只要修改程序,就可以改变控制方案.且可以从多种控制方案中,选取一种佳方案进行控制和调节. 也可以用同一套系统对不同控制方案的多台步进电机控制.利用计算机控制的形式也很多,本文介绍PLC位控单元对步进电机的控制.
　　
　　2 　PLC 系统组成及位控单元的工作原理
　　
　　　　本研究所利用的PLC 系统的组成包括如下七大模块:电源,CPU ,位控单元, I/ O 单元,A/ D ,D/ A单元,如图1 所示. 其中位控单元的主功能是当步进电机(或伺服电机) 与电机驱动器联结时,输出脉冲序列控制电机的转速与转角.进给机构可以是2 轴型,也可以是4 轴型. 本文采用的是前者,即滚珠丝杠的横向进给与纵向进给,如图2
　　所示. 具体地说,位控单元实现速度以及位置的控制方法有多种,如E 点控制(单速度控制) ,如图3(a) 所示;P点控制(多级速度控制) ,如图3 (b) 所示; 线性加/ 减速和S型加/ 减速,图3 ( a ) , ( b)为线性加/减速,S型如图3 (c) 所示. 还有位置控制和相对位置控制等. 表1 给出了E点控制不同模式的控制码(P 点与其相同).


3 　磨削加工PLC 控制原理
　　
　　如图4 所示, PLC 可以控制变频器、传感器、步进电机. 总控制程序流程图如图5 所示. 其中两个步进电机是利用PLC的位控单元控制的. 在进行精密磨削过程中,横向进给将是十分重要的,PLC的位控单元能较jingque地控制步进电机的转角,从而使滚珠丝杠获得jingque定位. 由于PLC位控单元的控制方法有多种,对于磨削加工来讲,横向进给量不能大于215μm ,通过实验的方法可以找出佳方案.这里只通过一种控制方法来说明位控单元的具体应用. 设置原点,利用光栅
　　尺粗对刀,测量出对刀位置距原点的距离. 为防滚珠丝杠出现爬行现象,工作台从原点出发,经过一段距离以后开始自动加/ 减速.此时,只要给定起始速度,目标速度,加速/ 减速时间以及位置要求值,并设定控制码即可实现上述功能,相关程序如图6 所示.如果假设滚珠丝杠的螺距为d ,步进电机的步距角为α°;进给速度为v (mm/ s) ;行程为s (mm);则要求的脉冲频率(即程度中的目标速度) 为f = 360 v/αd (Hz) ;总脉冲数(即程序中的位置要求值) 为F=360s/da(个) .

4　结束语
　　
　　PLC 位控单元具有运行速度快、灵敏度高、精度高、编程简单等众多优点.它对于在精密加工领域的研究开发与应用具有深远的现实意义.

　在工业控制中，用PLC控制的工程在上/下位机通讯上一般采用RS-232/RS-485串口通讯，这种方法对于数据量较大，通讯距离较远，实时性要求高的控制系统，很难满足通讯需要。

　　近年来随着计算机网络技术的飞速发展,网络化数控已经成为现代制造业发展的必然趋势,控制系统正向虚拟化、网络化、集成化、分布化和节点智能化的方向发展。[1]许多大型PLC厂商生产的PLC都配备了相应的以太网通信模块，本文讨论了OMRONPLC的以太网通信体系结构，并以CP1H PLC的ENT2l以太网模块为例实现与计算机的通信。

1.Winsock网络通信控件

　　Winsock控件是不可视控件，它提供了访问TCP和UDP网络服务非常简便的途径，使编程人员开发客户/服务器应用程序时，不必了解TCP的细节或调用低级的WinsockAPI函数，只通过设置Winsock控件的属性并调用其方法，就可直接连接到一台远程计算机进行，并可实现双向数据交换。

　　WinSock主要支持两种类型的套接字:①流式套接字（StreamSocket）也称面向连接方式,该方式对应的是TCP协议,其传输特点是通信可靠性高,可以保证数据流的传输是可靠的、有序的、无重复的,可提供双向的数据流,数据被看作字节流,无长度限制。②数据报套接字（DatagramSocket）又称无连接方式,对应的是UDP协议,这种方式不提供数据传输的正确性、有序性和无重复性,因为它支持面向记录的数据流。传输的数据可能丢失和重复,并且接收顺序混乱,报文长度是有限的。考虑到本系统对通信可靠性和正确性的要求很高,选用流式套接字方式。基于Client/Server模式的流式套接字通讯过程如图1所示。

图1 流式套接字进程通讯过程时序图

2.Ethernet网络通信单元的设置

　　在组建网络时，根据网络类型的不同，网络中的每个节点需要安装相应的通信单元，PLC上需安装Ethernet网络通信模块，例如0MR0N公司的CJ1W—ETN21以太网模块。应用之前必需对网络进行必要的设置，分为开关设置和CPU总线单元系统设置。

　　开关设置主要包括以下几项内容：确定分配给CJ1W—ETN21单元的内存工作区（CIO区、DM区），该地址在CPU总线区，由UNITNo.开关确定ETN单元的单元号范围为0～F;NODENo.旋转开关设定两组l6进制数作为ETN单元在网络中的节点号，范围为O1～7E;IP地址设置网络号和主机节点号，由32位二进制数组成，分4段以十进制数表示。

　　CPU总线单元设置主要通过编程设备如CX—Programmer软件或编程器对网络单元进行模式、本地IP地址、子网掩码、FINS端口号、FTP登录名及口令和IP路由器表等项进行设定。若使用FINS/TCP协议，则还需在以太网单元设置中修改FINS/TCP项的部分参数，如：自动分配的FINS节点号、是否保持激活等项。

3.面向上位计算机的通信协议

　　如图2所示，以太网的分层模型分为物理层（Physical Layer）、网际层（InternetLayer）、传输层（Transpot Layer）和应用层（ApplicationLayer）。其中：传输层可使用无连接的UDP或需建立连接的TCP协议;应用层为FINS（Factory InterfaceNetworkService）协议，FINS协议是由OMRON公司开发的用于工厂自动化控制网络的指令响应系统。主要规定对PLC存储空间的数据读写等操作方法。应用层使用FINS协议，传输层使用TCP协议的通信实现方法称为FINS/TCP方法。

图2 网络的分层结构

　　FINS协议包含指令系统和响应系统，其命令帧格是由FINS报头、指令代码、响应代码和正文等几部分组成。从上位计算机发出的指令和响应必须符合下面帧的格式要求，并提供合适的FINS报头信息。[3-4]FINS通信服务是通过FINS命令帧和它们对应的响应帧交换实现的。

　　FINS命令/响应帧格式如图3所示。FINS/TCP header中规定了五种命令，用于客户机（hostcomputer）与服务器（PLC）之间通信：发送客户机节点地址（node address）;（2）发送服务器节点地址（nodeaddress）;（3）发送Fins frame;（4）Fins frame发送出错通知;（5）客户机与服务器联机确认。

图3 FINS命令/响应帧格式

4.通信程序的具体实现

　　在新建VB工程后，需要执行VB工具栏“工程/部件” 命令，将Winsock控件添加到工程中，并命名为“WskClient”。程序采用TCP/IP协议进行通信，其主要属性设定如下：

　　With WskClient

　　.Protocol = sckTCPProtocol ‘采用TCP/IP协议

　　.LocalPort = 9600 ‘本地计算机端口号

　　.RemoteHost = txtIP.Text ‘取得远程PLC的IP地址

　　.RemotePort = txtPort.Text ‘远程PLC端口号

　　.Bind 9600 ‘指定使用的本地端口

　　End With

　　初始化工作完成后向PLC提出连接请求，待PLC接受请求并发送应答信息后，客户端程序依照各种帧格式建立好要发送的信息帧，就可以与PLC进行双向的数据交流了。在这一过程中，可建立发送失败后的重发机制，以增强通信的可靠性。

　　建立并发送“握手信息”指令（20字节），指明客户机节点号;当计算机接收到PLC返回帧（24字节）后，检查PLC是否收到命令，并取得服务器和客户机节点号。当计算机接收到PLC返回的数据时，会产生DataArrival事件，参数BytesTotal包含接收到的数据字节数。在DataArrival事件中，可以调用GetData方法接收数据。如果接收到Close事件，则用Close方法关闭连接。可用Winsock的State属性来反映当前TCP/IP的连接状态。这里仅列举主要程序如下：

　　‘向服务器请求连接

　　WskClient.Connect

　　TimeDelay 100

　　Do

　　DoEvents

　　Loop Until WskClient.state=sckConnected

　　‘建立并发送FINS命令帧

　　Private Sub SendData_Click（）

　　ReDim SendData （19） As Byte

　　SendData （0） = &H46‘FINS命令帧报头的第1个字节

　　……

　　WskClient.SendData SendData（） ‘发送FINS命令帧

　　End Sub

　　‘接收PLC响应帧，并分析数据

　　Private Sub WskClient_DataArrival（ByVal bytesTotal As Long）

　　Dim i As Integer

　　ReDim ArriveData（bytesTotal） As Byte

　　wsk.GetData ArriveData, vbArray + vbByte, bytesTotal

　　‘接收数据，保存在ArriveData数组中

　　For i = 0 To bytesTotal - 1

　　txtArData.Text = txtArData.Text & " " & ArriveData （i）

　　Next i

　　……‘其它数据处理

　　If ArriveData（7） <> 16 Then

　　MsgBox“接收信息丢失“

　　ElseIf SendData（19）= ArriveData （bytesTotal-5） Then

　　MsgBox“节点地址错误“

　　End If

　　End If

　　在接收信息后,当PLC收到传输过去的信息后,会将对应的命令反馈值传回,这个事件程序内的程序将它显示在文本框中,还可作处理。主程序流程图如图4所示。

图4 程序流程图

　　若采用UDP协议，则通信的基本过程与TCP相同，只是不需要建立连接。UDP应用程序可以是客户机,也可以是服务器,而不必象TCP应用程序那样必须分别建立客户机程序和服务器程序。由于UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快。如果网络中设备不是很多，且发送数据量不大时，可选择耗费计算机“资源”更小的UDP协议进行通信。

5.结束语

　　采用Winsock控件实现的上位机以太网通信程序，已成功应用于数字小样并条机监控系统中，该法简单实用,在不追加投资的情况下,实现车间设备的网络数据实时监控的功能，达到了理想的效果。以VB作为监控软件的开发平台，软件的二次开发不受限制，节约成本，并可根据需要随时对程序进行升级。为实现对控制系统进行有效的信息管理与监控，基于以太网的PLC控制系统必将有更为广泛的应用，本文的论述对解决这类问题提供了一定参考价值。