彩钢板压型机变频调速系统的研发
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本文作者：王军 秦建国 单位：新疆库尔勒巴音郭楞职业技术学院 交通工程系
随着社会经济的发展，彩钢板压型机生产的彩钢板在建筑业、石油化工等行业的应用不断普及，人们对彩钢板成型机械的需求量不断加大，对其技术程度的要求也越来越高。目前，彩钢板压型机的生产效率与生产质量己成为彩钢板成型业的“瓶颈”问题，日益引起彩钢板成型企业的极大重视。彩钢板压型机控制系统普遍存在的问题是:产品精度低，机电控制部分的可靠性差，缺少对生产过程的实时动态监测。产品精度低主要原因是彩钢板的传送速度较快，操作人员不好掌握剪切的尺度。而可靠性差主要是主电机的传动速度无法控制，中间继电器等元件的可靠性差所致。
1控制系统设计方案
1．1生产工艺简介生产工艺图如图1所示。
1．1．1彩钢板的传输工艺由1个主电动机通过链传动，驱动8对上下垂直排列的辊子转动。将彩钢板夹在上下辊子之间，利用辊子的挤压作用使彩钢板沿直线运动。
1．1．2彩钢板的成形工艺辊子的外表面是由多段组成的规则曲面，相当于挤压模，彩钢板在其挤压下直接成形，形成波浪形断面。
1．1．3剪切工艺首先液压油泵的驱动电机通过皮带使油泵转动，产生油压，再通过液压控制阀上的油路转换，控制液压剪刀的上下运动，从而完成对彩钢板的剪切。
1．2设计思路彩钢板压型机控制系统的原理如图2所示。新设计的彩钢板压型机系统主要由两大部分组成:一是机械部分，其中包括16个辊子、1个主电机、1个油泵电机、液压剪刀等;二是控制系统部分，其中包括1台PLC、1个变频调速器、1台触摸屏、1个电控液压阀、1个光电式编码器，以及2个接近开关、1个光电开关、2个多功能转换开关等。用一台上位计算机通过通讯电缆与PLC、触摸屏相连，用于对PLC、触摸屏的编程与调试。其运行过程控制为:由PLC根据各种开关、传感器输入信号的情况和触摸屏中参数设定的情况控制控制柜中的直流继电器、交流接触器、电控液压阀、变频调速器等工作，继而控制油泵电机、主电机、液压剪刀等工作，从而自动完成剪切彩钢板的过程。系统工作时首先拨动手动\自动开关，当处于手动位置时，通过控制面板上的手动按钮进行剪切，和设计前的手动操作是一样的。当处于自动位置时，进行的是自动剪切动作。在触摸屏画面中事先输入要剪切的片数、长度、精度等参数，然后点击触摸屏画面中的启动按钮，这时PLC通过输出端子给变频器发送启动信号，变频器控制主电机转动，彩钢板在辊子之间一边向前运动一边辊压成型。当彩钢板驱动编码器的驱动轮旋转时(编码器的驱动轮压在彩钢板上)，编码器(选用ISC3806型号)开始计算彩钢板走过的长度，并将此信号送入PLC的输入端子。当此信号满足程序中设定好的剪切长度时，PLC就控制电控液压阀(选用BEILI34BM－B10H－T型号)动作，从而控制液压剪刀进行上下剪切运动。当然，PLC要接受2个接近开关的信号，用于判断剪刀的上下限位置，同时还要接受1个光电开关的信号，用来控制剪切下一段彩钢板，从而进行连续不断的剪切。触摸屏(选用三菱F940GOT－LWD－E型触摸屏)作为人机操作界面，与PLC通过通讯接口相连。操作人员通过触摸屏在已经编制好的界面上输入剪切片数、剪切长度、剪切精度等参数。设定的参数通过通讯电缆进入PLC，作为系统工作的条件。同时还可以通过触摸屏上编制的开关和指示灯等软元件进行手动操作和监控系统的工作过程。这大大方便了维护人员的维护工作。在变频调速器(采用三菱FR－E740－15K－CHT型)的操作面板上可以方便地设置各种参数，比如工作频率、工作模式等。变频调速器通过这些参数的设置及通过相应端子和PLC的输出端子相连接，实现对主电机转速的控制，进而实现对彩钢板以不同的速度进行传送。它有着优异的调速启动、制动性能，以及高效率、高功率因数和节电效果，可以大大降低该设备的耗电量，还可以改善工艺流程，提高产品质量。
1．3PLC控制系统设计在满足控制要求的前提下，为了使I/O点最少，同时还需要加上10%～15%的裕量为今后对系统进行进一步的改造升级做准备，PLC选择了MITSUBISHIMELSECFX2N－48MR的基本单元。该基本单元有48个输入、输出点。根据统计，该控制系统有9个输入点，7个输出点，总的I/O点数为16个。其控制系统I/O分配如表1所示。
2软件设计
控制系统的软件设计主要包括两大部分:一是PLC内部的程序设计，二是触摸屏内部的程序设计。而且这2个程序是相关联的，通过1根数据通讯线连接，以达到PLC和触摸屏的握手通讯。
2．1PLC程序的设计
2．1．1PLC内部程序的设计思路(1)实现自动/手动2种不同的操作模式，将手动/自动转换开关拨至手动位置时，通过控制面板上的手动按钮进行剪切，和设计前的操作是一样的。将手动/自动开关拨至自动位置时，进行的是自动剪切动作。(2)在自动方式下，实现PLC控制变频调速器的启停，从而控制主电机的运行。(3)实现PLC对电控液压阀的控制，从而控制剪刀的上下剪切运动。(4)能够实现PLC将编码器传来的信号进行比较运算，测量出彩钢板的传送长度，从而进行精确的自动剪切。(5)通过PLC程序中相关软元件的设计，实现与触摸屏的数据通讯，从而实现触摸屏对生产线的控制，以及对控制系统各元件的运动状态的监控。(6)通过PLC程序中相关软元件的设计，并与触摸屏画面中剪切长度、片数、精度补偿等参数进行相关联设计，从而达到只要改变触摸屏中的参数设置，就可以满足不同生产要求的目的。PLC程序设计流程图如图3所示。
2．2触摸屏程序的设计触摸屏程序主要是在触摸屏中设计出3个画面。分别是首页画面、监控画面、参数设置画面。
2．2．1触摸屏程序设计思路(1)首页画面的设计。首页画面用来显示该控制的系统名称、设计单位、企业名称等信息，同时设计出1个画面跳转按钮NEXT，用于跳转到监控画面。(2)监控画面的设计。监控画面用于控制系统的启动、停止。所以设计出两个开关按键:启动位开关、停止位开关。监控的内容有停机指示、运行指示、辊压指示、剪切指示、单周期指示、剪刀上位指示、剪刀下位指示，所以设计出7个指示灯，通过指示灯颜色的变化，显示系统的运行状态。同时设计1个画面跳转按钮NEXT(用于跳转到参数设置画面)和1个画面跳转按钮LAST(用于跳转到首页画面)。(3)参数设置画面的设计。参数设置画面用于设置剪切长度、片数、精度补偿参数，所以设计出3个“数值输入”框，同时设计出1个画面跳转按钮LAST，用于跳转到首页画面。触摸屏程序设计流程如图4所示3加工精度的计算该编码器的特性是每转一圈发出1000个脉冲。编码器驱动轮的直径专门加工为79．6mm，则其周长为250mm(利用C=3．14d得出)，可以得出彩钢板每向前传动1mm，编码器发出4个脉冲。这个“4”就是精度补偿参数。随着编码器驱动轮的磨损，这个精度补偿参数肯定会逐渐变大，使得加工出来的实际长度越来越短，影响生产质量，所以就要经常改变这个参数，以提高加工精度。改变的方法也很简单。例如:要剪切1000mm长的彩钢板，仍然在触摸屏中输入1000mm、4个脉冲/mm等参数，然后进行试剪切，用尺子测量出实际剪切的长度。此时精度参数可以通过:精度参数=4×1000/实际剪切的长度进行计算。
4总结
目前，该控制系统已成功地应用于塔里木油建公司彩钢板的生产线上。整个生产过程实现了自动控制。对生产线的运行状态可以进行实时监控，确保了机器的可靠运行，提高了工作效率。对传动主电机实现了高、中、低转速的控制，达到了节能的目的。通过引入编码器、电控液压控制阀等电器元件，实现了设备的自动剪切功能，因此具有智能及环保的特点。根据企业的生产要求，新的控制系统可以进行剪切长度、精度补偿参数等工艺参数的修改，提高了加工精度。理论符合实际，具有很强的可操作性，为企业节约了更多的生产资料，降低了生产风险，对同类企业同类设备的技术改造也具有很好的参考价值，可推广性强。