刘文学
（安徽力格智能科技有限公司 安徽省蚌埠市，233010）
摘要：厚壁皮带轮的旋压机要求与市场上其它薄壁皮带轮的旋压机要求不同，厚壁皮带轮的毛坯料片采用10—12mm厚的钢板，所以对产品的压紧力和每个工位旋压时的推进力要求比较大，且每个工位工作时对产品压紧力和工位刀具推进力要求都不一样。本文描述一种主缸最大压紧力800KN，工位最大推进力400KN机器的控制系统。
关键词：PLC、触摸屏、比例阀、编码器、变频器、旋压
1.设备主要构成：
设备有上下两个立装的主轴，其中下主轴为主动旋转轴，下主轴内有液压顶出缸，用于放料片时定位以及将旋压好的皮带轮顶出模具。上主轴为无动力的从动旋转轴。上主轴内同样有一个液压顶出缸，用于防止旋好的皮带轮北粘在上模具中而顶出来；上主轴需上下移动。工作台平面有四个工位，每个工位安装不同工序的旋压刀，对应编号为1、2、3、4号刀，用于旋压产品。面向工作台，左边是1、3号刀组合单元，右边为2、4号刀组合单元，两个单元分别用一个液压缸作为驱动装置，并设置一套电机驱动的换刀装置。
2.控制及动作设计
主轴采用变频电机驱动，旋转速度可调，且在旋压产品过程中可以根据不同的工位工作而设置不同的转速，主轴转速采用开关量输出的转速传感器跟踪转速。上主轴采用液压缸进行上下移动，移动距离采用编码器进行跟踪；压力采用比例阀控制，下降压到产品后的压力可以参数设置，上下主轴内的顶出缸压力同样需要可以参数设置。四个工位的液压缸各自压力可以根据工序和产品的不同进行参数设置，位移采用编码器跟踪，压力同样采用比例阀控制；考虑到每个工位的工作压力需要单独设置，为了节省成本， 1和3号工位和下顶缸采用一个比例阀控制压力，一个编码器跟踪位；，2和4号刀和上顶缸使用一个比例阀控制压力，一个编码器跟踪位移。四个工位对应1、2、3、4号刀，可以根据工艺需要选择任意使用。选择方式如下：
1.一个刀工作：可以选择使用四个刀中任意一个刀。
2.二个刀工作：可以选择使用四个刀中任意两个刀。
3.三个刀工作：可以选择使用四个刀中任意三个刀。
4.四个刀工作：选择四个刀都工作。
当选择两个以上刀工作时，工作顺序为1234的顺序。例如选择2和4号刀工作时，则先是2号刀工作，然后是4号刀工作。
四个刀全部工作顺序如下：
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3.液压和电控系统设计
3.1液压系统设计
由于上主轴压住料片的最大压力要达到800KN，所以上主轴的驱动油缸直径较大，为了提高上主轴的下行速度，该油缸采用套缸设计，中间一个小油缸用于快速下行提供动力，小油缸外侧是大油缸用于工作时提供较大的工作压力。大油缸设有充液阀，在快速下降阶段，小油缸提供动力推动上主轴下降，大油缸的充液阀打开迅速向大油缸充液压油，保证在快速下降过程中大油缸不会产生空腔或负压而阻止快下动作。上主轴和左右两个工位推进油缸采用双向液控单向阀，在进到设定位置关闭油路进行延时保持压力工作时，可以不需要液压泵持续提供压力，从而达到节能目的。液体压力采用比例阀控制，可以实现电液转换，从而达到用具体的数据参数来设定液体工作压力，以达到直观易操作性目的。
液压系统原理图设计如下图：
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液压原理图
3.2电气元器件选型
人机界面采用三菱10寸触摸屏GS2107，控制部分采用三菱PLC，主体采用FX3U系列标准机型，配以扩展模块实现不同的数据采集及控制功能。特殊信号如下：
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3.3、人机界面提供设置的主要参数如下:
3.3．1、主缸参数设置画面
主轴转速：设定值是指变频器输出的运行频率，最大50Hz，普通四级电机在50Hz状态运行的速度是1500转/分钟。
主轴旋转延时：本机器主缸下到第二段位置时，主轴开始旋转，通过主轴延时可以设定主轴延时旋转。
主轴停止延时：是指最后一把刀工作完成后退刀时，主轴延时停止。
下顶缸的液压是接到左缸液压系统的，上顶缸的液压是接到右侧缸液压系统的。
手动进刀主缸加压：如果在手动状态下调试产品，需要在进刀的时候主缸加压，则将此功能打开（该功能选择开关在其他参数页面也有）。
顶出缸延时退回：在自动运行状态下，顶出缸顶出后是否延时自动退回，如果需要延时自动退回，则打开此功能。如果不选择延时自动退回，则顶出缸顶出后不自动退回，在主缸下压时退回。
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3.3.2 刀具参数设定画面
刀具参数设定画面包含以下几个设定参数：
该号刀是否使用选
该刀具位置参数、压力、速度进行设定
该刀具工作时，主缸的压力和流量设定
该刀进到位时，是否延时退刀，如果延时退刀，那么延时期间是否继续加压进行选择。
位置参数如果设置的不合理，系统会有报警。
四把刀可以任意组合使用，无论怎么组合使用，刀具工作顺序是按照1234的顺序进行工作。在自动运行过程中如果改变刀号的选用，则本次运行不生效，等下一次运行时生效。例如：机器已经启动运行了，在运行过程中将原先不用的四号刀选择使用，那么由于本次正在运行是按照运行前选择使用的刀号进行加工的，所以只有运行结束后再次启动时，四号刀才能生效。
四个刀位的参数设置内容相同具体如下图（1号刀参数设置画面）：
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3.4、PLC程序设计
三菱FX系列PLC针对本系统的程序设计主要几个功能部分：
a)动作控制的逻辑顺序编程
在完成主要逻辑控制功能的基础上，增加动作互锁、操作失误提示、故障报警提示等人性化功能。
b)位置跟踪部分编码气的高速计数及转换编程
左右工位的编码器接入PLC高速计数通道1和2，主轴编码器接在位于第一位置的高速计数拓展模块上，采用AB计数模式，左右工位数据直接读取C251和C253的值，主轴数据采用from指令读取，然后做相应的换算，最终在触摸屏上显示小数点后面两位的毫米单位数据。
c)温度采集的温度AD转换编程
温度传感器采用热电偶接入到位于第四位置的热电偶采集模块上，采用from指令读取数据，然后做相应的换算，在触摸屏上显示单位℃。
d)比例阀控制的DA转换编程、主轴转速控制的DA转换编程。
主轴转速和主轴压力控制模块设置在第三位置，通道一用于压力控制，通道2用于转速控制。；左右工位的压力控制模块设置在第三位置。液体压力采用满量程的百分比进行换算并在触摸屏上显示和参数设置，主轴转速直接换算成Hz进行显示和参数设置。采用TO指令进行编程。
结束语:
本系统涉及到液压系统的电液比例控制，PLC的顺序逻辑控制、摸你脸的比例控制盒高速计数功能。虽然推向市场后客户反应良好，但仍有可完善的空间，希望经过时间的推移及客户的体验反馈，使系统得到不断完善。
作者简介：刘文学（1976.12-），男，本科，安徽省蚌埠市，汉族，工程师，工厂自动化和建筑智能化