專利名稱：基于plc控制的球缺封頭壓鼓操作機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種球缺封頭壓鼓操作機(jī)控制系統(tǒng)，尤其涉及一種以PLC為核心 的大型薄壁鈦材球缺封頭壓制的控制裝置。
背景技術(shù)：
在金屬封頭制造廠，球缺封頭的制作都是采用壓力機(jī)和上下圓形模具(亦稱模 具)與操作機(jī)來完成圓形板坯(亦稱板坯)壓制的；其工藝過程為首先確定以操作機(jī)中 心點(diǎn)為圓心的同心圓壓制方法；其次是選擇球缺半徑相同的上下模具；最后是壓制過程， 即由人工將操作機(jī)的擺角拖輪油缸升起，把板坯放入擺角拖輪上，再由人工控制操作機(jī) 的小車把板坯外邊緣置入上下模具的圓心點(diǎn)位置，然后擺角拖輪油缸落下，使板坯落在下 模具體上，然后再由人工控制帶上模具體的壓制油缸桿向下伸出，壓制板坯，到達(dá)預(yù)定壓力 后，壓制油缸升起(縮回)至預(yù)設(shè)位置，擺角拖輪油缸二次升起，擺角拖輪在液壓馬達(dá)的控 制下旋轉(zhuǎn)至一定角度后(通常為模具半徑)，擺角拖輪油缸二次落下，再由人工控制帶上模 具體的壓制油缸再次壓制板坯，至預(yù)定壓力后，壓制油缸再次抬起，循環(huán)壓制，直至板坯的 外邊緣360度壓制完成后，擺角拖輪油缸升起，再次由人工控制小車從板坯外邊緣向板坯 圓心移動(dòng)至規(guī)定位置(通常為模具的半徑尺寸)，再次由人工控制擺角拖輪油缸落下，帶上 模具體的壓制油缸壓制板坯，至預(yù)定壓力后，壓制油缸升起至預(yù)設(shè)位置，擺角拖輪油缸再次 升起，擺角拖輪在液壓馬達(dá)的控制下旋轉(zhuǎn)至一定角度后，周而復(fù)始，直至壓制到板坯中心， 然后，再?gòu)闹行南虬迮魍膺吘墘褐?，直至符合形腔尺寸和后續(xù)加工為止。 因制造球缺封頭的壓鼓操作機(jī)是由壓力機(jī)和操作機(jī)兩臺(tái)設(shè)備疊加組成，兩臺(tái)設(shè)備 的電器控制部分也各自獨(dú)立；所以在操作過程中，完全由人工控制兩臺(tái)設(shè)備的協(xié)調(diào)(先后) 動(dòng)作，并且控制運(yùn)動(dòng)的電器部分完全是接觸器和按鈕互鎖或聯(lián)鎖而各自獨(dú)立設(shè)計(jì)的，不能 相互控制。
該控制系統(tǒng)存在下述問題 1、控制上采用各自獨(dú)立的老式繼電器聯(lián)鎖或互鎖控制，不能自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行，比較 落后，而且未能利用操作壓鼓機(jī)的相關(guān)控制信號(hào)自動(dòng)運(yùn)行；所以，電器故障率高，勞動(dòng)強(qiáng)度 大； 2、板坯的壓制點(diǎn)位置需要人工粗略判斷，然后由手動(dòng)控制操作壓鼓機(jī)的先后或穿 插控制各部動(dòng)作，并且故障率高，維修時(shí)間長(zhǎng)； 3、由于壓制點(diǎn)位置不均勻，使球缺封頭的均勻度、組織密度發(fā)生改變(板坯的減 薄量)，會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)以上問題的提出，而研制一種將疊加后的壓力機(jī)和操作機(jī)采用 PLC集中控制，即可實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)和操作機(jī)的聯(lián)動(dòng)循環(huán)運(yùn)行，又可手動(dòng)調(diào)試運(yùn)行，并可珍斷故 障，易于維修，運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠，性能更強(qiáng)的PLC控制系統(tǒng)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有了明顯改善的球缺封頭壓鼓操作機(jī)控制系統(tǒng)。 —種基于PLC控制的球缺封頭壓鼓操作機(jī)控制裝置，其特征在于包括PLC、觸摸 屏、變頻器、壓力傳感器、繼電器單元、按鈕及開關(guān)單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和角旋轉(zhuǎn)編碼器；所 述PLC連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，壓力傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連；PLC的通訊接口通過 數(shù)據(jù)線與觸摸屏連接，角旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC內(nèi)的高速計(jì)數(shù)單元輸入端連接，PLC內(nèi)的輸入端 與按鈕及開關(guān)單元相連，PLC內(nèi)的輸出單元經(jīng)過繼電器單元的連接與大功率接觸器、電磁閥 和指示燈相連，變頻器與PLC內(nèi)的輸出單元連接。 所述角旋轉(zhuǎn)編碼器是將旋轉(zhuǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)锳、 B相正交編碼脈沖的位置反饋信號(hào)，并 將該位置反饋信號(hào)通過PLC內(nèi)的高速計(jì)數(shù)單元與計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)，和PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的 十進(jìn)制數(shù)字給定值比較，并由CPU通過PLC內(nèi)部的輸出單元發(fā)出快進(jìn)、工進(jìn)和停止動(dòng)作指 令。 所述電源模塊同PLC進(jìn)行交流隔離供電，確保PLC穩(wěn)定、可靠運(yùn)行和防止維修人員 發(fā)生安全事故。 壓力傳感器是將液壓壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬量的電信號(hào)，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬 量電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槭M(jìn)制的數(shù)字信號(hào)與預(yù)設(shè)在PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的十進(jìn)制數(shù)字進(jìn)行比 較后由PLC內(nèi)部CPU發(fā)出相關(guān)的動(dòng)作指令。 由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型提供的基于PLC控制的球缺封頭壓鼓操作 機(jī)控制系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，具體如下 1、通過觸摸屏設(shè)置PLC參數(shù)作為工作現(xiàn)場(chǎng)的控制核心，由PLC接收壓力機(jī)和操作 機(jī)的工作信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較、運(yùn)算和輸出，通過繼電器、電磁閥、變頻器等控制壓力機(jī)和 操作機(jī)的連貫動(dòng)作，由原來的人工控制變?yōu)楝F(xiàn)在的自動(dòng)控制，由原來的兩套常規(guī)控制系統(tǒng) 變?yōu)楝F(xiàn)在的一套控制系統(tǒng)； 2、由原來的人工控制，改為現(xiàn)在的自動(dòng)聯(lián)機(jī)控制，提高了控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提 高了生產(chǎn)效率，降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度； 3、由于該系統(tǒng)增加了在線自動(dòng)測(cè)量部分，使板坯的壓制點(diǎn)位置更加精確，一致性 好，所以，壓制的球缺封頭質(zhì)量得到了進(jìn)一步的提高。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本實(shí)用新型系統(tǒng)控制原理圖； 圖3為本實(shí)用新型中間繼電器電器原理圖。
具體實(shí)施方式如圖1所示，該基于PLC為核心的球缺封頭壓鼓操作機(jī)控制系統(tǒng)，包括PLC、觸摸 屏、變頻器、壓力傳感器、繼電器單元、按鈕及開關(guān)單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和角旋轉(zhuǎn)編碼器；所 述PLC連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，壓力傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連；PLC的通訊接口通過 數(shù)據(jù)線與觸摸屏連接，角旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC內(nèi)的高速計(jì)數(shù)單元輸入端連接，PLC內(nèi)的輸入端 與按鈕及開關(guān)單元相連，PLC內(nèi)的輸出單元經(jīng)過繼電器單元的連接與大功率接觸器、電磁閥 和指示燈相連，變頻器與PLC內(nèi)的輸出單元連接。其工作原理為觸摸屏作為上位機(jī)將壓制
4的參數(shù)發(fā)送到PLC中，由PLC通過比較、運(yùn)算后輸出，通過大功率接觸器、電磁閥、變頻器等 控制壓鼓操作機(jī)的壓制過程，編碼器和輸入模塊將操作信息和壓制過程中的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù) 收集整理到PLC,由PLC通過通訊數(shù)據(jù)線上傳至觸摸屏。其中PLC,由PLC內(nèi)的高速計(jì)數(shù)單 元、輸入單元、輸出單元、急停單元、CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、累加器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器、24V直流電 源、數(shù)據(jù)通訊接口 、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接口組成；變頻器，用于操作機(jī)運(yùn)作小車的快進(jìn)和工進(jìn)的 變速控制。電源模塊，用于PLC交流隔離供電，確保PLC穩(wěn)定、可靠運(yùn)行和防止維修人員發(fā) 生安全事故；觸摸屏通過數(shù)據(jù)線與PLC交換信息，觸摸屏將工藝參數(shù)傳送到PLC，同時(shí)可以 接收PLC上的一些相關(guān)數(shù)據(jù)并顯示或故障顯示或維修幫助或查看使用說明書。 壓力傳感器是將液壓壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬量的電信號(hào)，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬 量電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槭M(jìn)制的數(shù)字信號(hào)與預(yù)設(shè)在PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的十進(jìn)制數(shù)字進(jìn)行比 較，并由CPU發(fā)出相關(guān)的動(dòng)作指令；角旋轉(zhuǎn)編碼器是將旋轉(zhuǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)锳、B相正交編碼脈沖 的位置反饋信號(hào)，并將該位置反饋信號(hào)通過PLC內(nèi)的高速計(jì)數(shù)單元與計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)，和PLC內(nèi) 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的十進(jìn)制數(shù)字給定值比較，并由CPU通過PLC內(nèi)部的輸出單元發(fā)出快進(jìn)、工 進(jìn)和停止動(dòng)作指令。 如圖2所示，PLC U5內(nèi)部的高速計(jì)數(shù)單元分別接收來自角旋轉(zhuǎn)編碼器U1、U2的脈 沖信號(hào)，通過PLC的處理轉(zhuǎn)換為數(shù)值；擺角拖輪角旋轉(zhuǎn)編碼器U1的A、B相分別與PLC U5內(nèi) 部的高速計(jì)數(shù)單元XOOO、 X001連接，當(dāng)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)帶動(dòng)擺角拖輪和角旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生 的脈沖信號(hào)給PLC U5內(nèi)部的高速計(jì)數(shù)單元，在PLC處理后轉(zhuǎn)換為單位為毫米的長(zhǎng)度數(shù)值； 小車車輪角旋轉(zhuǎn)編碼器U2的A、 B相分別與PLC U5內(nèi)部的高速計(jì)數(shù)單元X003、 X004連接， 當(dāng)小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車車輪和角旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)給PLC U5內(nèi)部的高速計(jì) 數(shù)單元，在PLC處理后轉(zhuǎn)換為單位為厘米的長(zhǎng)度數(shù)值。在系統(tǒng)中使用的是每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生 4096個(gè)脈沖的角旋轉(zhuǎn)編碼器。變頻器U3分別接收來自PLC U5內(nèi)部的輸出單元信號(hào)，通過 變頻器運(yùn)算、PID處理后，將標(biāo)準(zhǔn)的三相380伏、50赫茲輸入電源轉(zhuǎn)化為電壓和頻率可調(diào)的 驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)DM的電源；變頻器U3的FWD、 REV、 SP1、 RES、 COM分別與PLC U5內(nèi)部輸出單 元信號(hào)的Y022、Y023、Y026、Y027、C0M連接，當(dāng)PLC U5內(nèi)部的輸出單元信號(hào)不同時(shí)，變頻器 U3會(huì)自動(dòng)控制交流電機(jī)匿的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停、變速運(yùn)行。PLC U5內(nèi)部的輸入單元X002、 X005與行程開關(guān)1XK、2XK連接，設(shè)置接收和采集從現(xiàn)場(chǎng)反饋的角旋轉(zhuǎn)編碼器清零的開關(guān)量 輸入信號(hào)；XOIO X017與行程開關(guān)3XK 10XK連接，設(shè)置接收和采集從現(xiàn)場(chǎng)反饋的開關(guān) 量輸入信號(hào)；X020、 X021與三段旋鈕與SA1相連，設(shè)置點(diǎn)動(dòng)、單程和自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行切換的開 關(guān)量輸入信號(hào)；X022 X027與按鈕SB1 SB6相連，當(dāng)系統(tǒng)三段旋轉(zhuǎn)SA1選擇在非自動(dòng)循 環(huán)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，由按鈕輸入壓制油缸、液壓馬達(dá)、電機(jī)等開關(guān)量輸入信號(hào)；當(dāng)SA1選擇點(diǎn)動(dòng) 時(shí)，按鈕SB1 SB6其中一個(gè)或幾個(gè)按下時(shí)，開關(guān)量輸入信號(hào)，并執(zhí)行系統(tǒng)操作，否則停止， 主要用于機(jī)械、液壓、電器的調(diào)試和維修工作；當(dāng)SA1選擇單程時(shí)，按鈕SB1 SB6其中一個(gè) 或幾個(gè)按下或按下抬起時(shí)，開關(guān)量輸入信號(hào)，并執(zhí)行系統(tǒng)操作，當(dāng)行程開關(guān)或按鍵自鎖急停 按鈕發(fā)令時(shí)，系統(tǒng)停止操作，主要用于系統(tǒng)調(diào)試后的原點(diǎn)復(fù)位操作。PLC U5內(nèi)的急停單元 RUN、 COM與按鍵自鎖按鈕TA相連，用于系統(tǒng)操作的任何時(shí)間、任何動(dòng)作緊急停止輸入開關(guān)
量信號(hào)，常閉點(diǎn)有效，防止常開點(diǎn)接觸不良而造成的開關(guān)量信號(hào)無法輸入(釀成設(shè)備和人 員的安全事故)。PLC U5內(nèi)的輸出單元Y004 Y007、 Y010 Y017與繼電器KM1 KM12 連接，用于控制電磁閥壓制油缸升降、擺角拖輪液壓缸升降、擺角拖輪馬達(dá)正反轉(zhuǎn)和控制油泵電機(jī)啟停、潤(rùn)滑與備用。 工作過程如下由觸摸屏將要壓制的數(shù)據(jù)傳送到PLC中，由PLC計(jì)算并調(diào)用相關(guān) 的子程序進(jìn)行操作，將數(shù)據(jù)存入PLC的數(shù)據(jù)單元中，掃描輸入、輸出端口是否滿足初始化、 原位條件，如果不滿足，則按照觸摸屏提示或報(bào)警信息進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)和單程處理；如果滿足，則 可進(jìn)入自動(dòng)循環(huán)程序；在優(yōu)先中斷鏈中，急停輸入信號(hào)優(yōu)先。如圖3所示自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行時(shí)， SA1給定一個(gè)數(shù)字量輸入信號(hào)，操作機(jī)的擺角拖輪油缸YV1升起并到位發(fā)令，操作機(jī)小車自 動(dòng)行駛到上料位置并發(fā)出到位指示信號(hào)，由人工將要壓制的板坯放入擺角拖輪上，按SB1 循環(huán)啟動(dòng)按鈕，然后操作機(jī)的小車通過角旋轉(zhuǎn)編碼器U2反饋，把板坯外邊緣置入上下模具 的圓心點(diǎn)位置，擺角拖輪油缸YV2落下并發(fā)令，使板坯落在下模具體上，然后帶上模具體的 壓制油缸壓制板坯，由壓力傳感器反饋輸入模擬量信號(hào)與設(shè)定數(shù)據(jù)比較、分析，到達(dá)預(yù)定壓 力后，壓制油缸升起至3XK行程開關(guān)位置停止并發(fā)令，擺角拖輪油缸YV1升起，擺角拖輪和 角旋轉(zhuǎn)編碼器在液壓馬達(dá)YV3的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)并反饋旋轉(zhuǎn)輸入信息，當(dāng)反饋信息大于或等于 參數(shù)設(shè)定值時(shí)，用于馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，擺角拖輪油缸YV2落下并發(fā)令，帶上模具體的壓制油缸 再次壓制板坯、抬起，循環(huán)往復(fù)，直至板坯的外邊緣360度壓制完成后，擺角拖輪油缸YV1升 起，操作機(jī)小車在角旋轉(zhuǎn)編碼器和設(shè)定參數(shù)值的控制下，從板坯外邊緣向板坯圓心移動(dòng)至 大于或等于設(shè)定值時(shí)，擺角拖輪油缸落下，帶上模具體的壓制油缸壓制板坯，至設(shè)定參數(shù)值 后，壓制油缸升起3XK行程開關(guān)位置停止并發(fā)令，擺角拖輪油缸再次升起，擺角拖輪在液壓 馬達(dá)的控制下旋轉(zhuǎn)至一定角度后停止，落下、壓制，周而復(fù)始，直至壓制到板坯中心，然后， 再?gòu)闹行南虬迮魍膺吘墘褐?，直至符合形腔尺寸和后續(xù)加工為止。 以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實(shí)用 新型的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求一種基于PLC控制的球缺封頭壓鼓操作機(jī)控制裝置，其特征在于包括PLC、觸摸屏、變頻器、壓力傳感器、繼電器單元、按鈕及開關(guān)單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和角旋轉(zhuǎn)編碼器；所述PLC連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，壓力傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連；PLC的通訊接口通過數(shù)據(jù)線與觸摸屏連接，角旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC內(nèi)的高速計(jì)數(shù)單元輸入端連接，PLC內(nèi)的輸入端與按鈕及開關(guān)單元相連，PLC內(nèi)的輸出單元經(jīng)過繼電器單元的連接與大功率接觸器、電磁閥和指示燈相連，變頻器與PLC內(nèi)的輸出單元連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC控制的球缺封頭壓鼓操作機(jī)控制裝置，其特征在于 所述角旋轉(zhuǎn)編碼器是將旋轉(zhuǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)锳、 B相正交編碼脈沖的位置反饋信號(hào)，并將該位置 反饋信號(hào)通過PLC內(nèi)的高速計(jì)數(shù)單元與計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)，和PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的十進(jìn)制數(shù) 字給定值比較，并由CPU通過PLC內(nèi)部的輸出單元發(fā)出快進(jìn)、工進(jìn)和停止動(dòng)作指令。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC控制的球缺封頭壓鼓操作機(jī)控制裝置，其特征在于 所述電源模塊同PLC進(jìn)行交流隔離供電。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC控制的球缺封頭壓鼓操作機(jī)控制裝置，其特征在于 壓力傳感器是將液壓壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬量的電信號(hào)，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬量電信號(hào) 轉(zhuǎn)變?yōu)槭M(jìn)制的數(shù)字信號(hào)與預(yù)設(shè)在PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的十進(jìn)制數(shù)字進(jìn)行比較后由PLC 內(nèi)部CPU發(fā)出相關(guān)的動(dòng)作指令。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于PLC控制的球缺封頭壓鼓操作機(jī)控制系統(tǒng)包括PLC、觸摸屏、變頻器、壓力傳感器、繼電器單元、按鈕及開關(guān)單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和角旋轉(zhuǎn)編碼器；所述PLC連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，壓力傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連；PLC的通訊接口通過數(shù)據(jù)線與觸摸屏連接，角旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC內(nèi)的高速計(jì)數(shù)單元輸入端連接，PLC內(nèi)的輸入端與按鈕及開關(guān)單元相連，PLC內(nèi)的輸出單元經(jīng)過繼電器單元的連接與大功率接觸器、電磁閥和指示燈相連，變頻器與PLC內(nèi)的輸出單元連接。該系統(tǒng)易于維修，運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠，并且采用性能更強(qiáng)的PLC控制系統(tǒng)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有了明顯改善，適于在球缺封頭壓鼓操作機(jī)中廣泛推廣。
文檔編號(hào)G05B19/05GK201444254SQ20092001528
公開日2010年4月28日 申請(qǐng)日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者劉國(guó)富, 李艷, 楊偉 申請(qǐng)人:大連頂金通用設(shè)備制造有限公