科 技 天 地

INTELLIGENCE

基于PLC与伺服电机的全自动弯管机控制系统的设计

苏州工业职业技术学院 韩莉芬

摘 要：本文对全自动弯管机的工作原理、伺服系统和PLC控制系统等方面进行介绍，该控制系统采用PLC和触摸屏相结合的方式，提高了系统的可靠性、柔性，实际应用表明该系统工作稳定可靠、性价比高。

关键词：弯管机 PLC 程序流程图 触摸屏

引言

随着社会经济的迅速发展，生活水平的不断提高，在家具业、空调制冷、汽车配件、自行车业、卫浴设备等领域对各种弯曲成型管件的数量、规格的需求都在不断地增加。而老型弯管机加工时，生产效率低，无法达到产量和质量的同步提高。为了满足用户对不同弯管的需求，使用全自动弯管机是必然的发展趋势方向。本文介绍一种基于PLC、伺服电机及其位置/速度控制单元、触摸屏相结合的全自动弯管机的控制系统。

一、全自动弯管机系统的主要功能

全自动弯管机弯管的基本结构如图1所示，主要由 导模、夹模、轮模组成。当管件位于加工工位时，导模动作将管子压人轮模的凹槽内，与导模同侧的夹模压紧管子并绕C轴旋转，产生弯曲动作，将管子弯曲到预订的角度，完成以后夹模和导模松开，回复到初始位置，这样一个弯曲动作就完成了。由于加工对象通常都进行空间弯管，也就是说多个弯曲并不是都发生在同一个平面内，而是任意一个平面内可能发生弯曲（即与所要弯曲的产品有关），若要发生空间弯曲，那就要执行对管件的旋转动作。因此，整个弯管过程主要由直线送进、空间旋转、弯曲三个基本动作构成。这三个基本动作都是由伺服电动机作为执行元件来实现。机床体的轨道主轴线上设计有两台伺服电机，一台用来驱动束管夹车体直线运动到加工位置，完成直线送进，另一台则负责控制管件旋转角度，弯曲动作由另一台伺服电机来实现。另外还需要一些弯管辅助动作，如导模或夹模的夹紧、松开、轮模的复位等动作，其辅助动作则是由液压系统来完成。因此，设计弯管机控制系统的主要任务就是对伺服电机的运动控制和精确定位。

二、弯管机控制系统结构

本文综合考虑了控制系统的经济性、可靠性等因素，该控制系统主要采用PLC、伺服电机及其位置／速度模块相结合的控制系统。伺服运行程序块是执行电机伺服动作的程序块，具体动作包括束管夹轴线和轮模轴线的定位启动、旋转轴的旋转以及束管夹轴和轮模轴的两轴直线插补。系统中的每一个伺服电机都是通过PLC输出指令到位置单元，再有位置单元输出相应的指令到伺服驱动单元，最后由驱动单元给出伺服电机的旋转指令，同时通过相应的检查传感装置把位置信号反馈给PLC。其中辅助机构则是通过PLC给出液压油量油压的控制信号，通过液压缸的伸出杆与机械机构联动从而控制导模或夹模的夹紧与松开、轮模的复位。该系统中的速度/位置控制模块具有强大的定位功能，可以实现多轴联动，完成多轴的直线插补或圆弧插补，用户可以设定位置控制、速度控制、速度位置切换控制、位置速度切换控制等控制系统中的任意一种，同时可以使用多个定位数据执行连续定位

控制。

三、弯管机的PLC程序设计

该控制系统以PLC为核心控制单元器，触摸屏为操作终端。PLC接受触摸屏上的操作控制以及电机的位置信号和弯曲角度等控制信号，使伺服电机及液压缸按规定的要求进行动作，实现生产过程的动态监视。根据实际的弯管加工工艺要求，弯管机主要有束管夹开与闭、进芯、夹模和导模夹紧、弯管、辅推进、弯管、退芯、夹模和导模松开、弯管臂复位、辅推复位、束管夹旋转、进料座前进等动作，考虑到机械的调试以及自动出错情况，系统带有手动程序。因此， PLC设计分手动控制程序和全自动控制程序两部分：手动程序主要用于系统的调整及设备排查故障、维修，通过触摸屏控制各按钮，使各工序单独工作。而全自动程序中，在自动工作前，必须在触摸屏中设置好相关参数，以及满足所需弯管加工工艺要求的程序块或程序段的选择。

四、人机界面

该系统中采用触摸屏作为人机界面，加工数据及加工程序段通过触摸屏写入CPU中，同时在触摸屏上实现对操作的监控。在触摸屏界面中主要有手动模式、自动模式、程序编写、系统设置及、PLC输入／输出状态显示。手动模式界面主要有手动操作设备的各按钮及其相关显示。自动模式界面主要用于弯管过程的工件信息、程序编号选择、自动运行报警信息、开始自动模式、当前弯管信息等信息。程序编写界面中可以进行对编写好的程序段或程序块进行对应选择。在系统设置中在有产品数据、XYZ加工数据、YBC加工数据、操作设定、手动调试、单步运行、连续运行、启动模式、循环、机器规格、报警记录显示等界面。各界面之间切换方便、快捷。操作设定界面用于设定送料座及轮模动作的速度设定、加速度设定、油泵开关等。报警记录显示界面显示故障信息，以利于故障处理。

结束语

全自动弯管机是集机、电、液为一体的自动化设备，本文介绍的采用伺服电机及其远动控制单元、PLC以及触摸屏等组成的全自动弯管机控制系统，具有经济性好、可靠性高、自动化水平高、易于维护和再开发等优点，通过客户的生产反馈，该控制系统的工作稳定性好，操作精度高，生产效率高，在中小企业中具有一定的实用价值。

参考文献：[1] 洛经备：《基于PLC与步进电机的自动弯管机设计》，《机电工程》，2006.08。

[2] 唐长平：《数控弯管机的研究与开发》，合肥工业大学，2005。

[3] 王文红、左继承：《PLC在液压驱动立体弯管机中的应用》，《液压与气动》，2006.09。

54