普通剪板机存在的主要不足有:
1. 加工精度不高。
造成加工精度不高的主要原因,一方面是加工尺寸由操作人员用普通钢尺手动测得,精度难以保证;另一方面采用异步电动机带动链条传动机构,这样不仅定位精度低,而且易造成剪切面的机械偏差,这种偏差随加工板材宽度增加而加大。
2. 操作繁琐,容易出错。
剪板机需要人工操作,剪板动作的控制需人工完成,占用人力资源,也容易出错。
3. 能耗大,效率低
剪板机的动力系统一般使用普通异步电机,在剪板过程中不断启停,能耗大、效率低。
针对这些情况,可以对剪板机进行自动化改造,提高工作效率和剪板精度,降低能耗。
控制系统设计的基本要求如下:
1、正常剪切功能。在正常加工某一规格产品前,可以事先设置加工尺寸、加工数量。当机器加工板材数量达到设定加工数量时,机器不再正常加工。此时,可重新设置加工参数或进入临时剪切状态。
2、临时剪切功能。选择该功能不需要设置加工参数,即可进行加工。该状态可加工任意尺寸(须在机器的机械加工范围内)和任意数量的产品。
3、设定加工参数(加工尺寸、加工数量)。
4、加工参数实时显示。
5、附加功能。包含点动调试、自动回零位、暂停等。
改造方案一:
如下图所示,自动控制系统由变频器、光电传感器、人机界面(文本显示器或触摸屏等)、正航A5系列PLC等构成。
图1 改造方案一
人机界面可以采用文本显示器或触摸屏,可以显示和设定目前的工作状态、剪板数量、加工长度、送料速度、剪板频率等等参数;
变频器接受PLC的控制,控制电机的启动、停止、转速等;
光电传感器的作用是检测后挡料的长度,通过改变光电传感器的位置可以调节加工长度;
正航A5系列PLC(以下简称A5)是整个自动控制系统的核心,由它来根据操作人员通过人机界面设定的参数控制整个系统的动作。
系统的工作流程如下:
系统上电启动,操作人员通过人机界面设定剪板数量、加工长度、送料速度、剪板频率等等参数,参数可以断电保持。正常剪切开始后,A5控制变频器启动电机,传动板材,当板材到达光电传感器的位置时,光电传感器将信号反馈至A5,A5控制变频器停车,控制切刀动作进行剪板,完成一块料的加工,然后A5再控制变频器启动,进行下一块料的加工。加工过程中,A5可以完成对加工数量、剪板频率、送料速度等的统计,并可以在人机界面上实时显示。
在此控制过程中,A5通过光电传感器检测材料长度,然后控制变频器停车来控制加工长度。由于变频器控制异步电机停车有一个滞后量,会造成一定的偏差,在设定光电传感器的位置时,需要将这个偏差考虑进去并加以调整。
图2 改造方案二
在方案一中,加工料的长度是通过光电传感器的位置来控制的。人工手工设定光电传感器的位置会有一定误差,同时如果需要加工的长度频繁改变时会很麻烦。
改造方案二取消了光电传感器,取而代之的是一个轮式旋转编码器。将轮式旋转编码器压紧在板材的表面,当板材向刀口输送时,轮式旋转编码器跟随旋转,输出的脉冲信号输送到A5的高速计数器。A5的高速计数频率可达20KHz,可以很精确地根据脉冲数量精确地测量出送料长度。
旋转编码器安装在刀口前面,只要旋转编码器其距离刀口的位置固定,就可以方便地对加工材料进行长度测量。
在方案二中,可以通过人机界面非常方便地设置加工长度,甚至可以设定多组加工长度和加工数量,或者尺寸也可以置为循环变动值。例如,可以设定加工100块80cm的板材,再加工200块100cm的板材;也可以设定成循环加工1块80cm的板材、1块90cm的板材。
以上两种方案目前都已经有批量的实际应用。实际使用结果显示,经以上两种方案改造的剪板机,极大地提高了工作效率和剪板精度,降低能耗。扣除机械误差,通过手动调整传感器位置,方案一的加工精度可以达到0.3cm以上;而在选择合适的编码器的情况下,方案二的加工精度可以达到0.4%左右。