廖雪超，鐘 實(shí)，廖生偉

（1.武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，2.武鋼熱軋總廠中厚板分廠，湖北武漢 430080）

1 引言

在汽車板制造過程中，車體板材在加工成形過程中，需對(duì)其進(jìn)行上下翻轉(zhuǎn)，以保證后續(xù)工序的順利進(jìn)行。以往要完成這一工序，主要依靠工人的手工操作，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力；如果采用自動(dòng)翻板機(jī)，不但可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還大大的提高了工作效率。

本系統(tǒng)中，工作臺(tái)的翻轉(zhuǎn)采用變頻系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，夾緊梁上下動(dòng)作和送料平臺(tái)的前進(jìn)、升降動(dòng)作采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，并利用PLC來實(shí)現(xiàn)翻板機(jī)的自動(dòng)控制。

2 系統(tǒng)工藝流程

本翻板機(jī)系統(tǒng)主要設(shè)備如圖1所示，主要包括：翻轉(zhuǎn)體、送料平臺(tái)、液壓系統(tǒng)[1]、傳動(dòng)系統(tǒng)。翻轉(zhuǎn)體部分主要由：兩臺(tái)夾緊梁，翻轉(zhuǎn)圓盤、底座、翻轉(zhuǎn)電機(jī)等組成。其中，夾緊梁由液壓油缸驅(qū)動(dòng)，翻轉(zhuǎn)圓盤有翻轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。送料平臺(tái)部分主要由：進(jìn)料平臺(tái)、起落平臺(tái)和升降平臺(tái)等組成[2]。其中，進(jìn)料平臺(tái)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，起落平臺(tái)和升降平臺(tái)由液壓油缸驅(qū)動(dòng)。

翻板機(jī)的工作流程是：物料落至進(jìn)料平臺(tái)后，升降平臺(tái)先將其上升對(duì)準(zhǔn)翻轉(zhuǎn)體臺(tái)面，起落平臺(tái)再將其頂起，然后由進(jìn)料平臺(tái)將鋼板送入翻轉(zhuǎn)體內(nèi)，此后，起落平臺(tái)落下，將鋼板平穩(wěn)放至翻轉(zhuǎn)體內(nèi)的鋼板夾緊區(qū)，再驅(qū)動(dòng)進(jìn)料平臺(tái)后退離開翻轉(zhuǎn)體。此時(shí)，翻轉(zhuǎn)體內(nèi)的夾緊梁向下夾緊鋼板，然后進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，達(dá)到合適位置時(shí)，停止翻轉(zhuǎn)，撤銷夾緊，由進(jìn)料平臺(tái)臺(tái)將物料取出、運(yùn)走。

本翻板機(jī)的翻轉(zhuǎn)對(duì)象是多張疊加在一起的汽車薄板，系統(tǒng)工作時(shí)，主要控制要點(diǎn)有兩點(diǎn)：

(1)夾緊梁的夾緊力需根據(jù)鋼板數(shù)量、厚度和重量進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整：鋼板數(shù)量多、厚度大、重量大時(shí)，需適當(dāng)增加夾緊力，確保鋼板能被可靠的夾緊，以防止在翻轉(zhuǎn)過程中滑落造成事故；鋼板數(shù)量少、厚度薄、重量小時(shí)，需適當(dāng)減小夾緊力，以防止夾傷鋼板。

(2)翻轉(zhuǎn)體夾緊物料后整體重心偏下，在翻轉(zhuǎn)過程中，整個(gè)翻轉(zhuǎn)圓盤的重心會(huì)隨著翻轉(zhuǎn)角度發(fā)生改變，翻轉(zhuǎn)電機(jī)的負(fù)載也呈現(xiàn)不均衡的波動(dòng)現(xiàn)象，因此在控制翻轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)需加以注意。

圖1 翻板機(jī)系統(tǒng)工藝圖

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)翻板機(jī)的工藝流程和控制要求，本控制系統(tǒng)由觸摸屏、PLC、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成。

3.1 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)原理如圖2所示，由油箱、過濾器、2臺(tái)翻轉(zhuǎn)夾緊油缸，2臺(tái)平臺(tái)升降油缸、1臺(tái)平臺(tái)頂起油缸等組成。每一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)各配備一臺(tái)電磁換向閥KA1、KA2、KA3，來控制油缸的動(dòng)作方向。翻轉(zhuǎn)夾緊液壓子系統(tǒng)還配備一臺(tái)比例減壓閥KA4，以調(diào)整該部分的油壓，使系統(tǒng)能根據(jù)物料情況適時(shí)的調(diào)整夾緊力。當(dāng)子回路油壓到達(dá)夾緊設(shè)定值時(shí)，則向PLC發(fā)送鋼板夾緊確認(rèn)信號(hào)，PLC接收到夾緊信號(hào)后，控制電磁換向閥KA1回到本位，停止供油，從而使油缸停止動(dòng)作。

整個(gè)液壓系統(tǒng)還配置一臺(tái)電磁溢流閥KA5，以保證液壓系統(tǒng)工作時(shí)，主回路油壓為設(shè)定值（如160 kg）。而將多余的油溢流回油箱[3]。

圖2 液壓系統(tǒng)控制原理圖

3.2 翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)

在翻轉(zhuǎn)臺(tái)相應(yīng)位置安裝有正、反轉(zhuǎn)減速限位開關(guān)和停止限位擋板，當(dāng)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，到達(dá)設(shè)定水平位置后，由正、反轉(zhuǎn)限位開關(guān)檢測(cè)出該信號(hào)，并發(fā)送給PLC，由PLC控制傳動(dòng)裝置減速或停止翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。

3.3 傳動(dòng)系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)包括：翻轉(zhuǎn)電機(jī)M1、進(jìn)料平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2和主油泵電機(jī)M3。其中，進(jìn)料平臺(tái)電機(jī)M2需根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)料和出料的限位要求進(jìn)行邏輯聯(lián)鎖控制。翻轉(zhuǎn)電機(jī)M1的負(fù)載由鋼板物料的重量、厚度、數(shù)量等參數(shù)決定，同時(shí)，翻板機(jī)在工作時(shí)，需頻繁啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)，而翻轉(zhuǎn)體在翻轉(zhuǎn)過程中，整個(gè)翻轉(zhuǎn)圓盤的重心會(huì)隨著翻轉(zhuǎn)角度發(fā)生改變，從而造成翻轉(zhuǎn)電機(jī)沖擊力大、啟動(dòng)頻繁、受力不均、負(fù)載不均衡等現(xiàn)象[4]。

鑒于此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)由變頻器驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)電機(jī)，采用雙閉環(huán)控制方式對(duì)翻轉(zhuǎn)電機(jī)M1進(jìn)行控制。系統(tǒng)中外環(huán)為速度環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。速度環(huán)的輸出為電流環(huán)的給定（力矩給定），該電流環(huán)也稱為轉(zhuǎn)矩環(huán)。速度閉環(huán)的反饋量由速度編碼器提供。

3.4 P L C控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)原理如圖3所示，在翻板機(jī)工作時(shí)，實(shí)時(shí)檢測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)，包括：液壓系統(tǒng)的壓力、溫度；翻轉(zhuǎn)體正、反轉(zhuǎn)限位；進(jìn)料平臺(tái)的前、后限位；起落平臺(tái)的上、下限位；升降平臺(tái)的上、下限位等。并按照系統(tǒng)控制要求，完成送料、夾緊、翻轉(zhuǎn)、出料等一系列動(dòng)作。觸摸屏作為系統(tǒng)人機(jī)交互界面，通過RS485串口通信方式與PLC進(jìn)行通信。為操作人員提供在線監(jiān)測(cè)、參數(shù)輸入以及手動(dòng)控制等功能。

圖3 P L C控制系統(tǒng)原理圖

4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。手動(dòng)方式時(shí)，操作人員可通過觸摸屏和操作臺(tái)的控制按鈕直接對(duì)翻板機(jī)的各個(gè)部分進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制。自動(dòng)方式時(shí)，由PLC根據(jù)操作人員的設(shè)定值，進(jìn)行全自動(dòng)控制，圖4為自動(dòng)控制方式的流程圖。

圖4 翻板機(jī)自動(dòng)控制方式的軟件流程圖

(1)系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)備

a檢測(cè)液壓系統(tǒng)液位、油溫、濾油器、吸油口濾阻等設(shè)備，PLC根據(jù)油溫控制油加熱器和風(fēng)冷電機(jī)，使液壓系統(tǒng)溫度控制在正常范圍內(nèi)；

b啟動(dòng)主油泵電機(jī)；

c設(shè)置液壓系統(tǒng)的夾緊力，夾緊力由PLC控制調(diào)整，PLC內(nèi)記錄不同規(guī)格和數(shù)量板材所需夾緊力值配方數(shù)據(jù)，并在操作屏上設(shè)定和調(diào)用；

d控制翻轉(zhuǎn)圓盤翻轉(zhuǎn)至上料工位（由限位開關(guān)，碰塊、制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)）；

e檢查送料平臺(tái)是否準(zhǔn)備好：進(jìn)料平臺(tái)后退至后限位、起落平臺(tái)下降至下限位、升降平臺(tái)下降至下限位；

(2)上料

操作人員控制行車將物料落入送料平臺(tái)的規(guī)定范圍內(nèi)；

(3)進(jìn)料

(4)液壓夾緊

a由PLC根據(jù)夾緊力設(shè)定值，將處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換為壓力信號(hào)，輸出給比例減壓閥KA4，完成液壓系統(tǒng)的壓力設(shè)定；

bPLC控制電磁換向閥KA1來驅(qū)動(dòng)油缸進(jìn)行夾緊動(dòng)作；

cPLC對(duì)液壓系統(tǒng)的實(shí)際工作壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)子回路油壓到達(dá)夾緊設(shè)定值時(shí)，則向PLC發(fā)送鋼板夾緊確認(rèn)信號(hào)；

dPLC接收到該夾緊信號(hào)后，控制電磁換向閥KA1回到本位，停止供油，使油缸停止動(dòng)作；

(5)翻轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)180度

(6)液壓松開

a控制電磁換向閥KA1，驅(qū)動(dòng)夾緊油缸退回至松開限位；

bPLC接收到該松開限位信號(hào)后，控制電磁換向閥KA1回到本位，停止供油，使油缸停止動(dòng)作；

(7)出料

(8)準(zhǔn)備下一次翻轉(zhuǎn)

5 結(jié)論

本翻板機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)已投入運(yùn)行使用。系統(tǒng)可根據(jù)當(dāng)前物料參數(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)整夾緊力，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物料的可靠夾緊和翻轉(zhuǎn)，并可防止鋼板被夾傷。操作人員通過觸摸屏對(duì)物料、壓力、速度等系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定后，啟動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)一鍵翻鋼，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率。

[1]胡堅(jiān).幾種中板翻板機(jī)典型結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 [J].重鋼技術(shù)，2008，51（4）：36-39.

[2]張林，姚成剛，鄒艷云.翻板機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[J].包鋼技術(shù)，2012，38（3）：53-54，57.

[3]劉歌，王勤.中厚板翻板機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真[J].冶金設(shè)備，2008，169：33-34，74.

[4]竇玉香，郜擁軍，王煜皓，焦愛紅.翻板機(jī)主傳動(dòng)裝置的改進(jìn)[J].河南冶金，2002，2（48）：32-33.