永宏PLC在自動三維彎管機系統中的應用
1 引言
七八十年代，是中國工業經濟快速發展的初期。各行各業急待發展，基礎設施建設如火如荼地進行著。廠房、設備、交通設施需求急劇增加，各種金屬管的需求已遠遠不能滿足，許多金屬管的形狀要求也不斷復雜化，從而催生了彎管機系統設計和開發。由于國內技術水平的落后，許多彎管設備開發設計只停留在初級階段，繼電器式的電氣控制系統生產出來的產品質量和產量都沒有達到人們對各種金屬管工藝的理想要求。90年代后，中國經濟水平的飛速發展和不斷提高，以及PC技術在工業中廣泛應用，二維式的彎管機已無法滿足復雜的工業需要。三維彎管機正是在這一背景下逐漸開發成型，而可編程控制器（PLC）在彎管機控制系統中發揮了重要的作用，給復雜要求的彎管系統提供了重要的技術保證。
自動三維彎管機系統要求有三組脈沖信號輸入，兩組脈沖信號輸出，強大的檔案功能。永宏PLC正是由于其單個CPU可同時處理四組硬體高速計速器，同時輸出四組脈沖，實用的FUN160檔案功能，滿足了三維彎管機控制系統的復雜要求，廣泛引用于彎管機行業。
2 系統的概述
（1）系統結構
自動三維彎管機控制系統主要由可編程控制器（PLC）、旋轉編碼器、步進電機、人機界面（HMI）和液壓油泵組成。旋轉編碼器主要用于角度量測和長度控制，步進電機主要用于旋轉角度控制和驅動小車實現長度控制，電磁閥配合液壓油泵用于實現彎管動力。
（2）系統功能
A、分手動、半自動、全自動等多種操作方式，并可滿足有芯棒和無芯棒，單角度和多角度，二維角和三維角選擇等不同控制要求場合的特定需要。
B、可存儲上百種產品型號，每種型號可設定20個彎管角度參數和20個旋轉角度參數，可滿足多種復雜、多角度、不同空間的要求，并可對工作進度進行實時監控顯示。如圖1所示；
C、可自由調整設定“夾緊時間”、“退夾時間”、“進芯時間”，滿足實際工藝要求，以及防止機械上的動作延時造成的次品；
D、可選擇試機模式，用于機械的磨合，符合管理員權限的人才可選擇試機模式，對不同的用戶進行不同的操作從而保證系統安全。如圖2所示；
E、可設定機械的使用期限，符合管理員權限的人才可對機械的使用期限進行設定；
F、完善的報警系統，在操作不當或機械故障時能在屏幕上作出提示，并停機報警。如圖3所示。
（3）系統I/O分配
系統選用1臺FBs-24MCT主機，1臺FBs-8EA輸入輸出擴展模塊和1臺FBs-8EY輸出擴展模塊。其輸入輸出端子分配情況如下所示。
輸入信號：
X0 彎管編碼器A相 X1彎管編碼器B相
X2 小車編碼器A相 X3 小車編碼器B相
X4 旋轉編碼器A相 X5 旋轉編碼器B相
X6 原點信號 X7 退芯到感應信號
X8 輔推前感應信號 X9 輔推后感應信號
X10 進入托料感應區 X11 小車進入輔推干涉
X12 腳踏信號 X13 退彎安全開關
X14管料檢測信號 X15-X17 系統預留
輸出信號：
Y0 步進電機1A相 Y1步進電機1B相
Y2 夾料動作 Y3步進電機2A相
Y4 步進電機2B相 Y5留慢退芯
Y6 電磁鐵 Y7 進芯
Y8 主夾退 Y9 副夾退
Y10 退彎 Y11 夾料退
Y12 退芯 Y13 輔推退
Y14 慢彎管 Y15 溢流閥
Y16 慢退芯 Y17 慢彎管
Y18 主夾進 Y19 副夾進
Y20 彎管動作 Y21 油泵
3 系統的軟硬件實現
系統主要工作步驟有彎管主副夾夾緊、有芯進芯并計時、彎管、輔推彎管、慢彎進行、主副夾退夾、步進電機動作旋轉、退彎動作、退芯完成等。其主要工作流程如圖4所示。
（1）檔案系統管理設計
根據不同用戶的實際要求，需要產品多樣性，彎管角度參數靈活可變的特點，三維彎管機系統在設計時要求PLC擁有強大檔案處理功能。在系統設計中，采用了FUN160功能指令，如圖5所示。當M1=OFF，M0由0→1時，自暫存器R0開始，將長度為暫存器R101的資料寫入以檔案寄存器F0開始的區塊中（指標暫存器R100的資料為F0的第N個區塊）；當M1=ON時，M0由0→1時，自資料寄存器F0開始的第N個區塊（指標暫存器R100的資料為N）的暫存器資料存入以暫存器R0開始的資料暫存器區（該區長度為R101的資料）。
（2）角度參數的設計
系統的每一個零件最多可設定20個彎管角度和20個空間旋轉角度。由于每種零件的彎管角度不可能全部設定，當一種零件的彎管角度個數少于20個（即其它角度均為0），CPU將繼續進行掃描，直至20角度全部執行完畢，這在很大程度上不僅浪費了CPU的掃描時間，也降低了系統工作效率。因此，在設計過程中，采用為0參數尋找方式，程序設計如圖6所示，當20個參數暫存器中第N個為0時，M2=ON，此時R4的資料為第N個參數暫存器，并告知CPU執行到時結束執行彎管命令。
（3）長度量測及空間角度系統的設計
系統的長度量測及空間角度采用步進電機控制。
步進電機驅動小車實現長度量測功能，并把脈沖數回饋給CPU處理。而以往的空間角度控制采用人工旋轉，當編碼器計數到時驅動電磁鐵動作，但由于電磁鐵動作時間上的延時，造成了彎管精度的不足。
在改進的系統中采用步進電機代替人工旋轉，旋轉編碼器檢測并回饋信號，這不僅滿足了系統控制精度的要求，也大大提高了生產效率和自動化程度。
（4）震動干擾的處理
在系統的工作過程中，由于電機震動及彎管時偶爾力過小或過大產生的一些干擾，造成了編碼器在記數上的誤差，降低了彎管的精度。因此在系統中加設了輔退和慢彎，減少了較大震動帶來的誤差因數。
4 結束語
自動彎管機自成功設計以來，經多多次修改完善，現已大量投入生產應用。該控制系統在各方面與以往的彎管系統相比有著很大的優勢：零件參數選擇可達上百種，彎管角度可增至20個之多，加工的產品從實心的鋼條到空心的金屬管，從家俱工藝品到工業化工車船設備用金屬管等；彎管長度和角度旋轉控制實現自動化，在精度上有很大的提高，誤差允許值控制在+0.2℃范圍內，一個人就可實現操作，大大節約了人力成本，也大大提高的產量；操作系統方便，人-機對話簡單易懂，通過簡單的培訓即可實現安全操作；完善的報警系統及合理的程序設計，給系統維護和調試人員帶來了很大的方便，減少了大量的調試時間。
通過一年多的運行驗證表明，該系統技術已達到國內先進水平，并應用于交通運輸、石油化工和生產生活中，收到了良好的經濟效益和社會效益，是值得廣泛推廣和使用的設備。
七八十年代，是中國工業經濟快速發展的初期。各行各業急待發展，基礎設施建設如火如荼地進行著。廠房、設備、交通設施需求急劇增加，各種金屬管的需求已遠遠不能滿足，許多金屬管的形狀要求也不斷復雜化，從而催生了彎管機系統設計和開發。由于國內技術水平的落后，許多彎管設備開發設計只停留在初級階段，繼電器式的電氣控制系統生產出來的產品質量和產量都沒有達到人們對各種金屬管工藝的理想要求。90年代后，中國經濟水平的飛速發展和不斷提高，以及PC技術在工業中廣泛應用，二維式的彎管機已無法滿足復雜的工業需要。三維彎管機正是在這一背景下逐漸開發成型，而可編程控制器（PLC）在彎管機控制系統中發揮了重要的作用，給復雜要求的彎管系統提供了重要的技術保證。
自動三維彎管機系統要求有三組脈沖信號輸入，兩組脈沖信號輸出，強大的檔案功能。永宏PLC正是由于其單個CPU可同時處理四組硬體高速計速器，同時輸出四組脈沖，實用的FUN160檔案功能，滿足了三維彎管機控制系統的復雜要求，廣泛引用于彎管機行業。
2 系統的概述
（1）系統結構
自動三維彎管機控制系統主要由可編程控制器（PLC）、旋轉編碼器、步進電機、人機界面（HMI）和液壓油泵組成。旋轉編碼器主要用于角度量測和長度控制，步進電機主要用于旋轉角度控制和驅動小車實現長度控制，電磁閥配合液壓油泵用于實現彎管動力。
（2）系統功能
A、分手動、半自動、全自動等多種操作方式，并可滿足有芯棒和無芯棒，單角度和多角度，二維角和三維角選擇等不同控制要求場合的特定需要。
B、可存儲上百種產品型號，每種型號可設定20個彎管角度參數和20個旋轉角度參數，可滿足多種復雜、多角度、不同空間的要求，并可對工作進度進行實時監控顯示。如圖1所示；
C、可自由調整設定“夾緊時間”、“退夾時間”、“進芯時間”，滿足實際工藝要求，以及防止機械上的動作延時造成的次品；
D、可選擇試機模式，用于機械的磨合，符合管理員權限的人才可選擇試機模式，對不同的用戶進行不同的操作從而保證系統安全。如圖2所示；
E、可設定機械的使用期限，符合管理員權限的人才可對機械的使用期限進行設定；
F、完善的報警系統，在操作不當或機械故障時能在屏幕上作出提示，并停機報警。如圖3所示。
（3）系統I/O分配
系統選用1臺FBs-24MCT主機，1臺FBs-8EA輸入輸出擴展模塊和1臺FBs-8EY輸出擴展模塊。其輸入輸出端子分配情況如下所示。
輸入信號：
X0 彎管編碼器A相 X1彎管編碼器B相
X2 小車編碼器A相 X3 小車編碼器B相
X4 旋轉編碼器A相 X5 旋轉編碼器B相
X6 原點信號 X7 退芯到感應信號
X8 輔推前感應信號 X9 輔推后感應信號
X10 進入托料感應區 X11 小車進入輔推干涉
X12 腳踏信號 X13 退彎安全開關
X14管料檢測信號 X15-X17 系統預留
輸出信號：
Y0 步進電機1A相 Y1步進電機1B相
Y2 夾料動作 Y3步進電機2A相
Y4 步進電機2B相 Y5留慢退芯
Y6 電磁鐵 Y7 進芯
Y8 主夾退 Y9 副夾退
Y10 退彎 Y11 夾料退
Y12 退芯 Y13 輔推退
Y14 慢彎管 Y15 溢流閥
Y16 慢退芯 Y17 慢彎管
Y18 主夾進 Y19 副夾進
Y20 彎管動作 Y21 油泵
3 系統的軟硬件實現
系統主要工作步驟有彎管主副夾夾緊、有芯進芯并計時、彎管、輔推彎管、慢彎進行、主副夾退夾、步進電機動作旋轉、退彎動作、退芯完成等。其主要工作流程如圖4所示。
（1）檔案系統管理設計
根據不同用戶的實際要求，需要產品多樣性，彎管角度參數靈活可變的特點，三維彎管機系統在設計時要求PLC擁有強大檔案處理功能。在系統設計中，采用了FUN160功能指令，如圖5所示。當M1=OFF，M0由0→1時，自暫存器R0開始，將長度為暫存器R101的資料寫入以檔案寄存器F0開始的區塊中（指標暫存器R100的資料為F0的第N個區塊）；當M1=ON時，M0由0→1時，自資料寄存器F0開始的第N個區塊（指標暫存器R100的資料為N）的暫存器資料存入以暫存器R0開始的資料暫存器區（該區長度為R101的資料）。
（2）角度參數的設計
系統的每一個零件最多可設定20個彎管角度和20個空間旋轉角度。由于每種零件的彎管角度不可能全部設定，當一種零件的彎管角度個數少于20個（即其它角度均為0），CPU將繼續進行掃描，直至20角度全部執行完畢，這在很大程度上不僅浪費了CPU的掃描時間，也降低了系統工作效率。因此，在設計過程中，采用為0參數尋找方式，程序設計如圖6所示，當20個參數暫存器中第N個為0時，M2=ON，此時R4的資料為第N個參數暫存器，并告知CPU執行到時結束執行彎管命令。
（3）長度量測及空間角度系統的設計
系統的長度量測及空間角度采用步進電機控制。
步進電機驅動小車實現長度量測功能，并把脈沖數回饋給CPU處理。而以往的空間角度控制采用人工旋轉，當編碼器計數到時驅動電磁鐵動作，但由于電磁鐵動作時間上的延時，造成了彎管精度的不足。
在改進的系統中采用步進電機代替人工旋轉，旋轉編碼器檢測并回饋信號，這不僅滿足了系統控制精度的要求，也大大提高了生產效率和自動化程度。
（4）震動干擾的處理
在系統的工作過程中，由于電機震動及彎管時偶爾力過小或過大產生的一些干擾，造成了編碼器在記數上的誤差，降低了彎管的精度。因此在系統中加設了輔退和慢彎，減少了較大震動帶來的誤差因數。
4 結束語
自動彎管機自成功設計以來，經多多次修改完善，現已大量投入生產應用。該控制系統在各方面與以往的彎管系統相比有著很大的優勢：零件參數選擇可達上百種，彎管角度可增至20個之多，加工的產品從實心的鋼條到空心的金屬管，從家俱工藝品到工業化工車船設備用金屬管等；彎管長度和角度旋轉控制實現自動化，在精度上有很大的提高，誤差允許值控制在+0.2℃范圍內，一個人就可實現操作，大大節約了人力成本，也大大提高的產量；操作系統方便，人-機對話簡單易懂，通過簡單的培訓即可實現安全操作；完善的報警系統及合理的程序設計，給系統維護和調試人員帶來了很大的方便，減少了大量的調試時間。
通過一年多的運行驗證表明，該系統技術已達到國內先進水平，并應用于交通運輸、石油化工和生產生活中，收到了良好的經濟效益和社會效益，是值得廣泛推廣和使用的設備。
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