于PLC的钢坯取料自动控制系统.doc

基于PLC的钢坯取料自动控制系统 PLC 基L户砘系统 吴凌云,陈德荣 (上海交通大学电气工程系,上海200240) [摘要]介绍了以三菱A3A型PLC为核心,以工控机为监控机的钢坯取料自动控制系统,给出了相关硬 件系统的构架和软件设计.该系统可以将钢坯从多个待机位置精确搬运到指定位置. 关键词板坯取料系统PLC监控PC机 0引言 随着计算机控制系统在冶金 行业应用范围的不断扩大,传统 意义上出产热轧板材的3个生产 阶段:炼钢,连铸和热轧已在物流 上衔接得愈加紧密,从而对生产 过程控制的一体化要求越来越高, 尤其在每个阶段工序头尾结合处, 设备自动化水平的高低直接影响 到整个成品热轧板材的生产速度. 本文将介绍基于PLC面向机器臂 的钢坯移送自动控制系统.该系 统实现了热轧钢材生产过程中板 坯库料场与热轧自动生产线间的 另一供料通道,从而加快了生产 速度,保证了常规供料通道因故 障受阻时仍能正常生产,同时双 通道供料也能提高产量. l系统设计 1.1系统结构 系统结构如图1,整个系统的 机械臂设备采用进口设备,其主 “一I}.={ 奏巍宴曼IIl.竺 机械臂8J右夹钳 方向凸[==】 搬运目的地 图1取料自动控制系统结构图 收稿日期:2003—08—25 42四田豳2003年11期 控制系统由三菱A3A型PLC实现, 控制系统还包括三菱MELPLAC一 650PLC1台,工控机1台以及3自 由度位置显示柜等.其中 MELPLAC一650作为上位PLC与主 控PLC只有少量数据交换,工控机 采用研华PIII一733,起监控机的作 用,主要是采集现场机械臂的运 行数据和钢坯数据并做动画显示. 数据采集主要通过数据采集卡将 现场各传感器测得的信号采集进 来,并在工控机上用软件作图显 示,使维护人员不在现场也能知 道自动机械臂的运行情况.它的 数据还有部分来自于上位PLC. 1.2系统工作原理 每一块钢坯都有自己不同的 尺寸和重量,这些数据都由上位 PLC管理.机械臂设计为3自由度, 它的任务就是不停地按照上位 PLC的指示,并在本地主控PLC的 控制下将S3工位的到位钢坯抓牢 提升后再移送到指定位置,其动 作过程一般分为以下7个过程: (1)平移:机械臂水平运行到 S3工位上空,保持在S3工位的垂 直上方,此过程的精度由机械臂 水平运动控制电机上的位置脉冲 发生器与系统组成闭环控制来保 障; (2)垂直升降:水平到位后, 机械臂垂直下降到预设高度,在 此高度能保证机械臂上的夹钳可 以稳当的开始夹取钢坯,此过程 的位置精度保障由机械臂垂直运 动控制电机上的位置脉冲发生器 来提供; (3)钳取钢坯:确认垂直方向 到位后,机械臂上夹钳开始收紧 并夹取s3工位上的到位钢坯,直 到夹牢,夹牢的判断标准来自夹 钳上的压力传感器信号; (4)提升钢坯:夹取钢坯后, 机械臂开始向上垂直提升至一定 高度; (5)水平定位目的地:机械臂 平移至卸放钢坯固定位置上空并 保证精确定位,此过程精确定位 同样由水平运动位置脉中发生器 实现: (6)下放钢坯精确到位:机械 臂将钢坯准确放到指定停放位置, 并确保钢坯与接触面无剧烈碰撞, 此过程精度控制由垂直位置脉冲 发生器实现: (7)待机:机械臂松开钢坯并 离开等待下次工作. 此7个过程共涉及到机械臂4 次精确定位过程,由软件方式实 现.按照前述,钢坯的尺寸都由上 位PLC掌握,因而在这2个过程中 主控PLC和上位PLC通讯,以获得 具体数据来计算垂直位置的设定 值.因此上位PLC的作用总结为2 个:一是决定机械臂何时开始工 作;二是提供垂直位移的设定值. 2硬件设计 根据系统工作原理,采用可 扩展特殊功能模块的三菱A3A型 PLC作为主控PLC.外部有PV控制 显示箱,其作用主要是显示机械 臂2个自由度方向上运行的位置, 信号来自现场的脉冲发生器,脉 冲发生器的信号在此经过重新编 码后通过屏蔽线传送至主控PLC 的高速计数器模块AD61,PLC根 据实时数据进行位置闭环控制. 考虑到安全因素,工控机数据采 集部分对现场过来的一些信号采 用了继电器隔离的方法.主控PLC 与上位PLC之间数据交流采用I/O 板的直接屏蔽线连接.具体是将 上位PLC的1块输出板的输出信号 通过屏蔽线一一连接到主控PLC 的1块输入板模块上,再将其中的 几根用作数据线,剩下的几根用 作控制命令线.则可方便地实现 上位PLC与主控PLC之间的数据交 换.同理,工控机收集的板坯位置 信号也是用此种方式从上位PLC 的I/O板引入. 3软件设计 3.1主控PLC软件设计 主控PLC程序功能如图2,主 控PLC软件主程序大致可分为:机 械臂垂直方向定位程序,机械臂 7K平方向 定位程序, 与上位机 PLC通讯 程序,夹 钳压力判 断程序,