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基于PLC及伺服系统的剪板机的控制系统设计

王海祥;高峰

【摘要】本文介绍了剪板机的工艺流程,提出了基于PLC和伺服电机的控制系统的

解决方案.给出了PLC外围接线原理图,列出了PLC的输入输出列表,同时,给出了程

序的梯形图,以及伺服电机部分的控制程序.

【期刊名称】《制造业自动化》

【年(卷),期】2012(034)024

【总页数】5页(P115-119)

【关键词】PLC;伺服控制;剪板机

【作者】王海祥;高峰

【作者单位】金陵科技学院,南京211169

【正文语种】中文

【中图分类】TP273

0引言

剪板机是一种在加工生产中经常用到的机械设备，它广泛地应用在板材加工、线材

加工、机械零件制造等多种场合。旧的剪板机主要靠人工画线，然后进行剪切，既

浪费了时间，同时加工精度也不高。文献[1][3]提出了PLC控制自动剪板机的方案，

但是无法对剪切长度数量进行控制，影响了整个流程的自动化。文献[2]提出了基

于三菱PLC与伺服电机的后挡板控制方案，但是没有与整个剪板机自动系统相连

接。本文提出了基于西门子PLC和伺服电机的解决方案。

1工艺流程分析

剪板机的工作过程主要分成后档定位－－送料－－剪切三个步骤，从而实现对物料

的定长剪切，其主要控制及机械部件的结构如图1所示。其中控制系统主要由伺

服定位及顺序动作两个部分构成。

图1自动剪板机工作原理图

其工作过程如下：首先由用户在人机界面上输入剪切的长度和数量，确定后伺服控

制系统驱动后挡板移动到指定位置停止。如果用户选择自动运行，且按下启动按钮，

此时液压泵启动并升压至工作压力，压块和刀具应该处于原始的上工作位，此时检

测剪板机下方的送料小车在工作位置（SQ4闭合），输料电机开始启动运送物料，

当物料运送到位（SQ5闭合），压块开始下降直至压紧物料（SQ2闭合），然后

剪切刀具开始下落进行剪切，剪切后物料下落至送料小车上，如果光电开关探测到

已经落料的板料数字达到了小车送料的上限，送料小车就向右运动将物料移出，等

物料被卸掉后，小车又向左运行回到接料的位置。这样又可以开始下一循环的加工。

如果用于选择

手动，过程相似，不过其中一些步骤需要通过按钮控制。

2伺服后档板定位系统设计

伺服后档板定位系统主要完成用户数据输入和后档板的精确定位的作用。用户数据

输入主要采用西门子面板TD400C，输入的数据为剪切的长度和剪切的次数，面

板的界面如图2所示。

通过西门子STEP7编程软件的向导把剪切数量框里的数值赋值给VD140，将剪

切数量赋值给VW4。用VD140、VW4来控制剪切长度和剪切数量。伺服工作的

原理图如图3所示[4]。

图2控制面板示意图

图3伺服电机控制原理图

PLC对伺服电机的控制主要通过三个闭环来控制的，位置闭环通过不断地将当前

位置与PLC设置的位置相比较，通过负反馈使位置最终停留在设定的位置，位置

调节器通过PID调节器来实现；速度闭环控制通过不断地将当前的速度与设定的

值比较，通过负反馈是速度达到设定值，速度控制器一般通过PI调节来实现。电

流环将实际的电流与设定的电流相比较，差值经过PI调节后作为新的控制信号来

控制伺服电机。

图4PLC与伺服驱动连接接线图

后档板定位主要通过伺服系统来完成，其硬件连接如图4所示。

本系统采用西门子S7-200作为控制器，型号选择CPU224XPSiCN型，伺服驱

动采用东源公司的伺服驱动，伺服电机采用安川公司的伺服电机。

图4是PLC与伺服驱动相连的接线图，Q0.0向伺服驱动的pulse信号端输出脉冲

信号，Q0.2向驱动的sign信号端输出正反转的方向信号，Q0.4相伺服的on/off

端输出使能信息，Q0.5向CLR输出清楚指令。而伺服驱动的编码器接口向PLC

反馈信号，反馈信号有报警信号ALM、编码器Z相信号PhaseZ信号、定位完成

信号POS_OK。另外为了防止伺服电机运动超过极限，需要将正反极限限位开关

与PLC相连，当超越极限时控制PLC停止运动。

后档板伺服控制的软件程序如图5[5]所示。

图5后挡板位置控制程序

在图5中，网络1是对伺服驱动进行上电操作，网络2对伺服的速度进行设置，

设置了起停的速度、最大速度和加速