中頻加熱彎管機(jī)及其PLC控制
1 彎管機(jī)工作原理
中頻加熱液壓彎管機(jī)主要由機(jī)械裝置、液壓系統(tǒng)、中頻加熱系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成。機(jī)械裝置主要有卡緊裝置、小車推進(jìn)裝置、導(dǎo)向輪裝置和搖臂回轉(zhuǎn)裝置等組成。彎管的工作原理如圖1所示，其基本過程是：在將管道安裝好之后，利用中頻電源通過感應(yīng)圈對其待彎區(qū)域進(jìn)行加熱，當(dāng)加熱到一定溫度后，由小車將管道按照一定的速度向前推進(jìn)，沿調(diào)整好的彎曲半徑進(jìn)行彎曲。
2 中頻加熱液壓彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)
中頻加熱液壓彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示，主要由9個(gè)液壓缸和2個(gè)液壓馬達(dá)組成。主夾缸在彎管時(shí)始終保證管道通過夾具固定于轉(zhuǎn)臂之上，確保管道按預(yù)定的半徑進(jìn)行彎曲;導(dǎo)夾缸起輔助夾管的作用，同時(shí)具有導(dǎo)向和支撐的功能;推進(jìn)缸在彎管進(jìn)行時(shí)，為彎管機(jī)提供動力;輔夾缸在彎管時(shí)把彎管固定于推進(jìn)小車之上，防止管道在推進(jìn)時(shí)產(chǎn)生振動;定位夾緊缸將主夾頭定位在搖臂導(dǎo)軌上，防止其在工作中因受力而移動;定位液壓馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)搖臂工作臺的移動;復(fù)位馬達(dá)是在彎管結(jié)束時(shí)，使搖臂復(fù)位。在彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)中，彎曲主夾缸、導(dǎo)夾缸、輔夾缸、推進(jìn)缸以及定位夾緊缸均采用液控單向鎖緊閥，減少壓力損失，以保證彎管過程中夾緊、彎曲動作可靠。
操作人員裝好管坯，通過點(diǎn)動按鈕控制電磁鐵9YA通電而10YA斷電，從而調(diào)整彎管的半徑，半徑調(diào)整好之后，點(diǎn)動另一按鈕控制7YA通電而8YA斷電，定位夾緊。然后按下啟動按鈕，在可編程控制器(PLC)的控制下依次自動執(zhí)行以下的動作：
(1)電磁鐵3YA通電，主夾缸驅(qū)動夾頭關(guān)閉，從而把管子加緊;
(2)電磁鐵SYA通電，輔夾缸驅(qū)動夾頭關(guān)閉，把管子和推進(jìn)小車固定在一起;
(3)電磁鐵11YA通電，導(dǎo)夾缸驅(qū)動壓料模把管子壓緊;
(4)電磁鐵13YA通電，主驅(qū)動缸推動小車，從而由小車帶動鋼管前進(jìn)，沿調(diào)整好的的彎曲半徑進(jìn)行快速彎曲;
(5)電磁鐵巧YA通電，將快速推進(jìn)改為工進(jìn);
(6)彎管結(jié)束后，電磁鐵12YA通電而11YA斷電，導(dǎo)向缸退回，使壓料模后退;
(7)電磁鐵6YA通電SYA斷電，輔夾頭松開退回;
(8)電磁鐵4YA通電3YA斷電，主夾頭松開退回。
操作人員將彎制好的管件取下之后，按下復(fù)位開關(guān)令電磁鐵16YA通電而17YA斷電，搖臂反向回轉(zhuǎn)，使彎管機(jī)復(fù)位，準(zhǔn)備下一個(gè)彎管開始，從而完成一個(gè)工作循環(huán)。
3 彎管機(jī)的PLC控制系統(tǒng)
3.1 控制系統(tǒng)的功能
(1)彎管前的工裝過程：包括搖臂定位，主夾頭、輔夾頭的開和閉，導(dǎo)向輪的開和閉以及工件位置的調(diào)整。
(2)主要工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和顯示：包括加熱溫度、彎曲的角度。
(3)參數(shù)設(shè)定的功能：包括彎曲角度的設(shè)定、加熱溫度上下限、工件行進(jìn)速度定工藝過程參數(shù)的設(shè)定。
3.2 控制系統(tǒng)原理
中頻加熱液壓彎管機(jī)的控制系統(tǒng)采用可編程控制器，選用日本某公司的FXZN-64MR，操作系統(tǒng)采用新型人機(jī)界面F940G0T，它們之間通過一根通信電纜實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。FXZN-64MR接受人機(jī)界面上的操作控制按鈕以及溫度的參數(shù)設(shè)置和光電編碼器檢測的位置和角度控制信號，使液壓缸按規(guī)定的順序完成各動作。觸摸屏一方面將彎管機(jī)操作控制信號和工藝參數(shù)等傳送給PLC，另一方面將PLC工作狀態(tài)和運(yùn)行信息顯在觸摸屏上，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的動態(tài)監(jiān)視。
3.3 PLC的FO地址分配
XO編碼器A相脈沖輸入 YO液壓泵電動機(jī)控制接觸器KM1
X1編碼器B相脈沖輸入 Y1液壓泵電動機(jī)卸荷電磁閥1YA
X2急停按鈕 Y2液壓泵電動機(jī)卸荷電磁閥2YA
X3液壓泵過載 Y3主夾緊進(jìn)位電磁閥3YA
X4定位夾緊壓力開關(guān) Y4主夾緊退位電磁閥4YA
X5主夾緊進(jìn)壓力開關(guān) Y5輔夾緊進(jìn)位電磁閥5YA
X6輔夾緊進(jìn)壓力開關(guān) Y6輔夾緊退位電磁閥6YA
X7導(dǎo)向進(jìn)壓力開關(guān) Y7定位夾緊進(jìn)位電磁閥7YA
X8定位退限位 Y8定位夾緊退位電磁閥8YA
X9主夾緊退限位 Y9搖臂工作臺進(jìn)電磁閥9YA
X10輔夾緊退限位 Y10搖臂工作臺退電磁閥10YA
X11搖臂復(fù)位限位 Y11導(dǎo)向輪夾緊進(jìn)電磁閥11YA
X12彎管機(jī)復(fù)位限位 Y12導(dǎo)向輪夾緊退電磁閥12YA
X13搖臂工作臺進(jìn) Y13彎管快進(jìn)電磁閥13YA
X14定位進(jìn) Y14彎管快退電磁閥14YA
X15主夾緊進(jìn) Y15彎管快進(jìn)電磁閥15YA
X16輔夾緊進(jìn) Y16彎管機(jī)復(fù)位電磁閥16YA
X17導(dǎo)向輪進(jìn) Y17中頻電源控制接觸器KM2
X18彎管推進(jìn)快 Y18冷卻電磁閥18YA
X19彎管工進(jìn)
X20彎管停
X21彎管快退
X22主夾緊退
X23輔夾緊退
X24導(dǎo)向輪退
X25搖臂工作臺退
X26彎管機(jī)復(fù)位
X27中頻加熱按鈕
X28冷卻按鈕
3.4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括兩部分：一為觸摸屏界面設(shè)計(jì);二是PLC程序設(shè)計(jì)。
1)觸摸屏界面設(shè)計(jì)
觸摸屏界面設(shè)計(jì)首先在計(jì)算機(jī)上安裝觸摸屏工具軟件FX-PCS-DU/WIN-C，根據(jù)生產(chǎn)工藝的控制要求進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，并做好相關(guān)的設(shè)定，再進(jìn)行編譯，當(dāng)計(jì)算機(jī)與觸摸屏進(jìn)行正確的通信后，下載給觸摸屏F940GOT。觸摸屏界面包括初始界面，手動模式、半自動模式、角度編輯，溫度參數(shù)編輯和故障報(bào)警等。各界面之間可以方便、快捷的切換。
手動模式界面主要為手動操作設(shè)備的各按鈕及其相關(guān)的顯示：自動模式界面主要完成彎管的自動操作及其相關(guān)的顯示。角度編輯界面主要用于設(shè)置彎管的角度參數(shù)，以及實(shí)時(shí)地顯示當(dāng)前的彎管角度。溫度編輯界面主要用于設(shè)置彎管時(shí)管子的加熱溫度參數(shù)，以及實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的溫度。另外還有報(bào)警界面。在生產(chǎn)過程中，如果出現(xiàn)故障，觸摸屏自動轉(zhuǎn)入報(bào)警界面，并且顯示故障信息，以便于進(jìn)行相應(yīng)的處理。
2)PLC程序設(shè)計(jì)
對于彎管機(jī)的手動和自動2種工作方式，采用模塊化分別對其進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。在此重點(diǎn)介紹自動工作方式。
按照這個(gè)工藝流程，把控制系統(tǒng)模塊化為幾個(gè)子程序，分別為機(jī)座位置定位子程序，角度測量子程序，鋼管加熱的恒溫控制子程序，實(shí)時(shí)監(jiān)控子程序。采用模塊化設(shè)計(jì)，操作起來安全可靠，各模塊之間的更改互不干擾，有利于程序的維護(hù)。
中頻加熱液壓彎管機(jī)主要由機(jī)械裝置、液壓系統(tǒng)、中頻加熱系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成。機(jī)械裝置主要有卡緊裝置、小車推進(jìn)裝置、導(dǎo)向輪裝置和搖臂回轉(zhuǎn)裝置等組成。彎管的工作原理如圖1所示，其基本過程是：在將管道安裝好之后，利用中頻電源通過感應(yīng)圈對其待彎區(qū)域進(jìn)行加熱，當(dāng)加熱到一定溫度后，由小車將管道按照一定的速度向前推進(jìn)，沿調(diào)整好的彎曲半徑進(jìn)行彎曲。
2 中頻加熱液壓彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)
中頻加熱液壓彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示，主要由9個(gè)液壓缸和2個(gè)液壓馬達(dá)組成。主夾缸在彎管時(shí)始終保證管道通過夾具固定于轉(zhuǎn)臂之上，確保管道按預(yù)定的半徑進(jìn)行彎曲;導(dǎo)夾缸起輔助夾管的作用，同時(shí)具有導(dǎo)向和支撐的功能;推進(jìn)缸在彎管進(jìn)行時(shí)，為彎管機(jī)提供動力;輔夾缸在彎管時(shí)把彎管固定于推進(jìn)小車之上，防止管道在推進(jìn)時(shí)產(chǎn)生振動;定位夾緊缸將主夾頭定位在搖臂導(dǎo)軌上，防止其在工作中因受力而移動;定位液壓馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)搖臂工作臺的移動;復(fù)位馬達(dá)是在彎管結(jié)束時(shí)，使搖臂復(fù)位。在彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)中，彎曲主夾缸、導(dǎo)夾缸、輔夾缸、推進(jìn)缸以及定位夾緊缸均采用液控單向鎖緊閥，減少壓力損失，以保證彎管過程中夾緊、彎曲動作可靠。
操作人員裝好管坯，通過點(diǎn)動按鈕控制電磁鐵9YA通電而10YA斷電，從而調(diào)整彎管的半徑，半徑調(diào)整好之后，點(diǎn)動另一按鈕控制7YA通電而8YA斷電，定位夾緊。然后按下啟動按鈕，在可編程控制器(PLC)的控制下依次自動執(zhí)行以下的動作：
(1)電磁鐵3YA通電，主夾缸驅(qū)動夾頭關(guān)閉，從而把管子加緊;
(2)電磁鐵SYA通電，輔夾缸驅(qū)動夾頭關(guān)閉，把管子和推進(jìn)小車固定在一起;
(3)電磁鐵11YA通電，導(dǎo)夾缸驅(qū)動壓料模把管子壓緊;
(4)電磁鐵13YA通電，主驅(qū)動缸推動小車，從而由小車帶動鋼管前進(jìn)，沿調(diào)整好的的彎曲半徑進(jìn)行快速彎曲;
(5)電磁鐵巧YA通電，將快速推進(jìn)改為工進(jìn);
(6)彎管結(jié)束后，電磁鐵12YA通電而11YA斷電，導(dǎo)向缸退回，使壓料模后退;
(7)電磁鐵6YA通電SYA斷電，輔夾頭松開退回;
(8)電磁鐵4YA通電3YA斷電，主夾頭松開退回。
操作人員將彎制好的管件取下之后，按下復(fù)位開關(guān)令電磁鐵16YA通電而17YA斷電，搖臂反向回轉(zhuǎn)，使彎管機(jī)復(fù)位，準(zhǔn)備下一個(gè)彎管開始，從而完成一個(gè)工作循環(huán)。
3 彎管機(jī)的PLC控制系統(tǒng)
3.1 控制系統(tǒng)的功能
(1)彎管前的工裝過程：包括搖臂定位，主夾頭、輔夾頭的開和閉，導(dǎo)向輪的開和閉以及工件位置的調(diào)整。
(2)主要工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和顯示：包括加熱溫度、彎曲的角度。
(3)參數(shù)設(shè)定的功能：包括彎曲角度的設(shè)定、加熱溫度上下限、工件行進(jìn)速度定工藝過程參數(shù)的設(shè)定。
3.2 控制系統(tǒng)原理
中頻加熱液壓彎管機(jī)的控制系統(tǒng)采用可編程控制器，選用日本某公司的FXZN-64MR，操作系統(tǒng)采用新型人機(jī)界面F940G0T，它們之間通過一根通信電纜實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。FXZN-64MR接受人機(jī)界面上的操作控制按鈕以及溫度的參數(shù)設(shè)置和光電編碼器檢測的位置和角度控制信號，使液壓缸按規(guī)定的順序完成各動作。觸摸屏一方面將彎管機(jī)操作控制信號和工藝參數(shù)等傳送給PLC，另一方面將PLC工作狀態(tài)和運(yùn)行信息顯在觸摸屏上，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的動態(tài)監(jiān)視。
3.3 PLC的FO地址分配
XO編碼器A相脈沖輸入 YO液壓泵電動機(jī)控制接觸器KM1
X1編碼器B相脈沖輸入 Y1液壓泵電動機(jī)卸荷電磁閥1YA
X2急停按鈕 Y2液壓泵電動機(jī)卸荷電磁閥2YA
X3液壓泵過載 Y3主夾緊進(jìn)位電磁閥3YA
X4定位夾緊壓力開關(guān) Y4主夾緊退位電磁閥4YA
X5主夾緊進(jìn)壓力開關(guān) Y5輔夾緊進(jìn)位電磁閥5YA
X6輔夾緊進(jìn)壓力開關(guān) Y6輔夾緊退位電磁閥6YA
X7導(dǎo)向進(jìn)壓力開關(guān) Y7定位夾緊進(jìn)位電磁閥7YA
X8定位退限位 Y8定位夾緊退位電磁閥8YA
X9主夾緊退限位 Y9搖臂工作臺進(jìn)電磁閥9YA
X10輔夾緊退限位 Y10搖臂工作臺退電磁閥10YA
X11搖臂復(fù)位限位 Y11導(dǎo)向輪夾緊進(jìn)電磁閥11YA
X12彎管機(jī)復(fù)位限位 Y12導(dǎo)向輪夾緊退電磁閥12YA
X13搖臂工作臺進(jìn) Y13彎管快進(jìn)電磁閥13YA
X14定位進(jìn) Y14彎管快退電磁閥14YA
X15主夾緊進(jìn) Y15彎管快進(jìn)電磁閥15YA
X16輔夾緊進(jìn) Y16彎管機(jī)復(fù)位電磁閥16YA
X17導(dǎo)向輪進(jìn) Y17中頻電源控制接觸器KM2
X18彎管推進(jìn)快 Y18冷卻電磁閥18YA
X19彎管工進(jìn)
X20彎管停
X21彎管快退
X22主夾緊退
X23輔夾緊退
X24導(dǎo)向輪退
X25搖臂工作臺退
X26彎管機(jī)復(fù)位
X27中頻加熱按鈕
X28冷卻按鈕
3.4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括兩部分：一為觸摸屏界面設(shè)計(jì);二是PLC程序設(shè)計(jì)。
1)觸摸屏界面設(shè)計(jì)
觸摸屏界面設(shè)計(jì)首先在計(jì)算機(jī)上安裝觸摸屏工具軟件FX-PCS-DU/WIN-C，根據(jù)生產(chǎn)工藝的控制要求進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，并做好相關(guān)的設(shè)定，再進(jìn)行編譯，當(dāng)計(jì)算機(jī)與觸摸屏進(jìn)行正確的通信后，下載給觸摸屏F940GOT。觸摸屏界面包括初始界面，手動模式、半自動模式、角度編輯，溫度參數(shù)編輯和故障報(bào)警等。各界面之間可以方便、快捷的切換。
手動模式界面主要為手動操作設(shè)備的各按鈕及其相關(guān)的顯示：自動模式界面主要完成彎管的自動操作及其相關(guān)的顯示。角度編輯界面主要用于設(shè)置彎管的角度參數(shù)，以及實(shí)時(shí)地顯示當(dāng)前的彎管角度。溫度編輯界面主要用于設(shè)置彎管時(shí)管子的加熱溫度參數(shù)，以及實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的溫度。另外還有報(bào)警界面。在生產(chǎn)過程中，如果出現(xiàn)故障，觸摸屏自動轉(zhuǎn)入報(bào)警界面，并且顯示故障信息，以便于進(jìn)行相應(yīng)的處理。
2)PLC程序設(shè)計(jì)
對于彎管機(jī)的手動和自動2種工作方式，采用模塊化分別對其進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。在此重點(diǎn)介紹自動工作方式。
按照這個(gè)工藝流程，把控制系統(tǒng)模塊化為幾個(gè)子程序，分別為機(jī)座位置定位子程序，角度測量子程序，鋼管加熱的恒溫控制子程序，實(shí)時(shí)監(jiān)控子程序。采用模塊化設(shè)計(jì)，操作起來安全可靠，各模塊之間的更改互不干擾，有利于程序的維護(hù)。
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