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【新闻】基于PLC与LABVIEW的热丝切割机控制系统的设计丰镇

发布时间:2020-10-18 14:30:57 阅读: 来源:石英表厂家

目前,对于EPS泡沫,塑料地毯等为代表的塑料类产品和纤维卷材的切割,主要采用的是人工切片方法,人工切割灵活方便,但人工切割质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工工作量大,同时劳动条件恶劣,生产效率低。而采用热丝切割能够迅速的切割EPS泡沫,塑料地毯等塑料产品,并且切口平整,能很好的满足不同塑料产品的快速切片要求,这特点使热丝被广泛的使用在切割塑料类产品的场合。

热丝切割机的工作原理是对热丝通电,使它发热。根据焦耳定律e=尸见,导体产生的热量和电流I、导体电阻R、通电时间t成正比关系,热量产生的越多,电热丝的温度越高,当超过EPS泡沫,塑料地毯等塑料类产品的熔点时就熔化切割塑料类产品。

本设计研究的热丝切割机属于线切割机类,它的发展伴随着人们生活、生产中物质材料的发展。正是由于EPS泡沫,塑料地毯等为代表的塑料类产品和纤维卷材在人们生活中被广泛的使用,才使得热丝切割机大有用武之地,使得热丝切割技术迅速的发展。与热丝切割机竞争最激烈的是激光切割机和高压水射流切割机,他们都有各自的技术优点,但在某些方面存在着缺点。他们最大的缺点就是切割加工成本太高,不适合低成本塑料类制品的切割。而现在人们的生活、生产已经离不开各种各样的塑料类制品,并且塑料类制品的种类还在不断的增多,这些发展都使热丝切割机有着广阔的发展前景。

1热丝切割机整体方案设计热丝切割机的研制分四个阶段:1)热丝切割机的结构设计,首先要用Solidworks进行三维建模,生成工程图,并加工成各部分零件,然后组装成台热丝切割机样机。2)热丝切割机硬件系统的搭建,以及各电路的连接。3)热丝切割机PLC程序的编写,完成三个步进电机协调运动的控制。4)热丝切割机的人机界面的制作,使热丝切割机的控制更加的便捷和智能化。

热丝切割机的具体切割过程。热丝切割机有三个步进电机,通过这三个步进电机相互之间的协调运转就可以完成热丝对塑料类产品切割。三个步进电机分别称之为送料电机,控丝电机和切断电机。当按下开关后,送料电机就会按照指定的运转方向转动起来。这里有两个滚筒,上滚筒和下滚筒形成了一个加紧装置,当塑料类产品接触到这个加紧装置时就会被夹紧并且自动的向前传送。当遇到了宽度切割热丝时,会被切割成所需要的宽度。塑料类产品继续向前传送,当塑料类产品被传送到我们所需要的长度时,送料电机就会停止转动,塑料类产品也就停止传送,这时切断电机带动长度切割热丝向下运动,将塑料产品切割成我们所需要的长度。当长度切割热丝碰到了光电开关,切断电机就会停止转动,送料电机又重新开始转动。在塑料产品运行的过程中,控丝电机直带动宽度切割热丝不断的上下运动,这有利于防止热丝粘结,切不动等现象的发生。

热丝切割机的控制方案如所示,首先通过三菱PLC编程软件编写好三台步进电机协调运动控制程序,并下载到三菱PLC中。然后三台步进电机就会按照三菱PLC中已经编好的程序运转,当光电开关被挡住,光电开关就会向PLC发出反馈信号,PLC就会改变对三个步进电机的控制。采用两种人机界面与PLC通讯,第一种方式是通过触摸屏与PLC通讯,第二种是LABVIEW上位机编程然后与PLC通讯。步进电机转动,带动已经被加热发红的热丝上下运动,完成对塑料类产品的片状切割。

定方向传送。

宽度切割结构由步进电机、联轴器、丝杠、宽度切割热丝固定装置、热丝夹紧装置等组成。它的功能是使宽度切割热丝保持夹紧状态并可以上下往复运动。

长度切割结构由步进电机、联轴器、丝杠、长度切割热丝固定装置、热丝夹紧装置等组成。它的功能是使长度切割热丝保持夹紧状态并可以上下往复运动。

3热丝切割机控制系统硬件组成热丝切割机的控制系统需要使用的硬件设备有工控机、三菱PLC、5V开关电源和48V开关电源、三个2HB605MAE型号步进电机驱动器、三个步进电机、四个NPN光电开关、威纶通TK6070IK3触摸屏、调压电源。工控机有两个作用:1)用三菱PLC编程软件GXDeveloper编写控制三个步进电机协调运动的主程序;2)用LABVIEW编写人机界面。步进电机驱动器是通过控制步进电机的旋转角度和运转速度,来实现对占空比的控制,从而控制电机的运转速度的装置。调压电源是将220V交流电压转换为24V交流电压,由它向镍铬合金电热丝供电,使热丝发热发红。具体热丝切割机控制系统硬件连接流程图如所示。2热丝切割机结构设计。上滚筒本热丝切割机结构分为三部分:1)送料滚筒结构设计。2)宽度切割结构设计。3)长度切割结构设计,如所示。

一热丝切割机三维效果图送料滚筒结构由步进电机、联轴器、驱动滚筒、上加压滚筒组成,功能是将塑料类产品按指热丝切割机若要正常的运行,硬件设备的正确接线非常重要,线路连接方法如所示。其中驱动器的AC1和AC2两端分别接48V开关电源的正负极,驱动器A+、A-、B+、B-四个端口分别对应连接步进电机红色、蓝色、黑色和绿色的线路,pul+和dir+都连接至5V开关电源的正极,pul-接PLC的Y1端口,PLC的C0端口接5V开关电源的负极。另外,PLC的L和N端需接220V电源。

4热丝切割机控制系统PLC程序4.1初始化程序在PLC程序中,首先要初始化,在这里是对程序中的一些数据寄存器例如DO、D2、D4、D6、D10进行赋值。DO赋值400,D2赋值1000,D4赋值1000,D6赋值10000,D10赋值0.DO是送料电机频率,D2是切断电机频率,D4是控丝电机频率,D6是送料电机的脉冲数,D10是当前已经切割完成塑料产品数目。

当三菱PLC上电,M8002就会自动闭合一次,这样也就完成了PLC程序的初始化。

4.2手动控制程序热丝切割机有采用两种控制方法,分别是手动控制和自动控制。这两种控制方式在实际应用中各有千秋,当热丝切割机在测试的时候,采用手动控制更加方便,可以让三台步进电机各自独立的随时运动,随时停止,随时改变热丝运动的方向,当在实际生产的时候,自动控制又是必须的,只要点击了启动按钮后,三台步进电机就会自动按照程序来协调运行,当需要停止工作时,按下停止按钮后,热丝切割机就会停止运动。

首先说明手动控制的PLC编程,每个步进电机的手动控制思路都是样的,所以就以送料电机的手动控制为例来说明,如所示。

插好总电源,开关X011闭合,在触摸屏或者上位机LABVIEW人机界面上按下手动控制启动按钮,M0辅助继电器就会置位闭合。然后再按下送料电机正转按钮,送料电机就会按照D0输出脉冲频率不断的转动,直到碰到了对应的光电开关或者按下了停止按钮才会停止转动。

4.3自动控制程序自动控制程序如所示。控制过程是:当按下自动控制启动按钮后,辅助继电器M1闭合,送料电机会正向转动,当转定脉冲数后,就会停止转动,辅助继电器M8029就会闭合,触发M30,同时过两秒后,T0闭合,切断电机就会带动热丝向下运动,当碰到光电开关,切断电机立即停止转动。这时送料电机就会再次开始转动,过两秒后,切断电机就会带动热丝向上运动。这是一个周期,后面就会一直重复这样运动。只要M30置位一次,就会给D10增加一个1,这样就可以记录已经完成切割产品的数量,然后在触摸品或上位机上显示出来。送料电机和切断电机的运动是有关联的,同一时刻两者只能有一个步进电机运行,相互存在互锁。

但控丝电机则是独立不断往复转动,先带动热丝向下转动,当碰到光电开关后停2秒,然后又带动热丝向上转动,停两秒。这是一个运动周期,然后直重复这样运动。控丝电机的往复转动,可以有效的防止切不动,塑料产品粘结现象的发生。

5热丝切割机控制系统的人机界面5.1触摸屏人机界面热丝切割机的人机界面采用两种方式:用触摸屏来进行控制操作,2)通过上位机LABVIEW别写人机界面。

触摸屏人机界面采用的是威纶通TK6070IK3触摸屏,该触摸屏大小为7寸,彩色显示。它的应用首先用EasyBuilder8000触摸屏编程软件编写好触摸屏界面。这里定要注意:在编写触摸屏界面时,触摸屏上每个控制按钮的地址都必须要和三菱PLC程序中的对应元件地址相同,这样才能和PLC正确通信。然后将触摸屏编程软件编好的程序下载到威纶通TK6070IK3触摸屏中去,连上RS232通讯线和PLC进行通信。是触摸屏和PLC通信完成后的界面。

5.2上位机LABVEW人机界面目前,用LABVIEW编写人机界面非常流行,因为LABVIEW编程简单,界面美观。所以本热丝切割机也使用LABVIEW编写上位机程序,人机界面如所示。

通信相对触摸屏来说要复杂多了。首先,要掌握三菱PLC的编程口通信协议,按照规定的命令帧格式来编写命令帧,才能通信成功。举个例子,在LABVIEW中VISA写入VI输入端口写入0237 30303038033032字符串,所有数字都是ASC码十六进制值表示的。02表示开始字符STX,37表示的命令码CMD是开始置位,30303038表示是地址为PLC程序中的辅助继电器M0,03表示结束字符ETX,3032表示累加校验和。

LABVIEW的程序编写主要分为三个部分,1)三个步进电机输出脉冲频率和送料电机脉冲数的写入程序;2)手动控制、自动控制、停止、等运行状态的选择部分;3)三台步进电机的运行状态显示部分。后面板程序框图如0所示。

6结束语)通过热丝切割塑料类产品比传统的人工用刀切割塑料类产品速度快、效果好,降低了劳动成本、提高了生产效率。

热丝切割机的方案设计合理,控制系统实现了多电机同步的要求,并可通过两种操作界面进行控制。

现场试验表明:所研制的热丝切割机具有自动化程度高、切割效果好、操作方便、人机界面友好的优势。

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