基于PLC的金属薄板冲压机的液压控制系统设计

文/舒英利

【摘要】金属薄板冲压机主要用于金属薄板中的冲裁、拉伸、弯曲、成型、校正等工艺，同时也具有通用液压机的常规功能，在航天、汽车、轮船上钣金件的加工中有较多应用。液压系统采用较成熟的插装阀组合先进的比例控制技术。电气控制系统采用PLC控制系统，实现复杂、准确的逻辑控制，该系统工作效率高，操作和调整方便。

【关键词】PLC；TD200；冲压机；液压控制系统

1 系统液压工作原理

金属薄板冲压机主要由拉伸滑块、压边滑块、下滑块（液压垫）、工作台以及床身等部分组成。拉伸滑块下降动作和回程动作由拉伸滑块主工作缸驱动；压边滑块下降由4个压边滑块压边缸驱动，压边滑块回程由2个压边滑块回程缸驱动，下滑块顶出由3个下滑块顶出缸驱动。下滑块退回分为自重大于油路出口压力时自重退回，依靠拉伸滑块向下运动时通过模具和托杆压回。

工作过程中，滑块速度快速下行时速度大于400mm/s，工作过程速度为10~25 mm/s，回程速度大于320mm/s。液压垫用于将冲压成型后的工件顶出，液压垫顶出速度小于220mm/s，回程速度大于150 mm/s，行程为450 mm。在工作过程中该控制系统能实现以下功能：

（1）拉伸工艺动作；

（2）带顶出的一般工艺动作；

（3）冲裁工艺；

（4）空载调整；

（5）系统特殊动作。

2 系统电气控制硬件设计

根据工艺过程要求，估算出开关量I/O口共需90个，其中输入口62个，输出口28个，模拟量输入口需2个。综合考虑各品牌PLC的I/O口配置、性能价格比等因素选择Siemens S7-200CPU226XM作为主控单元。选用S7-200CPU226XM AC/DC/继电器型PLC作为系统控制器，它有24个输入点和16个输出点，但还不能满足本系统I/O点的需要，应再配置2块16点输入的数字量扩展模块EM221和1块16点输入、16点输出数字量扩展I/O模块EM223，以及1块四路模拟量输入模块EM231，由CPU模块和数字量I/O扩展模块处理系统外部所连接的按钮、开关、继电器等一些开关量信号，通过安装在液压系统油路中的压力变送器连接到模拟量扩展模块EM231，使CPU获得液压系统中压力模拟量值。由于2个压力变送器分别装在液压系统中压边压力和拉伸压力相关的油路中，可以在PLC系统中获取到液压机工作时的压边滑块上的压边压力值和拉伸滑块上的拉伸压力值，并通过与CPU模块相连的TD200操作界面得以显示。

同时，还可通过TD200操作员界面在PLC系统内设定一个压边压力值或一个拉伸压力值，用设定值与压力变送器输入的模拟量值的比较结果去控制压边滑块或拉伸滑块的定压到位或定压回程，既使液压机的压力精度得到了保证，又提高了冲压零件质量的稳定性，模具的装调更加简便。PLC硬件配置如图所示。

3 系统软件设计

结合液压机原有的低压电器原理图中各开关量的逻辑关系和控制流程，确定了程序的设计方案。本程序分为四部分，即主程序、中断程序、子程序0和子程序1。

（1）主程序主要用来完成设定中断方式、子程序的调用和PLC输出点的控制；处理压力模拟量数据计算和数据类型的转换；同时还用来完成与TD200操作员界面接口控制程序。

（2）中断程序采用定时中断方式，对液压系统中的压边压力和拉伸压力进行采样，采样周期为100ms，在中断程序中将采样到的压边压力模拟量和拉伸压力模拟量分别送入S7-200CPU的累加器AC0和AC1中，其数值范围为0~32000，对应压力变送器的压力测量范围是0~40MPa。

（3）子程序0为液压机联动控制方式，子程序1为手动调整控制方式。通过机床面板的转换开关以及一些相关的逻辑条件来实现子程序调用，并可减少程序扫描时间。

根据液压机工作时的工艺过程，进行梯形图程序的设计，同时还应充分考虑对可能出现的各种危险操作的保护，如工作台与主机之间的互锁；工作台顶起与工作台移出之间的互锁。

结语

本文应用PLC控制技术，对金属薄板冲压机的液压控制系统进行了设计，可根据用户要求，配备冲裁缓冲装置，能轻松完成冲裁落料工艺，滑块下行速度和回程速度快，液压机生产效率高。PLC控制准确，精度高。